一种双液复合铁基双金属铸造方法与流程

本发明涉及一种双金属复合材料的制造方法，准确的说是一种液液复合铁基双金属的方法。

背景技术：

铸造铁基双金属复合材料多采用固液复合和液液复合，液液复合多用于离心铸造双金属复合管，固液复合多用于各种形状的双金属复合工件，这两种工艺均存在有各自的缺陷和优点。

固液复合适用于复合面不规则的双金属工件，但由于金属液几乎不能熔化铁基固态金属，从而保证了双金属材料的成分，尤其是第二层铁基金属的成分，但该方法生产的铁基双金属工件结合力很弱，多依赖复合结构来保证双金属不分离、不脱落。

液液复合只适合于复合面规则的平面或圆弧面复合，由于第二层金属与第一层金属互熔，两者产生冶金结合，其结合力很强，双金属很难分开，但其缺点是第一层金属液的熔合量不易控制。第二层金属液浇注间隔时间短，则产生过熔，使得第二层金属液由于过熔产生成分偏差，严重时产生废品；若间隔时间长，则两者没有熔合，产生分层，仍会产生大量废品。所以液液复合工艺参数很难控制，多数情况下，为保证双金属的熔合，多会造成第一层金属过熔后使得第二层金属的成分超标，偏离成分控制要求，无法达到预期的性能和使用效果。

技术实现要素：

为了解决双液复合熔合量过大，造成双金属复合废品率高的问题，本发明提供一种冷铁快冷双液浇注复合铁基双金属材料的方法。

两层金属液的选择在于第一层金属的熔点不低于第二层金属的熔点。先浇注第一层高熔点金属液，采用冷铁快冷，冷却一定温度时，浇注第二层金属液。第二层金属液的浇注温度不低于第一层金属的熔点。

进一步：冷铁采用低碳钢制作，重量不小于第一层金属液浇注重量的一半，以保证蓄热量大，金属液冷却快速。

进一步：第一层金属复合面的温度为第一层金属熔点至第一层金属熔点以下200℃之间。

第一层金属液浇注后，冷铁给金属液迅速降温，当其复合面的温度不低于其熔点以下200℃，最高不高于其熔点，浇注第二层金属液。第二层金属液浇注温度不低于第一层金属液熔点，以保证两层铁基金属的熔合。大块冷铁可以使得第一层金属快速冷却，同时控制冷却温度，避免熔合第一层金属过多，从而防止由于第二层金属熔合第一层金属量大，造成成分超标。

采用该方法生产的双金属铁基复合材料工件，复合面不产生分层，同时有效地控制了熔合量，保证了第二层金属的成分，使得双金属复合工件的成品率大大增加，尤其是工艺参数范围扩大，易于控制，便于工业化大生产。

附图说明

图1为复合耐磨板造型示意图；

其中，1-型砂 、2-第一层金属浇道、 3-冷铁、 4-冒口（观察孔）、 5-型腔、6-涂料、 7-第二层金属浇道 。

实施方式

实施例:500×500×50mm复合耐磨板

该双金属复合耐磨板由低碳铸钢和高铬铸铁复合而成，其成分见下表。成品要求高铬铸铁层厚度25-35mm，硬度要求≥55HRC，低碳铸钢钢厚度15-25mm，要求冲击韧性不小于50J。

工艺分析：对比上表低碳铸钢和高铬铸铁的成分可知，其熔合后的成分Si、Mn、P、S变化不大，主要是C、Ni和Cr的变化。从两者的物理性能来说，低碳铸钢的导热系数高于高铬铸铁，低碳铸钢的熔点约1510℃左右，高铬铸铁的熔点约1400-1450℃，低碳钢熔点高于高铬铸铁，所以将高熔点的低碳铸钢作为第一层金属，低熔点的高铬铸铁作为第二层金属，在高铬铸铁熔化时，适当增加C和Cr的含量，将其成分控制在上限。这样，在浇注时熔合低碳铸钢后，高铬铸铁中的C、Ni和Cr含量可适当降低，落入高铬铸铁控制范围内，保证了双金属的成分合格和性能。

冷铁选用传热良好的优质低碳钢，冷铁尺寸为450×450×40mm，其重量与第一层金属低碳铸钢重量相差不多。

造型后见附图1，包括型砂1、低碳铸钢浇道2、优质低碳钢冷铁3、冒口（观察孔）4、型腔5、涂料6、高铬铸铁浇道7。

冷铁3预热后喷涂涂料6，涂料6经干燥后将砂型1合箱，形成冒口4、型腔6、低碳铸钢浇道2和高铬铸铁浇道7。冒口4作为观察测温孔，从该孔测量低碳铸钢复合面的温度。

低碳铸钢熔点约为1510℃，相对于高铬铸铁熔点较高，作为第一层金属，其浇注温度控制在1580--1650℃。高铬铸铁凝固点为1400-1450℃，相对于低碳铸钢熔点较低，作为第二层金属，其浇注温度控制在1520--1600℃，

低碳铸钢从浇道2快速浇注，浇注重量70-80Kg。从冒口（观察孔）4观察其凝固状况并测温。当其冷却复合面的温度为1330-1500℃时，从浇道7快速浇注高铬铸铁金属液。

冷却后，开箱，经过热处理、喷砂清理、打磨等工序，制作成成品复合耐磨板，由于高铬铸铁的成分变化不大，在其成分范围内，其热处理后的性能均能满足要求。

传统砂型铸造由于冷却速度慢，浇注后的低碳铸钢板沿厚度方向温度梯度很小，第二层高铬铸铁金属液浇注后，不是熔合过多造成高铬铸铁成分超标，就是熔合极少产生分层，合格率极低，基本上无法生产双金属复合耐磨板。采用本工艺方案，大块冷铁的快冷作用增加了低碳铸钢板厚度方向上的温度梯度，使得第二层低熔点的高铬铸铁金属液可以少量熔合高熔点的第一层低碳铸钢金属，大大提高了双金属耐磨板的合格率，实现了双液浇注双金属复合耐磨板工业化生产。