雙金屬?gòu)?fù)合材料雙結(jié)晶器連鑄工藝研究
1 雙金屬連鑄技術(shù)研究現(xiàn)狀
目前,雙金屬?gòu)?fù)合材料的成形方法主要有爆炸復(fù)合、軋制復(fù)合、復(fù)合鑄造、離心鑄造、化學(xué)鍍層、熱浸鍍等。其中鑄造法生產(chǎn)金屬?gòu)?fù)合材料的成本較低,其應(yīng)用得到很大的發(fā)展。
雙金屬?gòu)?fù)合材料連續(xù)鑄造成形的研究目前仍處于初始階段,但是,由于雙金屬?gòu)?fù)合材料連鑄成形具有易于實(shí)現(xiàn)批量化、連續(xù)化、自動(dòng)化生產(chǎn),有利于降低生產(chǎn)成本,擴(kuò)大其應(yīng)用范圍等優(yōu)點(diǎn),研究開(kāi)發(fā)和應(yīng)用將受到越來(lái)越廣泛的重視[1]。
現(xiàn)有雙金屬?gòu)?fù)合材料連續(xù)鑄造成形方法可以分為兩大類(lèi),一類(lèi)為使用已成形的芯材對(duì)其進(jìn)行包覆的包覆鑄造成形法,另一類(lèi)為將兩種金屬同時(shí)注入同一個(gè)結(jié)晶器內(nèi)進(jìn)行成形的雙流鑄造法。
包覆鑄造成形法的典型代表為用于復(fù)合軋輥成形的連續(xù)澆注包覆CPC法,其原理是將芯材垂直置于水冷結(jié)晶器中,使成形外層的金屬熔體與芯材部分熔合,并順序向上凝固。將凝固部分連續(xù)向下拉拔,實(shí)現(xiàn)包覆層連續(xù)鑄造成形。這種方法是日本山本厚生首先提出來(lái)的[2],已獲得工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用。
用于高速鋼復(fù)合軋輥成形,具有生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單,軋輥性能良好,生產(chǎn)成本低[3]等優(yōu)點(diǎn)。國(guó)內(nèi)方面,鋼鐵研究總院、邢臺(tái)機(jī)械軋輥(集團(tuán))有限公司和北京科技大學(xué)進(jìn)行合作,在CPC工藝的基礎(chǔ)上開(kāi)展電渣工藝復(fù)合軋輥應(yīng)用與開(kāi)發(fā)研究,取得了一些進(jìn)展[4]。
包覆鑄造成形法還有復(fù)合線(xiàn)材鑄拉[5]、反向凝固連續(xù)鑄造法[6,7]等。包覆鑄造成形法的主要缺點(diǎn)是預(yù)處理工藝復(fù)雜,且假如界面預(yù)處理效果不好,或者預(yù)處理后因不能馬上使用而被氧化或污染,則難以獲得具有良好復(fù)合質(zhì)量的界面。
有代表性的雙流鑄造法是雙流澆鑄連續(xù)鑄造制備梯度材料法,其原理如圖1所示[8],在傳統(tǒng)的連續(xù)鑄造基礎(chǔ)上增加一個(gè)內(nèi)澆包及其導(dǎo)流系統(tǒng),內(nèi)、外澆包分別容納不同成分的兩種熔體,外澆包的金屬液流經(jīng)出水口后進(jìn)入結(jié)晶器中,受激冷凝固成具有一定厚度的薄殼,內(nèi)澆包的金屬液流出內(nèi)導(dǎo)管口時(shí),被凝固薄殼和殘余外部金屬液包圍。通過(guò)調(diào)整鑄造時(shí)的工藝參數(shù),可以控制內(nèi)、外澆包中兩種液體的凝固時(shí)間差,促進(jìn)結(jié)晶器內(nèi)熔體由外向內(nèi)順序凝固,實(shí)現(xiàn)兩種液體部分混合。此工藝的技術(shù)要害和難點(diǎn)在于控制兩種金屬液的流速和溫度,形成合適厚度的中間結(jié)合層。
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