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，雙金屬復(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韌性較高的低碳鋼或不銹鋼來制造，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和強韌性高的優(yōu)點。

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)合管在使用過程中容易因為內(nèi)層耐磨管開裂而縮短使用壽命。導(dǎo)致這些問題發(fā)生的一個主要原因在于，澆鑄后的復(fù)合管在冷卻降溫過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，從而嚴重影響雙金屬復(fù)合管的成材率。此外，復(fù)合管的內(nèi)層管承受拉應(yīng)力時也容易在服役過程中形成應(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)，對于提高復(fù)合管的成材率以及延長使用壽命有著重要的工程意義。

技術(shù)實現(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。該方法通過大量流動的冷空氣對澆筑后的復(fù)合管內(nèi)層金屬進行快速冷卻，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，促進內(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；(5)待復(fù)合管冷卻至室溫后停止吹入冷風，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，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，通過調(diào)整鼓風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，通過調(diào)整鼓風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℃以下時停止模筒的轉(zhuǎn)動。

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，借助鼓風機加快內(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)力形成機理后，對傳統(tǒng)離心澆鑄復(fù)合管制備工藝的一項創(chuàng)新性技術(shù)改造，改造后的復(fù)合管制備方法工藝簡單、成材率高，具有很強的工程應(yīng)用前景。

附圖說明

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)合具體實施例和附圖進行進一步說明。應(yīng)當理解，此處所給出的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實施例

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電爐中單獨熔煉，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，長度為3.5米，內(nèi)管徑為0.75米。

3)鼓風冷卻：澆鑄完高鉻鑄鐵液后，迅速將大功率鼓風機通過導(dǎo)軌移至模筒端部并固定，鼓風機的出風口對準模筒筒口，打開大功率鼓風機，通過鼓風機吹入的冷空氣來促進高鉻鑄鐵金屬層的散熱冷卻。通過調(diào)整鼓風量來控制內(nèi)層金屬的冷卻速率，當其溫度在800℃以上時控制其冷卻速率在2.5-2.8℃/s之間；當其溫度在800℃以下時控制其冷卻速率在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℃時終止模筒轉(zhuǎn)動但保持鼓風；待復(fù)合管冷卻至室溫時停止鼓風，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。

通過對比發(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個百分點。不控制內(nèi)層應(yīng)力的離心鑄造耐磨復(fù)合管在使用過程中易開裂，本發(fā)明方法制造的復(fù)合管在使用過程中不易開裂，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％。