雙金屬復合材料雙結(jié)晶器連鑄工藝研究

　　1　雙金屬連鑄技術(shù)研究現(xiàn)狀
　　目前，雙金屬復合材料的成形方法主要有爆炸復合、軋制復合、復合鑄造、離心鑄造、化學鍍層、熱浸鍍等。其中鑄造法生產(chǎn)金屬復合材料的成本較低，其應用得到很大的發(fā)展。
　　雙金屬復合材料連續(xù)鑄造成形的研究目前仍處于初始階段，但是，由于雙金屬復合材料連鑄成形具有易于實現(xiàn)批量化、連續(xù)化、自動化生產(chǎn)，有利于降低生產(chǎn)成本，擴大其應用范圍等優(yōu)點，研究開發(fā)和應用將受到越來越廣泛的重視［1］。
　　現(xiàn)有雙金屬復合材料連續(xù)鑄造成形方法可以分為兩大類，一類為使用已成形的芯材對其進行包覆的包覆鑄造成形法，另一類為將兩種金屬同時注入同一個結(jié)晶器內(nèi)進行成形的雙流鑄造法。
　　包覆鑄造成形法的典型代表為用于復合軋輥成形的連續(xù)澆注包覆CPC法，其原理是將芯材垂直置于水冷結(jié)晶器中，使成形外層的金屬熔體與芯材部分熔合，并順序向上凝固。將凝固部分連續(xù)向下拉拔，實現(xiàn)包覆層連續(xù)鑄造成形。這種方法是日本山本厚生首先提出來的［2］，已獲得工業(yè)化生產(chǎn)應用。
　　用于高速鋼復合軋輥成形，具有生產(chǎn)工藝簡單，軋輥性能良好，生產(chǎn)成本低［3］等優(yōu)點。國內(nèi)方面，鋼鐵研究總院、邢臺機械軋輥（集團）有限公司和北京科技大學進行合作，在CPC工藝的基礎上開展電渣工藝復合軋輥應用與開發(fā)研究，取得了一些進展［4］。
　　包覆鑄造成形法還有復合線材鑄拉［5］、反向凝固連續(xù)鑄造法［6,7］等。包覆鑄造成形法的主要缺點是預處理工藝復雜，且假如界面預處理效果不好，或者預處理后因不能馬上使用而被氧化或污染，則難以獲得具有良好復合質(zhì)量的界面。
　　有代表性的雙流鑄造法是雙流澆鑄連續(xù)鑄造制備梯度材料法，其原理如圖1所示［8］，在傳統(tǒng)的連續(xù)鑄造基礎上增加一個內(nèi)澆包及其導流系統(tǒng)，內(nèi)、外澆包分別容納不同成分的兩種熔體，外澆包的金屬液流經(jīng)出水口后進入結(jié)晶器中，受激冷凝固成具有一定厚度的薄殼，內(nèi)澆包的金屬液流出內(nèi)導管口時，被凝固薄殼和殘余外部金屬液包圍。通過調(diào)整鑄造時的工藝參數(shù)，可以控制內(nèi)、外澆包中兩種液體的凝固時間差，促進結(jié)晶器內(nèi)熔體由外向內(nèi)順序凝固，實現(xiàn)兩種液體部分混合。此工藝的技術(shù)要害和難點在于控制兩種金屬液的流速和溫度，形成合適厚度的中間結(jié)合層。