一种缸体柱塞孔与铜套扩散焊烧结的工艺

■ 黄华宾

我国传统的液压产品上的双金属连接一般采用“双金属浇铸”或采取过盈配合的压装等方法。此烧结过程存在很大的弊端，浇铸温度对铸件质量和金属型寿命有很大的影响。柱塞孔采用过盈配合压装铜合金套，在压装前对缸体柱塞孔工艺要求较高，加工成本比较大，铜套压装后为保证柱塞孔圆度、直线度和圆度要求，需对压装后的铜套进行二次加工。

以上两种方法均存在缺陷，因此需要开拓一种新的工艺。

1. 技术背景

液压泵缸体是液压泵的核心部件，在使用过程中与柱塞组件配合使用，构成一对摩擦副，长时间的工作会对缸体造成很大的磨损，降低了缸体寿命。要想提高液压泵缸体抗磨损能力，提高液压产品质量，关键问题在于提高摩擦接触面的抗磨性能。

为了提高液压泵缸体的使用寿命，缸体的柱塞孔一般使用锡铅青铜合金作为耐磨层。在缸体柱塞孔内烧结一层耐磨性极好的高铅青铜，可以大大改善了摩擦面的耐磨性及抗咬合性，从而提高了缸体的使用寿命。

2. 扩散焊烧结工艺

所谓“液压泵缸体柱塞孔与铜合金套双金属烧结”工艺，是在周围氧气隔绝的条件下，加热到铜的初熔化温度，然后冷却，得到球墨铸铁和铜合金的紧密结合。整个加热、熔化、冷却过程，必须在充满还原性气氛的保护气体下进行。为了防止已熔化的铜分解、偏析及产生缩松现象，保证尽可能短的铜液相状态、最佳的调节加热、熔化和冷却三个阶段，我们对加热温度、走带速度、天然气与空气的混合比等参数进行多次工艺试验。

3. 扩散焊烧结工艺流程

扩散焊烧结工艺具体操作如下：

（1）原材料准备 根据图样要求分别加工制作各个零部件，包括缸体的基体、扩散焊所用的铜合金套。

缸体：采用球墨铸铁QT 600—3。以球墨铸铁为基体的比以钢件为基体的缸体有很大的优越性，如工件加工尺寸稳定、易于切削加工、热处理后变形小等。

铜合金套：铜材是我公司定制的锡铅青铜，此种特殊配方的锡铅青铜做摩擦面，其耐磨性和抗咬合性能均比9-4铜好。铜合金套是按工艺要求，用圆形棒料车削而成。要求缸体柱塞孔与铜合金套间隙配合，配合间隙为0.05～0.10mm。

（2）真空清洗 为保证烧结质量，烧结前缸体与铜合金套均需在碳氢溶剂真空清洗机中清洗，清洗干净使之不含有油和其他残留物。

（3）浸泡清洗 将缸体基体和铜合金套在清洗液中浸泡24h，使之充分浸泡。

（4）部件装配 在缸体基体的每个柱塞孔内装入一个铜合金套，注意装配时防止磕碰和异物进入缸体内部。

（5）扩散焊烧结 该扩散焊烧结使用设备为德国mahler公司生产的dle 300/200/1750 g型传送带式加热炉。①烧结前，无保护气体，开炉以30℃/min升温至900℃，进行保温。②向炉内充以还原性的天然气保护气体，并点燃炉子进出口的“火帘”，使炉内保护气体与大气隔绝。③保温结束后，以5℃/min升温至940～960℃，并调整适当温度，使烧结室温度稳定控制在940～960℃。④将缸体柱塞孔向上，放在连续加热炉的传送带上，控制走带速度30～50mm/min进入烧结室，并调整控制天然气与空气配比1.75：1，通过网带的传送进入炉内，进行烧结保温20min。⑤在有保护气体的氛围内进行冷却，冷却至室温。

通过以上烧结工艺进行烧结，就能得到符合工艺要求的缸体。

4. 产品质量及其检测

对扩散焊烧结后液压缸体进行车削加工，柱塞孔内铜合金表面无明显缺陷，未产生铜层剥离或跷皮等现象，结合处无夹杂物、裂纹。通过金相分析，机械冲孔试验、拉伸试验表明，结合质量良好，界面无疏松、气孔，锡铅青铜中铅的偏析、大小和分布良好。

烧结后外观如图1所示，剖切后观察如图2所示。

从图3和图4的剪切强度试验曲线上，能够看出该工艺方法制备出的缸体组件，其剪切强度为≥150kN，结合强度远大于铜合金套所测的30kN，超过铜合金本身的强度，符合使用性能要求。

通过力学性能检测，铜合金层与缸体基体结合强度大于铜合金本身强度，满足工艺要求。

图 1

图 2

图 3

图 4

5. 结语

经过多次试验、摸索，最终总结出试验工艺流程和工艺参数，使缸体耐磨性和抗咬合性有了明显提高，其合格率达到95%以上。

该扩散焊烧结工艺提供了一种液压泵柱塞缸体柱塞孔扩散焊的烧结方法，既解决了因铜合金化学成分不均匀、柱塞孔铜套被划伤和被拉出等因素而影响液压泵缸体使用寿命的问题，又提高了铜合金层与缸体基体的结合强度、耐磨性和抗咬合性等性能。

综上所述，扩散焊烧结的产品质量很理想。如果使用超声波的超C扫描法检测产品，则全部结合面的结合情况都可检测，不会产生因内部遗漏而造成质量隐患。