一种双金属离心浇铸复合管内层应力的控制方法与流程

本发明属于复合金属管离心浇铸技术领域，具体涉及一种双金属离心浇铸复合管内层应力的控制方法。

背景技术：

近年来，双金属复合离心浇铸耐磨管在采矿、发电、船舶、水泥等行业有着广泛的应用。双金属离心浇铸复合管的外层管通常采用强韧性较高的低碳钢或不锈钢来制造，内层金属通常采用耐磨性较高的高铬铸铁制造，使得双金属离心浇铸复合管兼具了耐磨性强和强韧性高的优点。

然而，采用现有技术制备的双金属离心浇铸复合管成材率较低，并且复合管在使用过程中容易因为内层耐磨管开裂而缩短使用寿命。导致这些问题发生的一个主要原因在于，浇铸后的复合管在冷却降温过程中其外层管的冷却速度快于内层管，使得内层管承受了较大的拉应力。由于复合管的内层管通常由脆硬性较高的耐磨材料组成，因此内层管承受拉应力容易导致应力裂纹在其间形成，从而严重影响双金属复合管的成材率。此外，复合管的内层管承受拉应力时也容易在服役过程中形成应力腐蚀裂纹，降低了复合管的使用寿命。

因此，改变双金属离心浇铸复合管内层金属的应力状态，对于提高复合管的成材率以及延长使用寿命有着重要的工程意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有双金属离心浇铸复合管内层金属拉应力较大、成材率低、使用寿命较短等不足，提供一种双金属离心浇铸复合管内层应力的控制方法。该方法通过大量流动的冷空气对浇筑后的复合管内层金属进行快速冷却，改善复合管内层金属的冷却速度，从而在复合管的内层金属中形成压应力状态，避免了复合管内层金属中应力裂纹的形成。为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种双金属离心浇铸复合管内层应力的控制方法，包括以下步骤：(1)用熔炼好的外层金属液离心浇铸复合管外层；(2)待外层金属液完全凝固后，用熔炼好的内层金属液离心浇铸复合管内层；(3)待内层金属浇注完后，向模筒内持续吹入冷风，促进内层金属的冷却降温；(4)随着复合管温度下降，逐渐降低模筒的转速直至停止旋转，期间保持向模筒内吹入冷风；(5)待复合管冷却至室温后停止吹入冷风，取出复合管完成离心浇铸。

上述方案中，内层金属浇注完后，向模筒内持续吹入冷风，使内层降温速率大于外层的降温速率。

上述方案中，内层金属温度在800℃以上时，通过调整鼓风量控制其降温速率在2.5-2.8℃/s；内层金属温度在800℃以下后，通过调整鼓风量控制其降温速率在2.0-2.3℃/s。

上述方案中，复合管的内层金属冷却至400℃以下时停止模筒的转动。

上述方案中，复合管外层为低碳钢、低合金钢或不锈钢材质。

上述方案中，复合管内层为高铬铸铁或耐磨合金材质。

本发明提供的双金属离心浇铸复合管内层应力的控制方法，在复合管离心浇铸完成后，借助鼓风机加快内层金属的冷却速度，使得复合管内层金属的冷却速度快于外层金属，避免了复合管内层金属应力裂纹的形成。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：(1)本发明制得的双金属离心浇铸复合管，其外层金属承受拉应力，而内层金属承受压应力，避免了应力裂纹在脆硬性较高的内层金属中形成，从而提高了离心浇铸耐磨管的成材率和使用寿命；(2)本发明是在深刻理解管状金属的应力形成机理后，对传统离心浇铸复合管制备工艺的一项创新性技术改造，改造后的复合管制备方法工艺简单、成材率高，具有很强的工程应用前景。

附图说明

图1为本发明制备的不锈钢/高铬铸铁离心浇铸复合管的外形图；

图2为本发明制备的不锈钢/高铬铸铁离心浇铸复合管端面局部放大图。

具体实施方式

为使本领域普通技术人员充分理解本发明的技术方案和有益效果，以下结合具体实施例和附图进行进一步说明。应当理解，此处所给出的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

一种双金属离心浇铸复合管内层应力控制方法，该复合管的内层金属为承受压应力的高铬铸铁，外层金属为承受拉应力的不锈钢，该复合管的具体制备方法包括以下步骤：

1)金属的熔炼：将高铬铸铁和不锈钢废料分别置于两个电炉中单独熔炼，并将高铬铸铁和不锈钢金属液保温于1500-1700℃。

2)浇铸：将电炉中的不锈钢液和高铬铸铁液分别倒入两个浇包中，倒入的不锈钢液和高铬铸铁液的质量分别为980公斤和820公斤；随后将浇包中的不锈钢液通过冒口倒入高速旋转的模筒内，待不锈钢液完全凝固后从模筒的另一端将高铬铸铁金属液通过冒口倒入旋转的模筒内。模筒的转速为420转/分钟，长度为3.5米，内管径为0.75米。

3)鼓风冷却：浇铸完高铬铸铁液后，迅速将大功率鼓风机通过导轨移至模筒端部并固定，鼓风机的出风口对准模筒筒口，打开大功率鼓风机，通过鼓风机吹入的冷空气来促进高铬铸铁金属层的散热冷却。通过调整鼓风量来控制内层金属的冷却速率，当其温度在800℃以上时控制其冷却速率在2.5-2.8℃/s之间；当其温度在800℃以下时控制其冷却速率在2-2.3℃/s之间。

4)随着复合管温度的降低不断的减小模筒的转速，待复合管内层金属的温度降至400℃时终止模筒转动但保持鼓风；待复合管冷却至室温时停止鼓风，完成离心浇铸。

图1为采用上述工艺制备的不锈钢/高铬铸铁离心浇铸复合管的外形图，可以看到该复合管的外表面及内表面光洁平整，没有裂纹和铸造缺陷存在。图2为该不锈钢/高铬铸铁离心浇铸复合管端面局部放大图，可以看到不锈钢金属外层与高铬铸铁金属内层间形成了良好的冶金结合。经测试，该复合管外表面圆周方向的拉应力为8.54～10.31Mpa，内表面圆周方向的压应力为9.67～11.52Mpa。

通过对比发现，采用本发明方法控制内层应力离心铸造耐磨复合管的成材率比现有不控制内层应力的离心铸造耐磨复合管成材率提高10-20个百分点。不控制内层应力的离心铸造耐磨复合管在使用过程中易开裂，本发明方法制造的复合管在使用过程中不易开裂，且内层硬度比现有技术生产的复合耐磨管高5-6HRC，耐磨损性能提高15-20％。