304不锈钢—高铬铸铁耐磨复合管组织及性能研究

发布时间：2020-07-22 18:27

【摘要】：水路运输是世界上最为重要的交通运输方式之一,但诸多重要河道以及港口都需要进行泥沙清淤。目前,作为疏浚设备的泥沙管常用碳钢或低合金钢制造,较低的硬度和耐磨性使得泥沙管磨损严重,需要频繁更换。而如果使用硬度高、耐磨性好的材料则会由于其较差的韧性导致泥沙管产生裂纹开裂,乃至发生安全事故。由于单一材料很难满足高硬度、高耐磨性与较好韧性的综合需求,因此提出了使用双金属复合材料作为泥沙管管材的方案。本文使用的双金属复合管是通过离心铸造制造的304不锈钢-高铬铸铁双金属耐磨复合管。其内层为高铬铸铁硬度高,耐磨性好;外层为304不锈钢韧性好。这使得双金属复合管具有较好的综合机械性能。本文以耐磨复合管为研究对象,使用金相显微镜、电子探针、扫描电镜、万能试验机、冲击试验机以及ANSYS模拟软件对其内层组织形成、元素分布规律、力学性能以及预应力形成等几个方面进行了探究。对复合管的研究表明,高铬铸铁耐磨内层组织为共晶碳化物、马氏体以及残余奥氏体,其在界面附近的晶粒相较于内表面细小,且具有明显的方向性。这是因其传热主要通过界面附近进行,该处温度梯度较大所致。高铬铸铁耐磨内层的元素分布较为特殊,这是由于其受离心力和金属液的粘度阻力的共同影响所致。高铬铸铁的共晶点不仅与碳含量相关,还与铬、硅有一定关系,因此偏析的元素将导致高铬铸铁耐磨内层各厚度方向出现不同的共晶点,这使得不同位置出现了数量不同的碳化物,结果导致高铬铸铁耐磨内层出现了硬度的梯度变化。对双金属耐磨复合管进行力学性能检测表明,双金属复合管硬度呈现出梯度变化;高铬铸铁内层的耐磨性是45钢的4倍以上,表明其耐磨性能较好;抗拉强度为414.52Mpa,略低于离心铸造304不锈钢;界面剪切强度为502MPa,说明其结合性能良好;冲击韧性在100-200J/cm~2,介于高铬铸铁与不锈钢之间。使用SEM对其断口进行分析,发现高铬铸铁的断裂机理为脆性断裂,不锈钢为韧性断裂。两者的复合没有对不锈钢断裂造成影响。使用ANSYS对离心铸造过程进行了温度场和应力场的模拟,其结果表明双金属复合管从铸型中取出后,其应力逐渐增大。高铬铸铁层形成压应力,达到340MPa,不锈钢层形成拉应力,达到162MPa。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U616
【图文】：

图 1-1 机械拉拔法示意图另一类的机械挤压法则是将锥形的拉挤模置于套装在一起的两个管件内部外力拉动拉杆使得拉挤模对管材内壁产生相对位移，进而使得内层管产生的扩径挤压，形成内外层管间的机械结合。如图 1-1（b）。机械拉拔法使得模具表面和管件表面形成了全接触，因此在拉拔成形过程产生较大的阻力，这使得机械拉拔法成形力大，能耗较高。此外，在拉拔成一般还需要对双金属复合管进行扩径加工或者缩径加工。扩径或缩径加工择需要考虑覆管和基层管的弹性模量：当覆管位于外层，且基层管的弹性模于覆管时，需对双金属复合管进行扩径加工；当覆管位于内层时，则需要进径加工。机械滚压法机械滚压法是指通过滚压技术使得内层管和外层管之间发生局部或者整体性变形，进而形成机械结合的制造工艺。其示意图见图 1-2。在该工艺中管和内层管套装在一起，心轴和其周向分布的滚动体置于管件内部。在进行

图 1-2 机械滚压法示意图见图 1-3。机械旋压法是指将内外层管件形成连续的局部塑性变形，最终达到薄。装好的复合管开始旋转，而三个呈锥形得外层管能够较为均匀地贴合在内层管法对于加工较大管径的管道较为困难，易发生界面分离甚至脱落等现象，这些限制。

图 1-2 机械滚压法示意图意图见图 1-3。机械旋压法是指将内外层使其形成连续的局部塑性变形，最终达工艺。中，套装好的复合管开始旋转，而三个呈，这使得外层管能够较为均匀地贴合在内该方法对于加工较大管径的管道较为困低，容易发生界面分离甚至脱落等现象，些比限制。

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本文编号：2766183