一種缸體柱塞孔與銅套擴散焊燒結的工藝

■ 黃華賓

我國傳統的液壓產品上的雙金屬連接一般采用“雙金屬澆鑄”或采取過盈配合的壓裝等方法。此燒結過程存在很大的弊端，澆鑄溫度對鑄件質量和金屬型壽命有很大的影響。柱塞孔采用過盈配合壓裝銅合金套，在壓裝前對缸體柱塞孔工藝要求較高，加工成本比較大，銅套壓裝后為保證柱塞孔圓度、直線度和圓度要求，需對壓裝后的銅套進行二次加工。

以上兩種方法均存在缺陷，因此需要開拓一種新的工藝。

1. 技術背景

液壓泵缸體是液壓泵的核心部件，在使用過程中與柱塞組件配合使用，構成一對摩擦副，長時間的工作會對缸體造成很大的磨損，降低了缸體壽命。要想提高液壓泵缸體抗磨損能力，提高液壓產品質量，關鍵問題在于提高摩擦接觸面的抗磨性能。

為了提高液壓泵缸體的使用壽命，缸體的柱塞孔一般使用錫鉛青銅合金作為耐磨層。在缸體柱塞孔內燒結一層耐磨性極好的高鉛青銅，可以大大改善了摩擦面的耐磨性及抗咬合性，從而提高了缸體的使用壽命。

2. 擴散焊燒結工藝

所謂“液壓泵缸體柱塞孔與銅合金套雙金屬燒結”工藝，是在周圍氧氣隔絕的條件下，加熱到銅的初熔化溫度，然后冷卻，得到球墨鑄鐵和銅合金的緊密結合。整個加熱、熔化、冷卻過程，必須在充滿還原性氣氛的保護氣體下進行。為了防止已熔化的銅分解、偏析及產生縮松現象，保證盡可能短的銅液相狀態、最佳的調節加熱、熔化和冷卻三個階段，我們對加熱溫度、走帶速度、天然氣與空氣的混合比等參數進行多次工藝試驗。

3. 擴散焊燒結工藝流程

擴散焊燒結工藝具體操作如下：

（1）原材料準備 根據圖樣要求分別加工制作各個零部件，包括缸體的基體、擴散焊所用的銅合金套。

缸體：采用球墨鑄鐵QT 600—3。以球墨鑄鐵為基體的比以鋼件為基體的缸體有很大的優越性，如工件加工尺寸穩定、易于切削加工、熱處理后變形小等。

銅合金套：銅材是我公司定制的錫鉛青銅，此種特殊配方的錫鉛青銅做摩擦面，其耐磨性和抗咬合性能均比9-4銅好。銅合金套是按工藝要求，用圓形棒料車削而成。要求缸體柱塞孔與銅合金套間隙配合，配合間隙為0.05～0.10mm。

（2）真空清洗 為保證燒結質量，燒結前缸體與銅合金套均需在碳氫溶劑真空清洗機中清洗，清洗干凈使之不含有油和其他殘留物。

（3）浸泡清洗 將缸體基體和銅合金套在清洗液中浸泡24h，使之充分浸泡。

（4）部件裝配 在缸體基體的每個柱塞孔內裝入一個銅合金套，注意裝配時防止磕碰和異物進入缸體內部。

（5）擴散焊燒結 該擴散焊燒結使用設備為德國mahler公司生產的dle 300/200/1750 g型傳送帶式加熱爐。①燒結前，無保護氣體，開爐以30℃/min升溫至900℃，進行保溫。②向爐內充以還原性的天然氣保護氣體，并點燃爐子進出口的“火簾”，使爐內保護氣體與大氣隔絕。③保溫結束后，以5℃/min升溫至940～960℃，并調整適當溫度，使燒結室溫度穩定控制在940～960℃。④將缸體柱塞孔向上，放在連續加熱爐的傳送帶上，控制走帶速度30～50mm/min進入燒結室，并調整控制天然氣與空氣配比1.75：1，通過網帶的傳送進入爐內，進行燒結保溫20min。⑤在有保護氣體的氛圍內進行冷卻，冷卻至室溫。

通過以上燒結工藝進行燒結，就能得到符合工藝要求的缸體。

4. 產品質量及其檢測

對擴散焊燒結后液壓缸體進行車削加工，柱塞孔內銅合金表面無明顯缺陷，未產生銅層剝離或蹺皮等現象，結合處無夾雜物、裂紋。通過金相分析，機械沖孔試驗、拉伸試驗表明，結合質量良好，界面無疏松、氣孔，錫鉛青銅中鉛的偏析、大小和分布良好。

燒結后外觀如圖1所示，剖切后觀察如圖2所示。

從圖3和圖4的剪切強度試驗曲線上，能夠看出該工藝方法制備出的缸體組件，其剪切強度為≥150kN，結合強度遠大于銅合金套所測的30kN，超過銅合金本身的強度，符合使用性能要求。

通過力學性能檢測，銅合金層與缸體基體結合強度大于銅合金本身強度，滿足工藝要求。

圖 1

圖 2

圖 3

圖 4

5. 結語

經過多次試驗、摸索，最終總結出試驗工藝流程和工藝參數，使缸體耐磨性和抗咬合性有了明顯提高，其合格率達到95%以上。

該擴散焊燒結工藝提供了一種液壓泵柱塞缸體柱塞孔擴散焊的燒結方法，既解決了因銅合金化學成分不均勻、柱塞孔銅套被劃傷和被拉出等因素而影響液壓泵缸體使用壽命的問題，又提高了銅合金層與缸體基體的結合強度、耐磨性和抗咬合性等性能。

綜上所述，擴散焊燒結的產品質量很理想。如果使用超聲波的超C掃描法檢測產品，則全部結合面的結合情況都可檢測，不會產生因內部遺漏而造成質量隱患。