本發(fā)明屬于復(fù)合金屬管離心澆鑄技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種雙金屬離心澆鑄復(fù)合管內(nèi)層應(yīng)力的控制方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，雙金屬?gòu)?fù)合離心澆鑄耐磨管在采礦、發(fā)電、船舶、水泥等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。雙金屬離心澆鑄復(fù)合管的外層管通常采用強(qiáng)韌性較高的低碳鋼或不銹鋼來(lái)制造，內(nèi)層金屬通常采用耐磨性較高的高鉻鑄鐵制造，使得雙金屬離心澆鑄復(fù)合管兼具了耐磨性強(qiáng)和強(qiáng)韌性高的優(yōu)點(diǎn)。

然而，采用現(xiàn)有技術(shù)制備的雙金屬離心澆鑄復(fù)合管成材率較低，并且復(fù)合管在使用過(guò)程中容易因?yàn)閮?nèi)層耐磨管開(kāi)裂而縮短使用壽命。導(dǎo)致這些問(wèn)題發(fā)生的一個(gè)主要原因在于，澆鑄后的復(fù)合管在冷卻降溫過(guò)程中其外層管的冷卻速度快于內(nèi)層管，使得內(nèi)層管承受了較大的拉應(yīng)力。由于復(fù)合管的內(nèi)層管通常由脆硬性較高的耐磨材料組成，因此內(nèi)層管承受拉應(yīng)力容易導(dǎo)致應(yīng)力裂紋在其間形成，從而嚴(yán)重影響雙金屬?gòu)?fù)合管的成材率。此外，復(fù)合管的內(nèi)層管承受拉應(yīng)力時(shí)也容易在服役過(guò)程中形成應(yīng)力腐蝕裂紋，降低了復(fù)合管的使用壽命。

因此，改變雙金屬離心澆鑄復(fù)合管內(nèi)層金屬的應(yīng)力狀態(tài)，對(duì)于提高復(fù)合管的成材率以及延長(zhǎng)使用壽命有著重要的工程意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有雙金屬離心澆鑄復(fù)合管內(nèi)層金屬拉應(yīng)力較大、成材率低、使用壽命較短等不足，提供一種雙金屬離心澆鑄復(fù)合管內(nèi)層應(yīng)力的控制方法。該方法通過(guò)大量流動(dòng)的冷空氣對(duì)澆筑后的復(fù)合管內(nèi)層金屬進(jìn)行快速冷卻，改善復(fù)合管內(nèi)層金屬的冷卻速度，從而在復(fù)合管的內(nèi)層金屬中形成壓應(yīng)力狀態(tài)，避免了復(fù)合管內(nèi)層金屬中應(yīng)力裂紋的形成。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種雙金屬離心澆鑄復(fù)合管內(nèi)層應(yīng)力的控制方法，包括以下步驟：(1)用熔煉好的外層金屬液離心澆鑄復(fù)合管外層；(2)待外層金屬液完全凝固后，用熔煉好的內(nèi)層金屬液離心澆鑄復(fù)合管內(nèi)層；(3)待內(nèi)層金屬澆注完后，向模筒內(nèi)持續(xù)吹入冷風(fēng)，促進(jìn)內(nèi)層金屬的冷卻降溫；(4)隨著復(fù)合管溫度下降，逐漸降低模筒的轉(zhuǎn)速直至停止旋轉(zhuǎn)，期間保持向模筒內(nèi)吹入冷風(fēng)；(5)待復(fù)合管冷卻至室溫后停止吹入冷風(fēng)，取出復(fù)合管完成離心澆鑄。

上述方案中，內(nèi)層金屬澆注完后，向模筒內(nèi)持續(xù)吹入冷風(fēng)，使內(nèi)層降溫速率大于外層的降溫速率。

上述方案中，內(nèi)層金屬溫度在800℃以上時(shí)，通過(guò)調(diào)整鼓風(fēng)量控制其降溫速率在2.5-2.8℃/s；內(nèi)層金屬溫度在800℃以下后，通過(guò)調(diào)整鼓風(fēng)量控制其降溫速率在2.0-2.3℃/s。

上述方案中，復(fù)合管的內(nèi)層金屬冷卻至400℃以下時(shí)停止模筒的轉(zhuǎn)動(dòng)。

上述方案中，復(fù)合管外層為低碳鋼、低合金鋼或不銹鋼材質(zhì)。

上述方案中，復(fù)合管內(nèi)層為高鉻鑄鐵或耐磨合金材質(zhì)。

本發(fā)明提供的雙金屬離心澆鑄復(fù)合管內(nèi)層應(yīng)力的控制方法，在復(fù)合管離心澆鑄完成后，借助鼓風(fēng)機(jī)加快內(nèi)層金屬的冷卻速度，使得復(fù)合管內(nèi)層金屬的冷卻速度快于外層金屬，避免了復(fù)合管內(nèi)層金屬應(yīng)力裂紋的形成。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：(1)本發(fā)明制得的雙金屬離心澆鑄復(fù)合管，其外層金屬承受拉應(yīng)力，而內(nèi)層金屬承受壓應(yīng)力，避免了應(yīng)力裂紋在脆硬性較高的內(nèi)層金屬中形成，從而提高了離心澆鑄耐磨管的成材率和使用壽命；(2)本發(fā)明是在深刻理解管狀金屬的應(yīng)力形成機(jī)理后，對(duì)傳統(tǒng)離心澆鑄復(fù)合管制備工藝的一項(xiàng)創(chuàng)新性技術(shù)改造，改造后的復(fù)合管制備方法工藝簡(jiǎn)單、成材率高，具有很強(qiáng)的工程應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明制備的不銹鋼/高鉻鑄鐵離心澆鑄復(fù)合管的外形圖；

圖2為本發(fā)明制備的不銹鋼/高鉻鑄鐵離心澆鑄復(fù)合管端面局部放大圖。

具體實(shí)施方式

為使本領(lǐng)域普通技術(shù)人員充分理解本發(fā)明的技術(shù)方案和有益效果，以下結(jié)合具體實(shí)施例和附圖進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所給出的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實(shí)施例

一種雙金屬離心澆鑄復(fù)合管內(nèi)層應(yīng)力控制方法，該復(fù)合管的內(nèi)層金屬為承受壓應(yīng)力的高鉻鑄鐵，外層金屬為承受拉應(yīng)力的不銹鋼，該復(fù)合管的具體制備方法包括以下步驟：

1)金屬的熔煉：將高鉻鑄鐵和不銹鋼廢料分別置于兩個(gè)電爐中單獨(dú)熔煉，并將高鉻鑄鐵和不銹鋼金屬液保溫于1500-1700℃。

2)澆鑄：將電爐中的不銹鋼液和高鉻鑄鐵液分別倒入兩個(gè)澆包中，倒入的不銹鋼液和高鉻鑄鐵液的質(zhì)量分別為980公斤和820公斤；隨后將澆包中的不銹鋼液通過(guò)冒口倒入高速旋轉(zhuǎn)的模筒內(nèi)，待不銹鋼液完全凝固后從模筒的另一端將高鉻鑄鐵金屬液通過(guò)冒口倒入旋轉(zhuǎn)的模筒內(nèi)。模筒的轉(zhuǎn)速為420轉(zhuǎn)/分鐘，長(zhǎng)度為3.5米，內(nèi)管徑為0.75米。

3)鼓風(fēng)冷卻：澆鑄完高鉻鑄鐵液后，迅速將大功率鼓風(fēng)機(jī)通過(guò)導(dǎo)軌移至模筒端部并固定，鼓風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口對(duì)準(zhǔn)模筒筒口，打開(kāi)大功率鼓風(fēng)機(jī)，通過(guò)鼓風(fēng)機(jī)吹入的冷空氣來(lái)促進(jìn)高鉻鑄鐵金屬層的散熱冷卻。通過(guò)調(diào)整鼓風(fēng)量來(lái)控制內(nèi)層金屬的冷卻速率，當(dāng)其溫度在800℃以上時(shí)控制其冷卻速率在2.5-2.8℃/s之間；當(dāng)其溫度在800℃以下時(shí)控制其冷卻速率在2-2.3℃/s之間。

4)隨著復(fù)合管溫度的降低不斷的減小模筒的轉(zhuǎn)速，待復(fù)合管內(nèi)層金屬的溫度降至400℃時(shí)終止模筒轉(zhuǎn)動(dòng)但保持鼓風(fēng)；待復(fù)合管冷卻至室溫時(shí)停止鼓風(fēng)，完成離心澆鑄。

圖1為采用上述工藝制備的不銹鋼/高鉻鑄鐵離心澆鑄復(fù)合管的外形圖，可以看到該復(fù)合管的外表面及內(nèi)表面光潔平整，沒(méi)有裂紋和鑄造缺陷存在。圖2為該不銹鋼/高鉻鑄鐵離心澆鑄復(fù)合管端面局部放大圖，可以看到不銹鋼金屬外層與高鉻鑄鐵金屬內(nèi)層間形成了良好的冶金結(jié)合。經(jīng)測(cè)試，該復(fù)合管外表面圓周方向的拉應(yīng)力為8.54～10.31Mpa，內(nèi)表面圓周方向的壓應(yīng)力為9.67～11.52Mpa。

通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，采用本發(fā)明方法控制內(nèi)層應(yīng)力離心鑄造耐磨復(fù)合管的成材率比現(xiàn)有不控制內(nèi)層應(yīng)力的離心鑄造耐磨復(fù)合管成材率提高10-20個(gè)百分點(diǎn)。不控制內(nèi)層應(yīng)力的離心鑄造耐磨復(fù)合管在使用過(guò)程中易開(kāi)裂，本發(fā)明方法制造的復(fù)合管在使用過(guò)程中不易開(kāi)裂，且內(nèi)層硬度比現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)的復(fù)合耐磨管高5-6HRC，耐磨損性能提高15-20％。