高铬铸铁_钢离心铸造复合工艺设计及研究.pdf

随 着 科 学 技 术 的 发 展 ， 生 产 对 材 料 的 综 合 性 能 要 求 越 来 越 高 ， 整 体 采 用 单 一 材 质 的 工 件 已 经 达 不 到 实 际 生 产 的 需 求 。 如 轧 辊 、 矫 直 辊 、 钻 井 缸 套 等 工 件 ， 要 求 其 工 作 面 ( 外 表 面 或 内 表 面 ) 具 有 很 高 的 硬 度 和 耐 磨 性 ， 而 其 它 部 位 要 有 良 好 的 冲 击 韧 性 [ 1 ] 。 若 整 体 采 用 高 铬 铸 铁 ， 工 件 耐 磨 性 好 ， 但 韧 性 低 ， 且 生 产 成 本 高 ， 容 易 造 成 材 料 的 浪 费 ； 而 工 作 面 材 质 选 用 高 铬 铸 铁 、 其 余 部 位 材 质 选 用 钢 的 方 法 既 能 满 足 工 况 要 求 ， 弥 补 单 一 材 质 工 件 的 性 能 缺 陷 ， 又能达到节约材料 、 降低成本的目的 。 高 铬 铸 铁 / 钢 的 复 合 工 艺 有 很 多 ， 目 前 比 较 成 熟 的 有 离 心 铸 造 法 [ 2 - 10 ] 、 热 镶 装 法 [ 11 , 12 ] 、 表 面 堆 焊 法 [ 13 , 14 ] 及 机 械 组 合 法 [ 15 , 16 ] 等 。 离 心 铸 造 复 合 工 艺 适 合 制 备 对 称 件 ， 且 生 产 工 艺 相 对 简 单 ， 成 本 较 低 ， 成 为 研 究 的 热 点 。 本 文 针 对 离 心 铸 造 法 ， 重 点 介 绍 其 原 理 、 铸 造 工 艺 、 成 分 设 计 及 热 处 理 的 特 点 ， 探 讨 双 金 属 复 合 的 界 面 结 合 问 题 ， 提 出 了 目 前 对 高 铬 铸 铁 / 钢 离 心 铸 造 复 合 工 艺 研 究 中 存 在 的 问 题 及 解 决 方 法， 并指出了今后研究的发展方向 。 1 离心铸造复合工艺关键技术介绍 目 前 常 用 的 高 铬 铸 铁 / 钢 离 心 铸 造 复 合 工 艺 有 双 液 复 合 和 液 - 固 复 合 两 大 类 （ 图 1 ） ， 其 中 液 - 固 复 合 因 工 艺 简 单 、 成 本 相 对 较 低 而 越 来 越 受 到 人 们 的 重 视 [ 17 ] 。 高 铬 铸 铁 / 钢 离 心 铸 造 复 合 工 艺 常 用 钢 材 的 种 类 有 碳 素 钢 如 ZG 15 、 ZG 35 、 20 钢 和 高铬铸铁/ 钢离心铸造复合工艺设计及研究 朱林林 刘金池 董金龙 王忠辉 （ 西王特钢有限公司技术中心 ， 山东 滨州 256200 ） 摘 要 ： 本 文 综 述 了 高 铬 铸 铁 / 钢 离 心 铸 造 复 合 工 艺 的 研 究 和 设 计 ， 探 讨 了 两 种 金 属 离 心 铸 造 复 合 工 艺 的 技 术 特 点 及 适 用 范 围 ， 分 析 了 双 液 、 液 - 固 离 心 铸 造 复 合 工 艺 中 合 金 元 素 的 扩 散 机 制 、 两 种 金 属 界 面 结 合 特 点 及影响因素。 提出了目前离心铸造复合工艺中存在的问题， 并指出了今后的研究和应用的发展方向。 关键词： 离心铸造 ； 双金属复合 ； 工艺研究。 中图分类号： TG 249 . 4 文献标识码： A 文章编号： 1674 - 0971 ( 2020 )- 002 - 05 Process Research on Centrifugal Compound Casting Process for High Chromium Cast Iron/Steel Zhu Linlin, Liu Jinchi, Dong Jinlong, Wang Zhonghui （Xiwang Special Steel Co. Ltd, Binzhou, Shandong 256200 ） Abstract: This paper summarized the current research and process design status on centrifugal compound casting process for high chromium cast iron/steel, discussed the technical characteristics and applicability of centrifugal compound casting process of the two metals, analyzed the diffusion mechanism of alloy elements both in double-liquid and liquid-solid centrifugal compound casting process, and the interfacial bond characteristic of the two metals and the influencing factors. Problems existed in current compound processes were presented in this paper and the future development tendency of investigation and application were discussed. Keywords: centrifugal casting, bimetal compound, process research 收件日期 ： 2020 - 4 - 15 作者简介 ： 朱林林 ， 2011 年毕业于东北大学 ， 工程师 ， 现供职于西王特钢有限公司 ， 从事特种钢新材料冶炼 ， 轧制工艺设计 。 特钢技术 Special steel Technology 第 26 卷 总第 103 期 2020 年第 2 期 Vol. 26 （ 103 ） 2020 .No. 2Q 235 等 。 1 . 1 液 - 固离心铸造复合工艺 液 - 固 离 心 铸 造 复 合 法 是 在 作 为 外 层 的 固 态 金 属 内 表 面 离 心 浇 注 内 层 液 态 金 属 ， 首 先 将 外 层 材 料 放 入 铸 型 中 预 热 ( 一 般 预 热 到 700 ～800 ℃ ) ， 再 浇 注 内 层 金 属 液 ， 利 用 其 冷 却 时 释 放 的 热 量 将 钢 表 面 重 熔 ， 实 现 合 金 元 素 的 扩 散 ， 从 而 达 到 双 金 属 冶 金 结 合 的 目 的 。 该 工 艺 的 关 键 工 艺 参 数 是 内 层 金 属 液 的 浇 注 温 度 ( 即 过 热 量 ) ， 这 主 要 跟 两 种 金 属 的 体 积 比 有 关 ， 此 外 还 跟 外 层 金 属 的 预 热 温 度 、 铸 型 转 数 及 冷 却 方 式 有 关 。 在 浇 注 高 铬 铸 铁 液 时 ， 由 于 其 流动性差 ， 浇注时应采取快浇的方式 。 文 献 [ 2 ] 研 究 了 在 外 径 为 Φ 273 mm 、 内 径 为 Φ 245 mm 、 长 3000 mm 的 20 钢 的 无 缝 钢 管 内 壁 复 合 一 层 7 mm 厚 高 铬 铸 铁 的 工 艺 。 计 算 得 到 高 铬 铸 铁 的 质 量 为 122 . 4 kg ， 离 心 浇 注 时 间 为 11 s ， 根 据 实 验 经 验 确 定 高 铬 铸 铁 的 浇 注 温 度 为 1400 ℃ 左 右 ， 当 管 内 铁 液 温 度 在 500 ℃ 左 右 时 停 止 铸 型 转 动 ， 此 时 的 成 型 效 果 最 好 。 在 文 献 [ 2 ] 的 基 础 上 ， 文 献 [ 3 ] 对 浇 注 系 统 做 了 改 进 ， 设 计 长 流 槽 浇 注 的 横 截 面 积 为 7 . 12 cm 2 ， 开 口 度 与 高 度 的 比 值 为 0 . 667 。 采 用 长 流 槽 浇 注 工 艺 可 以 加 长 或 减 薄 复 合 层 ， 使 复 合 层 壁 厚 均 匀 。 界 面 结 合 区 无 夹 杂 、 冷 隔 、 气 孔 等 缺 陷 ， 提 高 了耐磨复合管的使用性能并降低了生产成本 。 1 . 2 双液离心铸造复合工艺 双 液 离 心 铸 造 复 合 工 艺 是 在 预 热 的 金 属 型 中 先 浇 注 外 层 金 属 液 ， 待 其 外 表 面 刚 刚 凝 固 时 再 浇 入 内 层 金 属 液 ， 利 用 其 冷 却 时 释 放 的 热 量 使 外 层 金 属 表 面 重 熔 ， 从 而 达 到 两 种 金 属 冶 金 结 合 的 目 的 ， 其 关 键 工 艺 参 数 为 浇 注 时 间 间 隔 和 浇 注 温 度 。 离 心 机 转 数 由 经 验 公 式 确 定 ， 为 减 少 碳 化 物 的 偏 析 ， 具 体 操 作 时 在 保 证 工 件 质 量 的 前 提 下 一 般 取 下 限 。 碳 钢 的 浇 注 温 度 一 般 取 1520 ～ 1570 ℃ ， 高 铬 铸 铁 浇 注 温 度 一 般 为 1380 ～1450 ℃ 。 目 前 ， 双 液 离 心 铸 造 复 合 设 备 在 浇 注 系 统 上 有 两 种 ， 一 种 是 单 头 浇 注 ， 另 一 种 是 双 头 浇 注 ， 采 用 双 头 浇 注 系 统 能 提 高 生产效率 ， 实现连续生产 。 为 了 确 定 内 层 金 属 液 的 过 热 量 ， 可 以 采 用 容 积 定 量 法 [ 4 , 5 ] ， 结 合 工 件 几 何 参 数 及 两 种 金 属 的 凝 固 体 收 缩 率 ， 从 而 计 算 出 两 种 金 属 液 的 体 积 和 浇 注 温 度 。 浇 注 时 间 间 隔 可 用 有 限 元 分 析 软 件 ANSYS 8 . 1 对外层碳钢进行数值模拟来确定 [ 6 ] 。 1 . 3 离心铸造复合界面特点与影响因素 高 铬 铸 铁 / 钢 离 心 铸 造 复 合 工 艺 的 关 键 在 于 两 种 金 属 界 面 结 合 的 控 制 ， 良 好 的 冶 金 结 合 能 保 证 铸 件 具 有 较 高 的 使 用 性 能 。 双 金 属 复 合 的 一 个 最 重 要 的 问 题 就 是 界 面 保 护 。 为 了 防 止 外 层 金 属 氧 化 ， 减 少 界 面 夹 杂 ， 可 加 入 BN 复 合 剂 或 者 硼 砂 防 氧 化 剂 [ 7 ] 。 界面 保护 剂应 有良 好的 保温 性 、 抗氧 化性 、 铺 展 性 和 吸 附 性 ， 沸 点 尽 量 高 ， 以 防 汽 化 ， 其 加 入 量 及 时间根据铸件的大小而定 [ 8 , 9 ] 。 1 . 3 . 1 界面结合特点 高 铬 铸 铁 / 钢 的 离 心 复 合 过 程 是 在 高 温 下 、 铁 水 润 湿 已 凝 固 的 铸 钢 表 层 ， 两 种 材 料 中 的 元 素 产 生 相 互 扩 散 的 过 程 。 一 个 良 好 结 合 区 的 形 成 须 经 过 钢 表 面 氧 化 皮 的 去 除 、 钢 表 面 润 湿 、 熔 融 及 熔 融 区 的 凝 固 几 个 步 骤 [ 18 ] 。 界 面 区 主 要 由 扩 散 层 、 激 冷 凝固层 、 方向性生长层和正常凝固层组成 [ 19 ] 。 1 . 3 . 2 界面结合影响因素 界 面 结 合 强 度 主 要 取 决 于 两 种 金 属 的 结 合 状 态 ， 这 与 两 种 金 属 的 洁 净 度 、 界 面 保 护 剂 的 选 择 、 浇 注 时 间 间 隔 及 铸 型 停 转 时 间 有 关 。 实 现 良 好 的 冶 金结合必须做到 ： ① 严 格 控 制 金 属 液 的 质 量 ， 将 P 、 S 含 量 控 制 在 规 定 的 范 围 内 ， 浇 注 内 层 金 属 液 时 应 保 证 尽 量 高 的温度 ； ② 界 面 复 合 剂 应 有 良 好 的 保 温 性 、 抗 氧 化 性 、 铺 展 性 和 吸 附 性 ， 以 保 护 界 面 具 有 良 好 的 复 合 性 ， 界 面 保 护 剂 的 沸 点 应 高 些 ， 避 免 温 度 过 高 而 汽 化 。 界 面 保 护 剂 的 加 入 量 和 加 入 时 间 根 据 铸 件 大 小 而 定； ③ 一 般 当 表 面 钢 液 温 度 为 1400 ～ 1480 ℃ 时 可 以 浇 注 铁 液 ， 即 当 外 层 碳 钢 刚 凝 固 之 后 随 即 浇 入 内 层铁液 ， 浇注采取快浇的方式 ； ④ 内 层 浇 注 后 铸 型 停 转 时 间 应 该 控 制 在 内 层 凝固完毕足以支撑自身形状的时刻 。 特钢技术 第 26 卷第 2 期 图 1 离心铸造复合示意图 Fig. 1 Schematic diagram of centrifugal compound casting process · · 2此 外 ， 对 于 液 - 固 离 心 铸 造 复 合 工 艺 来 说 ， 芯 材 在 复 合 前 的 表 面 状 况 是 结 合 成 败 与 否 的 关 键 因 素 ， 同 时 ， 复 合 前 的 芯 材 预 热 是 实 现 复 合 界 面 达 到 冶金结合的前提条件 。 1 . 4 界面结合区元素的扩散机制 C 的 偏 析 、 Cr 的 扩 散 是 两 种 金 属 实 现 冶 金 结 合 的 标 志 ， C 的 偏 析 机 制 为 间 隙 扩 散 ， Cr 的 扩 散 机 制 为 置 换 扩 散 。 两 种 元 素 的 扩 散 都 受 化 学 位 梯 度 及 温 度 的 影 响 。 C 的 偏 析 会 导 致 界 面 处 出 现 片 状 珠 光 体 ， Cr 元 素 向 钢 中 溶 入 过 多 将 会 使 钢 中 产 生 夹 杂 物 和 氧 化 膜 ， 使 钢 液 变 稠 ， 降 低 流 动 性 。 同 时 体 积 收 缩 量 增 加 ， 导 热 性 下 降 ， 易 产 生 缩 孔 和 热 裂 倾 向 。 与 液 - 固 离 心 复 合 相 比 ， 双 液 离 心 复 合 界 面 更 加 难 以 控 制 ， 内 层 材 料 的 体 积 越 大 ， 对 外 层 材 料 的 热作用越明显 ， 使得 C 、 Cr 元素的热扩散加强 。 对 于 内 层 是 高 铬 铸 铁 的 复 合 件 ， 结 合 面 处 C 、 Cr 元 素 的 扩 散 要 比 同 条 件 下 的 内 层 为 钢 的 严 重 得 多 ， 在 双 液 离 心 铸 造 复 合 工 艺 下 更 是 如 此 。 C 、 Cr 元 素 的 扩 散 与 浇 注 时 间 间 隔 和 外 层 凝 固 时 间 有 关 。 为 了 防 止 过 多 的 C 、 Cr 向 钢 中 扩 散 ， 对 于 厚 大 铸 件 ， 可 以 考 虑 设 置 中 间 层 ， 中 间 层 的 厚 度 根 据 铸 件而定 。 目 前 ， 采 用 双 液 离 心 铸 造 复 合 工 艺 制 备 高 铬 铸 铁/ 钢 双 金 属 复 合 材 料 的 研 究 较 多 ， 表 1 给 出 了 其 主 要工艺参数和工件的 主要性能 。 2 离心铸造复合工艺方案设计 2 . 1 高铬铸铁成分 设计 离 心 铸 造 高 铬 铸 铁 的 成 分 基 本 是 按 照 普 通 铸 造 设 计 的 ， 在 设 计 时 必 考 虑 两 个 方 面 [ 20 , 21 ] ： 首 先 是 合 理 选 择 碳 和 铬 的 含 量 ， 保 证 在 使 用 条 件 得 到 最 佳 的 耐 磨 性 和 韧 性 的 配 合 ， 另 外 碳 、 铬 、 锰 、 镍 、 钼 等 合 金 元 素 含 量 必 须 保 证 足 够 的 淬 透 性 ， 使 得 工 件 空 淬 后 得到无珠光体的高硬度组织 。 ( 1 ) 铬 碳 比 ： 碳 化 物 的 数 量 在 很 大 程 度 上 决 定 着 材 料 的 磨 性 能 ， 对 韧 性 也 有 一 定 的 影 响 。 文 献 [ 22 ] 的 研 究 表 明 ， 随 着 碳 化 物 数 量 的 增 加 ， 高 铬 铸 铁 的 耐 磨 性 明 显 提 高 。 而 且 随 着 铬 含 量 的 增 加 ， 高 铬 铸 铁 的 中 温 耐 磨 性 和 抗 氧 化 性 都 有 明 显 的 提 高 [ 23 ] 。 另 外 ， 铬 含 量 的 增 加 也 可 提 高 基 体 的 电 位 ， 使 其 抗 腐 蚀 能 力 得 到 提 高 [ 24 ] 。 为 了 使 材 料 具 有 良 好 的 淬 透 性 并 在 热 处 理 后 获 得 马 氏 体 组 织 ， 实 际 控 制 Cr/C 应在 6 ～ 9 。 ( 2 ) 锰 、 镍 、 钼 、 铜 ： 这 几 种 元 素 可 提 高 淬 透 性 ， 抑 制 奥 氏 体 基 本 向 珠 光 体 的 转 变 ， 促 进 马 氏 体 基 体 的 形 成 。 当 锰 、 钼 联 用 铜 、 钼 共 存 时 ， 提 高 淬 透 性 效 果 更 显 著 。 通 常 锰 0 . 6 ％ ～ 0 . 9 ％ ， 镍 < 1 . 5 ％ ， 钼 0 . 5 ％～ 3 ％ 、 铜 0 . 8 ％～ 1 . 2 ％。 朱林林 刘金池 董金龙 王忠辉 ： 高铬铸铁 / 钢离心铸造复合工艺设计及研究 第 26 卷第 2 期 表 1 双液离心铸造复合工艺参数及工件主要性能[ 4 - 10 ] Table. 1 Processing parameters and performances of double-liquid centrifugal compound casting process 产品 名称 钻井 泵缸 套 泥浆 泵缸 套 复合 管 钢与高铬铸铁体 积比 8 ： 1 ZG 200 / 400 厚度 为 17 . 5 mm ， 高铬 铸铁厚 7 . 5 mm Q 235 厚度为 8 mm ， 高铬铸铁厚 度 12 mm 浇注温度 /℃ 高铬 铸铁 1380 ～ 1390 1390 ～ 1420 1450 钢 1530 ～ 1570 1520 ～ 1550 1540 铸型转速 /r ·in / 1 外层 532 ～ 729 690 ～ 750 593 ～ 727 内层 605 ～ 945 890 ～ 950 632 ～ 774 浇注间 隔 /s 180 20 ～35 15 ～20 界面结合情况 Cr 从高铬铸铁至碳钢发生扩 散， 实现了冶金结合 。过渡层 无裂纹 ， 无气孔 、 夹杂等缺陷 ， 过渡层组织均匀 过渡层与钢铁呈犬牙交错状 态， 硬度在界面两侧差异 较大 ， 而在界面过渡区平缓 。 结合层厚度为 60 ～85 μm ， 成 分介于钢和高铬铸铁之间 ， 组 织均匀 、 致密 ， 无明显缩孔 、 缩 松等缺陷 。 保护剂 脱水 硼砂 BN 保 护剂 无 主要性能 高铬铸铁 HRC 64 . 7 钢 HB 100 高铬铸铁 HRC 60 ～ 63 ， α k 7 ～ 7 . 5 J/cm 2 - · · 3( 3 ) 硅 ： 显 著 降 低 淬 透 性 ， 过 多 的 硅 将 使 韧 性 下 降 ， 并 且 在 磨 损 过 程 中 出 现 剥 落 现 象 。 但 硅 可 以 提 高 Ms 点 减 少 残 余 奥 氏 体 量 ， 并 引 起 脱 氧 作 用 ， 一 般 控制在 1 . 0 ％以下 。 ( 4 ) 钒 、 钛 ： 加 入 适 量 钒 、 钛 可 以 细 化 晶 粒 、 阻 止 网 状 碳 化 物 、 提 高 硬 度 和 耐 磨 性 ， 控 制 量 为 钒 0 . 15 ％ ～ 0 . 3 ％ ， 钛 0 . 08 ％ ～ 0 . 15 ％ 。 文 献 [ 25 ] 的 研 究 表 明 ， TiC 的 形 成 可 导 致 共 晶 碳 化 物 (Cr,Fe) 7 C 3 的 含 量 降 低 ， 由 于 TiC 颗 粒 的 非 均 质 形 核 ， 高 铬 铸 铁 的 组织明显细化 、 基体显微硬度提高 。 ( 5 ) 稀 土 ： 采 用 稀 土 复 合 变 质 剂 对 高 铬 铸 铁 液 进 行 变 质 处 理 ， 其 作 用 是 脱 氧 和 去 硫 ， 抑 制 夹 杂 物 在 晶 界 的 偏 聚 ， 可 以 有 效 的 净 化 晶 界 ， 从 而 提 高 晶 界与相界面的强度 。 2 . 2 铸造工艺 ( 1 ) 熔炼工艺的选择 中 频 感 应 电 炉 熔 化 升 温 快 ， 炉 温 容 易 控 制 ， 生 产 效 率 高 ， 是 熔 炼 高 铬 铸 铁 的 理 想 设 备 。 对 于 双 液 离 心 铸 造 复 合 工 艺 来 说 ， 高 铬 铸 铁 和 结 构 钢 需 要 两 台工频电炉同时熔炼 。 熔 炼 速 度 尽 量 选 择 低 一 些 ， 前 期 的 送 电 功 率 可 以 适 当 加 快 ， 但 在 后 期 要 慢 一 些 ， 以 使 高 铬 铸 铁 成 分 尽 量 均 匀 ； 出 铁 温 度 控 制 在 1520 ℃ 左 右 ； 浇 注 温 度 尽 量 低 一 些 ， 避 免 收 缩 缺 陷 及 粘 砂 等 问 题 ， 低 温 浇注也有利于细化树枝晶和共晶碳化物组织 。 文 献 [ 26 , 27 ] 的 研 究 表 明 ， 控 制 铁 液 化 清 后 的 送 电 功 率 ， 以 液 面 上 不 出 现 驼 峰 为 限 ， 通 过 减 少 元 素 烧 损 和 铁 液 的 吸 气 、 氧 化 来 提 高 材 料 的 性 能 。 铁 液 的 过 热 温 度 应 控 制 在 1450 ℃ 左 右 ， 过 高 或 过 低 都 会 导 致 材 料 的 硬 度 和 冲 击 值 下 降 。 过 热 温 度 一 定 的 铁 液 ， 浇 注 温 度 越 低 ， 材 料 的 韧 性 越 高 ， 但 对 硬 度 无 大的影响 。 ( 2 ) 铸型内壁涂料选择 涂 料 的 选 择 原 则 有 ： ① 确 保 铸 件 表 面 光 洁 度 ； ② 涂 料 层 致 密 ， 厚 度 均 匀 ； ③ 确 保 浇 注 时 不 被 冲 蚀 。 涂 料 应 选 择 喷 涂 或 滚 涂 ， 尽 量 不 要 刷 涂 ， 在 操 作 过 程 中 要 注 意 对 涂 料 的 充 分 搅 拌 ， 防 止 因 涂 料 本 身不均匀影响使用 [ 28 ] 。 ( 3 ) 离心转数的确定 离 心 转 数 对 复 合 件 的 组 织 和 内 应 力 有 重 要 的 影 响 ， 决 定 了 其 使 用 性 能 。 铸 型 转 速 的 选 择 原 则 是 在 保 证 复 合 件 冶 金 结 合 的 前 提 下 选 取 最 小 值 ， 尽 量 减 小 界 面 处 的 内 应 力 。 根 据 经 验 公 式 [ 29 ] ， 离 心 转 数 应按工件的外径和外层厚度尺寸确定 ： 式中 ： N — 铸型转速 r/min r — 金属密度 g/cm 3 R — 铸型内半径 cm β — 调整系数 铸铁为 1 . 2 ~ 1 . 5 经 实 际 使 用 ， 当 β = 1 . 2 ～ 1 . 3 时 ， 获 得 了 比 较 理 想的转速 。 2 . 3 热处理工艺 高 铬 铸 铁 / 钢 复 合 件 在 奥 氏 体 化 后 出 炉 空 冷 并 回 火 ， 对 高 铬 铸 铁 层 来 说 是 淬 火 和 回 火 ， 对 碳 钢 层 而 言 是 正 火 和 回 火 。 高 铬 铸 铁 的 热 膨 胀 系 数 与 钢 差 别 很 大 ， 加 热 时 膨 胀 速 率 有 很 大 差 异 ， 出 炉 快 速 冷 却 时 它 们 的 收 缩 速 度 也 不 一 样 ， 且 复 合 件 在 离 心 力 的 作 用 下 更 容 易 产 生 较 大 的 内 应 力 ， 若 直 接 加 热 至 奥 氏 体 化 温 度 后 淬 火 , 复 合 件 的 结 合 面 处 将 出 现 裂 纹 ， 故 不 能 采 用 常 规 “ 加 热 — 保 温 — 冷 却 ” 的 方 法 来 进 行 淬 火 热 处 理 。 可 以 利 用 离 心 铸 造 中 铸 件 可 以 早 出 模 的 特 点 ， 在 高 温 时 使 铸 件 淬 火 ， 保 证 铸 件 的 硬 度 ； 低 温 时 进 行 保 温 处 理 ， 减 轻 铸 件 的 内 应 力 [ 30 ] 。 为 防 止 二 者 的 热 扩 散 系 数 差 异 带 来 的 影 响 ， 在 奥 氏 体 化 保 温 之 前 可 设 计 两 个 保 温 台 阶 ， 以 减 缓 初 始 加 热速度 ， 出炉冷却采用空冷的方式 。 文 献 [ 6 ] 对 高 铬 铸 铁 / 钢 离 心 铸 造 复 合 缸 套 的 热 处 理 采 用 阶 梯 升 温 的 方 式 ， 先 以 125 ℃/h 的 加 热 速 度 加 热 到 500 ℃ ， 保 温 1 h ， 再 以 250 ℃/h 的 加 热 速 度 加 热 到 750 ℃ ， 保 温 1 h ， 最 后 以 230 ℃/h 的 加 热 速 度 加 热 到 980 ℃ 进 行 奥 氏 体 化 ， 保 温 3 h 炉 冷 ， 再 重 复 加 热 方 式 一 次 ， 风 冷 。 回 火 温 度 为 260 ℃ ， 保 温 1 h 。 热处理后的缸套 高铬铸铁层组织 为马氏体 + 残 余 奥 氏 体 + 共 晶 碳 化 物 ， 碳 钢 层 组 织 则 得 到 铁 素 体+ 珠光 体 ， 双金属的界面结合区没有出现裂纹 。 3 存在的问题及发展方向 目 前 对 于 高 铬 铸 铁 / 钢 离 心 铸 造 复 合 工 艺 有 很 多 的 研 究 ， 但 仍 存 在 诸 多 的 问 题 ， 如 ： 复 合 界 面 的 夹 杂 、 Cr 的 扩 散 和 工 作 层 冲 偏 等 。 其 中 前 两 个 问 题 是 一 直 以 来 制 约 该 工 艺 发 展 的 主 要 因 素 。 针 对 这 几个问题 ， 建议今后的研究注意以下几点 ： ( 1 ) 提 高 高 铬 铸 铁 / 钢 离 心 铸 造 复 合 件 的 性 价 比， 优化生产工艺 ； ( 2 ) 重 视 双 金 属 结 合 界 面 的 保 护 ， 在 实 际 生 产 中 总 结 出 一 套 关 于 界 面 保 护 剂 的 加 入 时 间 和 加 入 特钢技术 第 26 卷第 2 期 · · 4量的规律 ； ( 3 ) 运 用 两 相 流 的 理 论 总 结 出 铬 元 素 的 扩 散 规 律， 以便控制结合区及芯材的含铬量 ； ( 4 ) 利 用 计 算 机 模 拟 两 种 金 属 的 离 心 复 合 过 程 ， 分 析 不 同 工 艺 参 数 对 其 凝 固 和 界 面 结 合 状 态 的 影响 ， 从而使研究更加科学化 。 4 结论 ( 1 ) 随 着 广 大 研 究 人 员 的 努 力 ， 高 铬 铸 铁 与 钢 的 离 心 复 合 技 术 有 了 突 破 性 进 展 ， 其 理 论 基 础 和 实 验经验都在不断完善 。 ( 2 ) 采 用 阶 梯 升 温 的 方 式 和 缓 慢 的 低 温 回 火 的 热 处 理 工 艺 ， 可 消 除 高 铬 铸 铁 - 钢 离 心 铸 造 复 合 工 件的内应力 ， 界面处不会产生裂纹 。 ( 3 ) 合 理 控 制 高 铬 铸 铁 的 化 学 成 分 、 出 炉 温 度 、 浇 注 温 度 、 离 心 转 数 、 浇 注 间 隔 时 间 等 主 要 工 艺 参 数 以 及 采 取 适 当 的 界 面 保 护 措 施 能 实 现 两 种 金 属 的冶金结合 。 ( 4 ) 冶 金 结 合 的 实 质 是 熔 合 结 合 与 扩 散 结 合 综 合作用的结果 ， 延长保温 时间有利于扩散结合 。 参考文献 [ 1 ] 叶孔容， 李建新， 李金富， 等. 高铬铸铁- 铸钢双金属轴 套的研究[J]. 铸造， 1991 ， 10 ～14 [ 2 ] 刘环， 崔雅茹， 张胜利， 等. 离心机双头浇注双金属复合 铸管[J] ．铸造技术， 2004 ， 25 （ 11 ） ： 862 ～865 [ 3 ] 武宏， 原思聪， 许云华. 长流槽离心浇注双金属复合管 [J]. 铸造 ， 2008 ， 57 （ 8 ） ： 847 ～849 [ 4 ] 张国赏， 高义民， 邢建东， 等. 钢 / 铁双金属复合材料的离 心铸造工艺及界面控制[J] ． 西安交通大学学报， 2006 ， 40 （ 7 ） ： 815 ～818 [ 5 ] 张国赏， 高义民， 邢建东， 等. 碳钢/ 高铬铸铁双金属复合 材料制备工艺及其磨损性能[J] ． 铸造技术 ， 2005 ， 26 （ 11 ） ： 1006 ～1009 [ 6 ] 郭明海， 蔡玉丽， 孙红波， 等. 离心铸造碳钢/ 高铬铸铁双 金属复合管工艺初探[J] ． 钢管， 2008 ， 37 （ 1 ） ： 38 ～ 41 [ 7 ] 何奖爱， 王玉玮， 佟铭铎， 等. 碳钢/ 含硼高铬铸铁双金属 离心复合铸造[J]. 铸造， 1999 ， 34 ～ 35 [ 8 ] 何奖爱， 王玉玮， 佟铭铎， 等. 碳钢- 高铬铸铁离心铸造 钻井泵缸套的研究[J]. 石油机械 ， 2000 ， 28 （ 3 ） ： 12 ～14 [ 9 ] 林立， 李振家， 费建川， 等. 复合材料一体化钻井泵缸套 产业化技术研究[J] ． 石油机械， 2004 ， 34 （ 3 ） ： 39 ～ 43 [ 10 ] 张伟， 许云华， 刘伟涛 . 双头离心浇铸双金属复合管工 艺研究[J] ． 热加工工艺， 2007 ， 36 （ 21 ） ： 43 ～ 45 [ 11 ] 吴振卿， 等. 镶铸复合铸造工艺中镶块体积的计算[J]. 铸造设备研究， 2002 ， （ 3 ） ： 5 ～ 6 ． [ 12 ] 王超 ， 程红晓， 等. 高铬铸铁- 铸钢锤头的铸镶工艺[J]. 现代铸铁 ， 2004 ， 44 ～46 [ 13 ] 刘勇 ， 王顺兴， 田保红 . 硬质合金堆焊层经热处理后的 耐磨性研究[J]. 中国表面工程 ， 2002 ， 3 ： 17 ～21 [ 14 ] Ravi ． Menon ．New developments in hardfacing alloys [J] ．Welding Journa 1 ．1996 ， 75 （ 2 ） ： 43 ～49 ． [ 15 ] 姜振峰， 赵坤. 硬质合金组合轧辊的结构分析[J]. 轧钢 机械 ， 2003 ， 20 （ 6 ） ： 49 ～51 [ 16 ] 戎 庆 南 . 组 合 式 轧 辊 装 置 的 开 发 应 用 [J]. 冶 金 丛 刊 ， 2006 ， 2 ： 21 ～ 22 [ 17 ] 涂小慧 . 钢与高铬铸铁的复合铸造 [J]. 铸造 ， 1996 ， 10 ( 9 ) ： 38 ～39 [ 18 ] 孙晓敏. 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