双金属材料学习总结..

本身含有不少密度与金属液不一样的异相质点，例如渣粒、 气泡、石墨和共晶团，以及不能互溶的金属组元液体等。密度较小的 颗粒会向自由表面移动(内浮)，密度较大的颗粒则往模壁移动(外沉)。 与一般重力场铸造比较，离心铸造时异相质点的沉浮速度增大，有利 于减少渣孔、气泡等缺陷，提高铸件的致密度，但易形成密度偏析。
离心浇注
离心管坯
管坯表面加工
管坯加热 冷轧
冷轧管 精整 挤压荒管
热挤压
精整 挤压管
包装入库
成品检验
离心浇铸工艺
1、离心浇铸原理
离心铸造是将溶化的铁液通过流槽流入旋转的金 属型内，在离心力的作用下布满金属型，最后凝固成 铸件的一种特殊铸造方法。 钢
离心浇注工艺示意
金属型 外层金 腔 属 内层金 属 钢液流 向 钢水 包 中间 包 液
双金属材料 学习记录
张坤
一、国内外双金属复合铸造工艺的发展及应用
1、目前国内外对双金属复合的研究在逐年增多，双金属制造的 锤头、领板、斗齿等耐磨件己经得到很好的应用，并产生了巨大的经 济效益，节省了大量的材料。双金属层状板复合材料，双金属复合的 套、管、辊类机械零件等也得到很大研究并有了很好的生产实际应用。 具体应用如下： ①双金属复合轧辊 复合轧辊通过液液结合的方式，采用离心复合铸造的方法制备试 样。双金属复合轧辊的出现，相对于冷硬铸铁轧辊，磨损量降低，寿 命大大提高，减少了经常更换轧槽和轧辊，节约了时间，多轧钢且提 高了轧钢的精度。
H-层流间的重心距 R-管模内径 r-金属液内腔半径 δ1、δ2-管模顶部与底部 金属液厚度 e-金属液内腔与管模中心偏差 W-金属液重力 F-离心力
产生这一现象的原因:质点旋转到管模顶部离心力与重力相反， 运动速度减慢;而在底部时，两个力的方向相同，质点运动速度则加 快，由于在同一半径层流体具有连续性，即流量为一常数，在忽略铁 液粘度所产生的层流之间的摩擦因数的情况下，当管模转速足够高， 及离心加速度足够大时，金属液自身重力起的作用就越来越小，这种 偏心差也就逐渐减小，直至在允许的尺寸公差范围内。 此外离心铸造铸件凝固由外向内，随着凝固时间的延长，内层能 流动的金属液都会逐渐减小，最终使偏心值减小。此外，随着铸件的 凝固，金属液温度的下降会伴随着粘度的增大，也相应地使自由表面 的偏心值减少，使偏心现象逐渐消失。所以在最终凝固的铸管上看不 出壁厚的偏差。 在实际生产中另一影响铸件壁厚偏差的因素是管模的跳动。如果 管模不能始终在一根轴线上旋转而有所跳动，则铸件尤其是长的铸管 壁厚会严重不均，拔管后冷却过程中可使铸管产生弯曲，严重时可断 裂，因此只要严格控制管模的径向圆跳动，就能生产出壁厚均匀的铸 管。
(3)铁液在管模内的运动过程
铁液在卧式离心机管模内的流动过程(即浇铸成型过程)是一个比 较复杂的运动过程，是难以用静水力学的理论来加以描述的，只有通 过复杂的动水力学理论和大量的试验工作，才能正确描述铁液在离心 过程中的有关运动方程，在这一过程中同时伴随着铁液的凝固过程， 也就是说离心力不仅对铁液运动产生影响，而且对铁液的凝固过程也 产生影响，为了便于分析，可将铁液在管模内的流动过程视为径向和 轴向两个运动方向的合成。 1)金属液在管模内的径向运动 金属液受离心力和管模型壁摩擦力的作用，会随管模作旋转运动。 当管模转速超过一定值后，离心力大于重力，金属液会在铸型中形成 空腔的环形物。所形成的空腔上部厚、下部薄，与管模中心必然产生 偏心，下图所示。
(1)离心力
铁液在金属型内单位体积金属液所受的离心力与旋转半径成正比，与 旋转速度的平方成正比。其离心力公式为 F‘=pRω2=γRω2/g=(nπ/30)2γR/g=0.112Rγ(n/100)2 式中:F’-单位体积金属液的离心力(N/cm3 ); p-金属液的密度 (kg/cm3); ω-金属型腔旋转角速度(rad/s); n-金属型腔旋转速(r/min); γ-金属液的重度(N/cm3); R-金属液中任意点旋转半径(cm); g-重力加速度(g=981 cm/s2) 为了保证铁液在金属型内有足够的离心力不产生淋落现象，在离心机 的设计中通常使用重力系数作为依据，重力系数为物体在旋转时离心力与 正常重力之比。 G=F/P=mω2R/mg=0.112(n/100)2R 式中:G-重力系数; m-金属液质点的质量(Kg); F-物体所受离心力(N); P-物体所受的重力(N)
(2)管模转速计算
管模的转速必须保证能产生足够的离心力使铁液紧 贴管模内壁，不产生铁液淋落现象，同时应注意管模的 转速过高易产生:Ⅰ 管模产生跳动造成铸管壁厚不均匀; 冷却过程中容易发生弯曲。生产实践证明，管模旋转时 其径向圆跳动应控制0.30-0.5之间，对小口径离心铸管 要求更严。Ⅱ 造成管壁径向成分偏析严重，加上轴向 流槽中铁液流量的不稳定性，使铸管在快速的冷却过程 中由于成分偏析、质量不均匀容易产生环裂和纵裂。在 生产实践中可采用各种经验公式和图表来确定管模转速， 并根据所生产出的铸件实际情况进行调整。
二、双金属复合钢管如何分类
双金属复合管按两复合界面复合类型分：
冶金复合管、扩散复合管、机械复合管
双金属复合管按两复合材料分：
铁与钢、钢与钢、钢与铜、钢与钛
双金属复合管按两复合位置分：
内衬复合管、外衬复复合管
双金属复合管按两复合方法分：
冷复合管、温复合管、热复合管
冶金复合双金属管成型工艺
简介：
对于强腐蚀、高磨损、高工作压力环境下使用 的流体管道，通常采用高品质的不锈钢或高合金含量 的无缝钢管，这类管材由于大量添加贵金属，其价格 是一般普通无缝钢管的几倍或几十倍。多年来，管材 用户和生产商一直在努力寻求通过不同金属的复合， 从而获得一种既能满足苛刻的使用环境，又价廉物美 的高性能复合管材。 目前，国内虽有这种双金属复合管面市，但由于成型 工艺仅是简单的机械复合（爆炸成型、液压胀形、拉 拔、碾压等），内外层金属仅仅是简单的机械嵌合， 其致命的问题是结合层存在宏观间隙，难以满足用户 要求。
◆制造工艺：
1）、双金属复合管坯采用分层离心浇铸方法制备，在液态下使 两层金属溶合，做到了真正的冶金结合； 2）、采用大吨位黑色金属挤压机（或纵轧机）将双金属复合管 坯热挤压（或纵轧）成无缝钢管的生产工艺； 3）、还可进一步采用高精度冷轧管机将挤压出的无缝钢管轧制 成精密复合管。
制造工艺流程
钢水冶炼
多工位离心浇铸车间
3150挤压机
冷轧机
精整车间
2、工艺特点
（1）主要工艺特点
1）复合管用的外管采用普通无缝钢管，安装于管模中，利用三爪 卡盘同步定位，对中效果好;可适用于生产多种规格复合管; 2）管模与高温金属液不直接接触，具有一定的间隙，可采用雨淋 冷却，冷却效果好，对管模的耐热性要求不高，不必采用合金材料制作， 可选用普通钢管直接制作，成本低，使用寿命长; 3）管模上直接装配滚动轴承，并采用皮带传动，使管模运转平稳， 有效抑制了可能发生的偏心振动和跳动，成品率极大提高; 4）采用扇形包和长流槽进行铁液等量浇注，复合管的壁厚均匀， 质量稳定; 5）采用电磁调速电机，可实现宽范围无级调速，使得浇注装置行 走速度、浇注速度和管模转速自动可调;机械化、自动化水平较高，生 产效率较高。 离心复合设备水平布置安装，主机直接安装于基础上固定不动，浇 注装置和拔管装置沿轨道在两侧前后运动，因此离心设备轴向布置长度 应保证一定的操作空间。
(4)金属液凝固特点
1)铁液凝固特点
由于离心力对金属的凝固过程的影响，使离心铸造的铸件夹杂物少， 晶粒较细，组织致密，力学性能较高。 铁液浇入管模后，受管模壁的激冷作用，在管模附近的铁液中开 始结晶凝固。随着结晶潜热垂直于管模壁、连续地通过管模壁向外散 发，使铸管由外向内顺序地结晶凝固一产生顺序凝固，离心力的作用 又使金属液对流加剧，从而得到按径向生长的柱状晶组织。 在铸管外表面结晶凝固成一层金属后，在其内层的结晶前沿存在 着液固相共存区。在结晶前沿的金属液仍按惯性运动，与已凝固的金 属层产生相对流动，使离心铸管径向断面上出现倾斜柱状晶，柱状晶 的旋转方向与铸管成形时的旋转方向一致，在外层的晶体倾斜度较大， 越往内层，倾斜度越小，最后转变成径向柱状晶。离心力的作用可使 金属液渗入已结晶金属的枝晶空穴中，从而可获得致密的组织，而金 属液与枝晶的相对滑动阻碍了树枝状晶的发展，从而使晶粒细化，提 高了离心铸件的力学性能。
②双金属复合管件 目前双金属复合管主要采用离心铸造法，将固体外套和 液体金属在离心条件下复合成型。通过冶金一离心铸造一热 处理等工艺，套筒通过组织逐渐变化的过渡层而结合为一个 整体，大大提高耐磨性能。 ③耐磨件方面 锤头、衬板、斗齿等作为矿山、冶金、建材等行业的耐 磨常用零部件，己发展成一个独立的分支。目前，其制造方 法己经开始采用双金属复合铸造的方法，效果相对于单 一金属材料耐磨性能均提高几倍。
2、国外对双金属复合铸造工艺也进行了广泛的研究，一些发 达国家对此更是做了很广泛的研究。1995年日本的株式会社利肯 本田技研工业株式会社就获得了镶铸工艺方法的专利。在实施镶 铸工艺方法中，将镶铸嵌入构件放入铸模的铸件成型腔内，然后 进行铸造。镶铸嵌入构件在其非附着面上有一个阻挡层以阻止熔 化金属在其上面附着。在铸造过程中，部分熔化金属导入位于阻 挡层一侧的加热室中与阻挡层接触。这样，不仅能从镶铸嵌入构 件的附着面一侧而且也能从它的非附着面一侧加热该镶铸嵌入构 件，减少了镶铸嵌入构件对金属液的激冷作用，从而提高了镶铸 构件的界面结合。欧美国家以德国为代表，自70年代以来一直对 双金属复合轧辊进行研究，外层工作面采用高铬铸铁芯材用铸钢。 而我国在85年也开始湘钢线材轧机精轧段成品机架的中轧辊的研 究。近年来国内对双金属耐磨材料的研究进入一个高潮，各种铸 造工艺也逐渐接近成熟，带来了很大的经济效益。由此可见，双 金属复合工艺己经在世界范围内得到良好的发展。
2)金属液在管模内的轴向运动
金属液进入管模不仅会产生径向运动，而且也在浇注压头及旋转倾 角的作用下产生轴向运动。浇注压头越大、旋转轴倾角越大、金属液与 铸型摩擦力越小以及铸型转速越低、冷却能力越弱，金属液在管模内的 轴向流动就越大。 轴向流动的特征与流槽的形式有关。短流槽只适合于热模法生产， 不适用于水冷金属型，因为其管模的冷却强度大，铁液与管模接触后迅 速凝固，难以流到承口处;大量高温金属在固定点进入，该处温度升高， 易使管模冲刷变形，铸管质量难以保证。因此短流槽不宜用于长管生产， 适用于短套筒之类铸件的热模法生产。采用与管模长度相近的长浇注槽， 并使浇注槽相对管模匀速移动，此时铁液在管模内的运动状态大为改善。 管模在高速旋转状态下，铁液通过相对移动的长流槽进入管模，铁液受 离心力的作用以螺旋线的形式均匀地分布在管模内壁，螺旋线股流在瞬 间又相互熔合在一起，形成均匀的液体层，凝固成厚度均匀的管壁。长 度较长的铸管、水冷金属型铸管和管径较大的铸管热模法离心铸造只能 采用长流槽浇注，以利于铁液在管模中均匀分布，同时也可提高管模寿 命。