雙金屬復合材料雙結晶器連鑄工藝研究
1 雙金屬連鑄技術研究現(xiàn)狀
目前,雙金屬復合材料的成形方法主要有爆炸復合、軋制復合、復合鑄造、離心鑄造、化學鍍層、熱浸鍍等。其中鑄造法生產(chǎn)金屬復合材料的成本較低,其應用得到很大的發(fā)展。
雙金屬復合材料連續(xù)鑄造成形的研究目前仍處于初始階段,但是,由于雙金屬復合材料連鑄成形具有易于實現(xiàn)批量化、連續(xù)化、自動化生產(chǎn),有利于降低生產(chǎn)成本,擴大其應用范圍等優(yōu)點,研究開發(fā)和應用將受到越來越廣泛的重視[1]。
現(xiàn)有雙金屬復合材料連續(xù)鑄造成形方法可以分為兩大類,一類為使用已成形的芯材對其進行包覆的包覆鑄造成形法,另一類為將兩種金屬同時注入同一個結晶器內(nèi)進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的[2],已獲得工業(yè)化生產(chǎn)應用。
用于高速鋼復合軋輥成形,具有生產(chǎn)工藝簡單,軋輥性能良好,生產(chǎn)成本低[3]等優(yōu)點。國內(nèi)方面,鋼鐵研究總院、邢臺機械軋輥(集團)有限公司和北京科技大學進行合作,在CPC工藝的基礎上開展電渣工藝復合軋輥應用與開發(fā)研究,取得了一些進展[4]。
包覆鑄造成形法還有復合線材鑄拉[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是預處理工藝復雜,且假如界面預處理效果不好,或者預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)鑄造基礎上增加一個內(nèi)澆包及其導流系統(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)出水口后進入結晶器中,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)導管口時,被凝固薄殼和殘余外部金屬液包圍。通過調(diào)整鑄造時的工藝參數(shù),可以控制內(nèi)、外澆包中兩種液體的凝固時間差,促進結晶器內(nèi)熔體由外向內(nèi)順序凝固,實現(xiàn)兩種液體部分混合。此工藝的技術要害和難點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合層。
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