双金属复合材料铸造工艺研究进展_孙德勤

机,再由PLC 控制执行元件;当型砂性能偏差超过设定值时,软件可以根据实验室或在线检测仪的测量值自动调整附加物加入量;软件还可以自动建立生产纲领库、物料补加库、型砂性能库,显示打印型砂性能统计表等。

五、结束语

以上是从控制方法的角度介绍了国内外粘土砂质量控制的一些新发展。如果从控制工艺的角度分析,对于间歇式混砂机,前面提及的各类方法可以归纳为两种类型。一是Georg Fischer -DISA 公司的SMC 系统以及类似的其它系统,它通过先进的性能检测仪,快速、频繁地检测,根据性能检测值与设定值的偏差,不断调整粘土、水的补加量。另一类是Eirich 公司的专家系统及清华大学与BJC 合作的CAQ 系统,它们以预防性控制理论为出发点,建立物料补加公式,依据造型线模板更换来调整物料补加量,或者依据每周、每月物料消耗总量来调节实际补加量。当然,这种方法也包括在线检测的性能指标。

这样两个类型的湿型砂质量控制系统实质上反映

了按性能控制与按组分控制的想法。无论采用哪种方法,将计算机技术与型砂工艺相结合都是今后型砂质量保证系统的发展方向。目前,国内多数铸造厂家的砂处理系统在计算机应用方面还有许多工作要做。为此,我们需要密切关注国内外的最新技术动向,并与具体生产条件相结合,从而提供质量均一、稳定的型砂。

参　考　文　献

1　Vingas G .J .Green Sand System Control :An Inventory (M ass Bal -ance )Update ,AFS Transactions ,1997,190:2792　Patric O ′M eara .Greensand p rocess control with horizontai and vertical

w heeled sand m ullers ,BCIRA International Centre for Cast M etals Technolgy ,England ,1991,session 4.

3　殷国富等,铸造生产线型砂处理分布式微机监控系统的研究,中

国机械工程,1995(1):57～60

4　Paul F .Bartelt ,M ike Grady ,Jeff M oberley ,Appl ication of Intell i -gent Techniques for Green S and Control ,Technical Report from Joh n Deere Foundry W aterloo and Neural Application Corp .,1996

5　Norman G .Bliss ,Artificial Intelligence in Foundry Control System ,

Foundry M anagement &Technol ogy ,Nov 1997:26～286　Berthold Hohl ,Peter M iczajka ,Eirich -Technology for M oulding Sand

Preparation Plants ,Proceedings of the 1st Congress of Foundry Direc -tors of C hina ,1993

(编辑:田秀全)

1999年6月26日收到初稿,1999年9月8日收到修改稿。

双金属复合材料铸造工艺研究进展

北京科技大学(北京100083) 孙德勤　吴春京　谢建新

【提要】介绍了铸造法生产双金属复合材料工艺的特点及研究动态。提出了双金属复合材料的双

结晶连铸新工艺。

关键词:双金属　金属复合材料　连续铸造 日前,金属复合材料的制造方法主要有爆炸复合、轧制复合、复合铸造、离心铸造、化学镀层、热浸镀等。其中铸造法生产复合材料的制造成本较低,因此,铸造法用于制造复合材料得到很大的发展。

双金属复合材料的连续铸造法研究目前还处于初级阶段,但是,由于对金属复合材料越来越多的需求量,使得金属复合材料的工艺要求越来越简单化,生产更为连续化,自动化程度更高。双金属复合连铸是新的双金属复合材料的工艺方法,对实现金属复合材料生产批量化、连续化、自动化,从而降低制造成本,扩大使用范围提供一种新的生产方法。根据预测,异形材料的复合技术,特别是板带和线材的连续复合技术将是下世纪初的研究热点之一

〔1〕

。因此,

双金属连铸工艺研究有着广阔的前景。

一、金属复合材料的铸造方法

1.离心铸造法

离心铸造是生产双金属辊套筒类铸件最有效的方法〔2〕

。双金属离心铸造是在先浇注的外层金属基本凝固时浇入内层金属液,两层金属通过组分扩散或外层金属的重熔实现两层金属的冶金结合,使外层金属与内层金属融合成一个整体。它的工艺要求包括,①外层金属的熔点应略高于内层金属的熔点,减少内层金属浇注后对外层金属的侵蚀程度;②掌握合适的外层金属民内层金属的浇铸温度和浇注速度,并保证适当的两层金属液浇注的时间间隔是获得良好产品质量

的关键工艺参数。

2.复合铸造法

在矿山、电力、建筑等行业设备的部件既要求有高耐磨性,又要求有高的韧性。采用复合铸造的方法可以解决这个问题〔3〕。其工艺方法有,①两种金属分别在不同的熔化设备中进行熔炼,先浇注高温金属,间隔适当时间后,再浇注另外一种金属。形成的铸件应进行热处理以消除热应力;②将预先准备好的高熔点金属件经过表面清理后放置于铸型中,预热到合理的温度后浇入熔点较低的金属,通过二者的扩散熔合形成整体铸件。这种工艺过程形成的铸件也应进行热处理以消除应力。

3.其它铸造方法

最新的研究还有日本开发利用高压铸造接合异种金属,其结合面没有金属间化合物生成,接合处的强度较好。另外还有利用挤压铸造制备复合材料的研究。

二、双金属连铸技术的研究现状及

其最新进展

双金属连铸技术是近些年才逐渐发展起来的新工艺,它为钢铁企业利用已有的成熟工艺和设备将复合材料理论应用于钢铁生产,研制开发性能优良、价格低廉的金属复合材料提供了契机。

1.复合线材的铸拉工艺

复合线材的铸拉工艺是传统的热浸镀、连续铸造和拉伸变形三项工艺的结合〔4〕

。它主要分表面处理、钢丝预热、铸拉和后处理四个环节。其工艺原理如图图1　铸拉工艺原理示意图1.钢丝 2.保温炉 3.铝液4.结晶器　5.拉拔模　6.复合导线

1所示。表面处理包括,除油、酸洗、水洗和涂助焊剂,使芯线表面清洁,保证得到性能良好的结合界面。预热是为了形成良好的润湿环境,保持外层金属液温度的稳定。铸拉是工艺的核心,它把芯线和外层金属液通过结晶器的冷却结合在一起,完成复合

过程。在拉拔模

中使复合线产生一定的变形,以改善其力学性能、导电性能和表面质量。其中铸拉是关键,它决定着产品的质量。目前研究较多的是钢铝复合线的工艺。

2.连续铸造制备梯度材料

要使材料内部与外部具有不同的性能,最经济的办法是在铸造条件下就直接使得合金成分随铸件截面按要求分布。用双流浇注半连续铸造工艺生产梯度材料〔5〕的基本原理是:在传统的连续铸造基础上增加一个内浇包及其导流系统,内外浇包分别容纳不同成分的两种熔体,流经外浇包的金属液经出水口后直接进入结晶器中,受激冷而首先凝固成具有一定厚度的薄壳,当内浇包的熔体脱离内导管口时则被凝固薄壳和富含籽晶和熔断枝晶的残余外部金属液包围。通过调整铸造时的工艺参数,可以控制内外浇包中两种液体的凝固时间差,促进结晶器内熔体由外向内顺序凝固,实现两种液体的部分混合。其工艺原理如图2。在该工艺过程中,适当控制两种金属液的流速,

保证图2　连续铸造制备梯度材料原理图1.热电偶　2.内层金属　3.外层金属4.内导管　5.控流阀门　6.石墨结晶器

内部金属液对外部熔融金属的冲刷程度的控制,能形成合理厚度的中间结合层,这是获得理想产品的关键。3.电磁控制双金属连铸工艺

本研究在连铸工艺过程中使用了电磁制动技术。它利用在结

晶器宽度方向上的水平磁场,通过磁场对流动粒子产

生的洛仑兹力对金属液流动施加作用,从而阻止两种金属液的混合,从而在连铸过程中形成界面清楚的复合钢坯〔6〕。其工艺原理如图3。

其连铸过程是以下面的原理为依据的,水平磁场LM F (Level Magnetic Field )被安装在结晶器的下半部分,两种不同化学成分的液态钢同步地通过长型和短型浸入式水口进入结晶器,使结晶器内形成上下两个区域。电磁场对上层流动金属产生足够洛仑兹力,使之能与金属液本身重力相均衡,从而阻止了上面区域中的金属液与下层区域中的金属液的混合。这样,以LM F 为界形成了上层和下层两个区域。在拉铸过程中,上层区域中的金属液形成外层金属,而下层区域的金属液进入芯部成为内层金属。

利用电磁场作用将结晶器分为上下两部分从而解决了两种金属的混熔问题,而且通过控制磁场强度、拉坯速度以及两种金属液浇注速度的控制,保证得到稳定的外层金属的厚度和均匀的组织性能,是一种新型的制造复合钢坯的非常先进的方法。但是,它对设