[摘 要]鑒于采用離心熔鑄工藝生產(chǎn)的鋼背銅基合金襯套在鐵路機車車輛中的成功應用，特引用此材料在冶金設備中使用，本文主要從材料的選用，鋼與銅的附著工藝進行分析總結(jié)，使用鋼背銅替代純銅材料不僅使用性能更好，而且能降低了制造成本，從而實現(xiàn)降本增效的效果。

[關鍵詞]鋼背,銅基合金,冶金,螺母

中圖分類號：TM2441 1 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）10-0399-02

[Abstract]In view of the centrifugal casting process of steel back of copper alloy bushing in the successful application of railway locomotive vehicle， reference the material used in the metallurgical equipment， mainly from the selection of materials， steel and copper in the adhesion process are analyzed and summarized， use the steel back of copper instead of pure copper materials not only performance is better， and can reduce the manufacturing cost， so as to realize authors synergistic effect.

[Key words]Steel,Copper alloy,metallurgical,nut

0.引言

冶金設備軋機中調(diào)整螺母、承壓法蘭、襯板、襯套使用量非常大，這些零件在以前一直使用ZCuAl10Fe3材料，考慮到在軋鋼實際使用環(huán)境中設備頻繁受到各種沖擊力，而往往設計部門將這些零部件厚度加大來提高安全系數(shù)，螺母壁厚在25mm以上，承壓法蘭壁厚在10mm以上，襯板厚度在17mm以上，襯套壁厚在5mm以上，在實際使用中如果磨損超過2mm就會影響設備使用，達到報廢條件需要替換備件。由此可見，以往銅制零件在應用中造成巨大的材料浪費?，F(xiàn)在冶金行業(yè)競爭激烈，利潤非常低，所以我們嘗試著引進鋼背銅這種材料來替代純銅，在實際使用中取得良好的效果，能降低約36%的成本。鋼背銅合金因其具有較高的疲勞強度，承載能力，硬度和耐磨性所以完全有取代銅的理由。

鋼背銅是一種近年來在汽車、農(nóng)機、礦山紡織、石油、冶金、工程機械等各個行業(yè)廣泛使用的產(chǎn)品，其原理是以鋼材料為基體，采用先進工藝將銅合金與之高溫燒結(jié)后緊密結(jié)合成一體，然后加工成所需形狀和尺寸。一般鋼套在外層，薄銅套在內(nèi)層，故稱之為鋼背銅套。外層鋼套材料便宜，有較好的強度和抗沖擊性能，內(nèi)層的銅套在工作溫度下具有足夠的抗壓強度和疲勞強度，以及良好的耐磨性和一定的塑性及韌性。這樣的結(jié)構和工藝所制造出零件。在保證了其最佳使用性能的基礎上降低了生產(chǎn)成本，并且不會提高生產(chǎn)加工難度，同以往材料的調(diào)整螺母相比，具有較大的優(yōu)越性和推廣性。

1.材料選用

1.1一般在冶金行業(yè)中最常用的銅合金為10-10鉛青銅，10-3鋁青銅，這兩種材料牌號和化學成分應符合GB1176-87規(guī)定，具體要求見表1

1.2 銅合金材料的特性和應用舉例（見表2），參照GB 1176-87

經(jīng)鑄造廠家反復試驗以上兩種材料，ZCuAl10Fe3鑄造流動性、耐磨性都不如ZCuPb10Sn10，鋼背銅復合一起ZCuAl10Fe3成品率也不如ZCuPb10Sn10，最終選擇ZCuPb10Sn10為銅材。

1.3 鋼體本著降低成本的原則去選擇，只要鋼材的基本性能滿足使用要求即可。所以我們選擇Q345低合金鋼。鋼材料牌號和化學成分（熔煉成分）應符合GB/T1591規(guī)定，具體要求見表3

2.鋼背銅合金制造技術要求

以下以調(diào)整螺母為例，簡析制造技術要求：

2.1 螺紋齒根部與鋼結(jié)合厚度不小于4mm，法蘭套根部兩者結(jié)合厚度不小于3mm。

2.2 鋼硬度應達到 HB230-250

2.3鋼與銅合金應結(jié)合牢固，必須滿足實際使用要求。

2.3.1根據(jù)軋機在軋制過程中產(chǎn)生的最大軋制力分配到單根拉桿上軋制力為45噸，施加在調(diào)整螺母均大于軸向力做產(chǎn)品載荷試驗。

2.3.2對鋼與銅合金結(jié)合質(zhì)量做超聲波檢驗，缺陷級別應不超過TB/T2959-1999中表2規(guī)定的A級。所有零件表面應100%進行超聲波檢驗。

2.4產(chǎn)品表面不允許有裂紋，毛刺，磕碰傷和壓痕等缺陷。

3.制造工藝過程簡析

鋼與銅復合的工藝方法很多，有靜止?jié)沧?、液態(tài)澆注、離心澆注、離心熔鑄、粉末燒結(jié)、鑲嵌等。

在我們這次試用中我們選擇離心澆注，該工藝適用于批量生產(chǎn)，內(nèi)部組織致密，無氣孔夾雜等缺陷，綜合力學性能較高，但在離心力作用下容易產(chǎn)生偏析現(xiàn)象。錫青銅、鉛青銅易產(chǎn)生逆向偏析，即鑄件表層中錫含量較多，這種區(qū)域性偏析應以預防為主，一般有以下措施：（1）選擇成分合適的合金，控制熔煉工藝使合金成分均勻,（2）合理的鑄件結(jié)構，即避免厚大斷面,（3）正確控制冷卻速度。

離心澆注是將熔化好的銅合金溶液澆注到在離心機中旋轉(zhuǎn)的鋼體內(nèi)，離心力的作用下合金與鋼體附著在一起，澆注前的準備工藝，首先需要在鋼體內(nèi)部車制特定形狀的工藝槽，清洗干凈，如果需要放置時間長需要對鋼體做掛硼砂處理，在澆注過程中需要將鋼體加熱到一定溫度然后將融化的銅合金進行離心澆注，在多次實踐中發(fā)現(xiàn)溫度控制是影響附著效果的關鍵，除此之外天氣變化對產(chǎn)品的合格率影響也比較大，空氣溫度，濕度都能影響銅合金內(nèi)部質(zhì)量。

以下圖（1）、圖（2）、圖（3）是冶金行業(yè)短應力軋機中最主要的零件，以前是全銅件，經(jīng)過改進為鋼背銅材料后效果圖如下：

如圖所示，我們只需要在有耐磨要求的面附著合適厚度的銅，其余部位使用鋼來代替，這種材料有兩個優(yōu)點：

（1）能夠達到耐磨要求，大大減少了銅的浪費，節(jié)約很大的成本。

（2）鋼的強度高，增加了零件的抗拉強度和疲勞強度。（在某些套類零件中作用明顯）

缺點就是鋼部位抗腐蝕能力相對差些，像螺母這類件安裝在內(nèi)腔里，有不斷的干油潤滑不會產(chǎn)生腐蝕。法蘭套，滑板有部分裸露在空氣表面，鋼廠工作環(huán)境差，軋鋼過程何中有大量的水冷卻軋輥，裸露部位會腐蝕生銹。軋機的其他部位全部是鋼做成的如果生銹會是同步進行，所以這個缺點a39367c31bac454614f6c6bf37b1fd2a在不影響使用的情況下我們是可以接受的。

4.成品質(zhì)量檢查

d6d4d066f0493bc68566ea478fa64d0e4.1對鋼與銅結(jié)合強度檢查

4.1.1鏟鑿法---用寬13mm 磨成60°角刃的鋼鑿，沿合金結(jié)合處鑿約13mm，鋼背上留有銅合金為合格，反之不合格，應加倍復試，若仍有不合格，則該批產(chǎn)品不合格。

4.1.2壓力測試---將雙金屬軸套加工成如圖（4）樣塊形狀，然后在壓力機上按圖（4）的方法將銅層沖下來，做三次沖剪試驗，記錄壓力P分別為40噸、38噸、33噸。銅層脫落后，發(fā)現(xiàn)結(jié)合面很粗糙，說明結(jié)合良好。經(jīng)計算可以得出鋼與銅結(jié)合面的抗剪強度為 28.5、30.7、24.7公斤/毫米2，基本接近10-10鉛青銅的抗剪強度。

5.初步使用效果

以上從材料的選擇，鑄造復合工藝的研究，驗收的辦法都做了比較詳細的說明，我們初次屬于試制階段，先對兩臺軋機材料進行了替換，并做了如下步驟的試制跟蹤。

一、將檢驗合格的鋼背銅零件安裝到軋機中，在車間內(nèi)部做空載打壓試驗，利用液壓馬達驅(qū)動壓下調(diào)節(jié)軋輥上下運動，檢驗螺母的使用情況，用液壓缸拉動軋機本體在靜底座下來回滑動檢驗滑板鋼背銅復合面的結(jié)合情況。

二、在我廠裝配試車合格后將軋機發(fā)往現(xiàn)場，安裝調(diào)試好，過鋼熱負荷下檢驗鋼背銅的實際使用效果，鋼廠已投產(chǎn)運行無不良反應，對此種鋼背銅復合檢驗合格。

三、試制成功后，我們將在一些大項目中批量投入生產(chǎn)，在批量生產(chǎn)中，能節(jié)約36%的成本，真正實現(xiàn)了降本增效。

6.結(jié)束語

鋼背銅綜合了鋼與銅合金的各自優(yōu)點，即具有較高的結(jié)構強度，較大的承載能力，極好的尺寸穩(wěn)定性，優(yōu)良的導熱性，又具有較好的摩擦、磨損性能，以及較寬的使用溫度等，其突出的特點可替代大型厚壁鑄銅件，節(jié)約大量的有色金屬銅材，因此該種復合材料有相對銅重量輕、價格低的特點，有著廣泛的應用領域和顯著的經(jīng)濟價值。

參考文獻

[1] 孫桐章，機械加工工藝學[M]，北京：航空港工業(yè)出版社，1990年.

[2] 張金鳳，金屬材料的工藝性能[M]，北京：機械工業(yè)出版社，2010年.

[3] 中國重型機械工業(yè)協(xié)會，重型機械標準，云南：云南科技出版社，2008年.

作者簡介

[1]馬瑞剛（1987-），男，山西，學士，助理工程師，畢業(yè)于西安西京學院。

[2]陳佳偉（1987-），男，山西，學士，助理工程師，畢業(yè)于太原科技大學。