【摘 要】
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双金属环形零件作为风电法兰、运输管道和混凝土搅拌站等关键装备的核心构件,兼具两种材料的各自性能优势,如高强韧、耐磨及高抗蚀性等。但其传统生产工艺存在工序繁多、结合界面质量差、材料浪费严重等突出问题,因此近年来课题组研究了一种双金属环件短流程铸辗复合成形工艺,通过将离心铸造的双金属环坯直接进行热辗扩,可有效解决现有技术存在的缺点。而离心铸造过程是确保最终双金属环件获得良好结合性能的基础和关键环节,若
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双金属环形零件作为风电法兰、运输管道和混凝土搅拌站等关键装备的核心构件,兼具两种材料的各自性能优势,如高强韧、耐磨及高抗蚀性等。但其传统生产工艺存在工序繁多、结合界面质量差、材料浪费严重等突出问题,因此近年来课题组研究了一种双金属环件短流程铸辗复合成形工艺,通过将离心铸造的双金属环坯直接进行热辗扩,可有效解决现有技术存在的缺点。而离心铸造过程是确保最终双金属环件获得良好结合性能的基础和关键环节,若能在该过程中制备出界面质量好、性能优良的双金属环坯,将为后续实现环件热辗扩成形/成性奠定良好基础。本文采用ProCAST有限元软件对回转支承圈用40Cr/Q345B双金属环坯进行立式离心铸造模拟与实验研究,分析内、外层浇注间隙时间和铸型转速对环坯温度场、流场变化及结合界面微观组织演变的影响规律,研究结果表明:1)随着双金属环坯内、外层浇注间隙时间增加,外层熔体散热量增加,内、外层冶金结合更加困难;当铸型转速增加时,金属液对流换热程度增强,后期温度回升至固相线以上越困难,因此在满足界面结合要求下铸型转速应尽量选取较小值。2)当间隙时间一定时,结合界面缩松缩孔体积随着铸型转速的升高而减小。模拟得出最佳工艺参数为浇注间隙时间170 s、铸型转速700 r/min,此时双金属环坯冶金结合效果良好,缩松缩孔体积仅为100.27 cc。3)双金属环坯离心铸造充型过程是金属液体在热力耦合作用下以层状形式由外向内、由下往上的逐步推进过程;凝固过程是由外向内、由边界到中心的逐步冷却过程,结合界面由外层内表面的粗大等轴晶和内层外表面的细小等轴晶组成。4)双金属环坯结合界面存在犬牙状/锯齿形结构的均匀过渡区,界面两侧C、Cr、Mn等元素发生不同程度扩散,其中Cr元素扩散距离最远,约为1400μm。周向B区域拉伸性能最佳,抗拉强度为613.6 MPa、屈服强度为382 MPa和延伸率为14.8%,拉伸断口形貌为韧-脆混合断裂,周向剪切断口形貌为典型脆性断裂。
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