【摘要】：水路運輸是世界上最為重要的交通運輸方式之一,但諸多重要河道以及港口都需要進行泥沙清淤。目前,作為疏浚設(shè)備的泥沙管常用碳鋼或低合金鋼制造,較低的硬度和耐磨性使得泥沙管磨損嚴重,需要頻繁更換。而如果使用硬度高、耐磨性好的材料則會由于其較差的韌性導(dǎo)致泥沙管產(chǎn)生裂紋開裂,乃至發(fā)生安全事故。由于單一材料很難滿足高硬度、高耐磨性與較好韌性的綜合需求,因此提出了使用雙金屬復(fù)合材料作為泥沙管管材的方案。本文使用的雙金屬復(fù)合管是通過離心鑄造制造的304不銹鋼-高鉻鑄鐵雙金屬耐磨復(fù)合管。其內(nèi)層為高鉻鑄鐵硬度高,耐磨性好;外層為304不銹鋼韌性好。這使得雙金屬復(fù)合管具有較好的綜合機械性能。本文以耐磨復(fù)合管為研究對象,使用金相顯微鏡、電子探針、掃描電鏡、萬能試驗機、沖擊試驗機以及ANSYS模擬軟件對其內(nèi)層組織形成、元素分布規(guī)律、力學性能以及預(yù)應(yīng)力形成等幾個方面進行了探究。對復(fù)合管的研究表明,高鉻鑄鐵耐磨內(nèi)層組織為共晶碳化物、馬氏體以及殘余奧氏體,其在界面附近的晶粒相較于內(nèi)表面細小,且具有明顯的方向性。這是因其傳熱主要通過界面附近進行,該處溫度梯度較大所致。高鉻鑄鐵耐磨內(nèi)層的元素分布較為特殊,這是由于其受離心力和金屬液的粘度阻力的共同影響所致。高鉻鑄鐵的共晶點不僅與碳含量相關(guān),還與鉻、硅有一定關(guān)系,因此偏析的元素將導(dǎo)致高鉻鑄鐵耐磨內(nèi)層各厚度方向出現(xiàn)不同的共晶點,這使得不同位置出現(xiàn)了數(shù)量不同的碳化物,結(jié)果導(dǎo)致高鉻鑄鐵耐磨內(nèi)層出現(xiàn)了硬度的梯度變化。對雙金屬耐磨復(fù)合管進行力學性能檢測表明,雙金屬復(fù)合管硬度呈現(xiàn)出梯度變化;高鉻鑄鐵內(nèi)層的耐磨性是45鋼的4倍以上,表明其耐磨性能較好;抗拉強度為414.52Mpa,略低于離心鑄造304不銹鋼;界面剪切強度為502MPa,說明其結(jié)合性能良好;沖擊韌性在100-200J/cm~2,介于高鉻鑄鐵與不銹鋼之間。使用SEM對其斷口進行分析,發(fā)現(xiàn)高鉻鑄鐵的斷裂機理為脆性斷裂,不銹鋼為韌性斷裂。兩者的復(fù)合沒有對不銹鋼斷裂造成影響。使用ANSYS對離心鑄造過程進行了溫度場和應(yīng)力場的模擬,其結(jié)果表明雙金屬復(fù)合管從鑄型中取出后,其應(yīng)力逐漸增大。高鉻鑄鐵層形成壓應(yīng)力,達到340MPa,不銹鋼層形成拉應(yīng)力,達到162MPa。
【學位授予單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U616
【圖文】：

圖 1-1 機械拉拔法示意圖另一類的機械擠壓法則是將錐形的拉擠模置于套裝在一起的兩個管件內(nèi)部外力拉動拉桿使得拉擠模對管材內(nèi)壁產(chǎn)生相對位移，進而使得內(nèi)層管產(chǎn)生的擴徑擠壓，形成內(nèi)外層管間的機械結(jié)合。如圖 1-1（b）。機械拉拔法使得模具表面和管件表面形成了全接觸，因此在拉拔成形過程產(chǎn)生較大的阻力，這使得機械拉拔法成形力大，能耗較高。此外，在拉拔成一般還需要對雙金屬復(fù)合管進行擴徑加工或者縮徑加工。擴徑或縮徑加工擇需要考慮覆管和基層管的彈性模量：當覆管位于外層，且基層管的彈性模于覆管時，需對雙金屬復(fù)合管進行擴徑加工；當覆管位于內(nèi)層時，則需要進徑加工。機械滾壓法機械滾壓法是指通過滾壓技術(shù)使得內(nèi)層管和外層管之間發(fā)生局部或者整體性變形，進而形成機械結(jié)合的制造工藝。其示意圖見圖 1-2。在該工藝中管和內(nèi)層管套裝在一起，心軸和其周向分布的滾動體置于管件內(nèi)部。在進行

圖 1-2 機械滾壓法示意圖見圖 1-3。機械旋壓法是指將內(nèi)外層管件形成連續(xù)的局部塑性變形，最終達到薄。裝好的復(fù)合管開始旋轉(zhuǎn)，而三個呈錐形得外層管能夠較為均勻地貼合在內(nèi)層管法對于加工較大管徑的管道較為困難，易發(fā)生界面分離甚至脫落等現(xiàn)象，這些限制。

圖 1-2 機械滾壓法示意圖意圖見圖 1-3。機械旋壓法是指將內(nèi)外層使其形成連續(xù)的局部塑性變形，最終達工藝。中，套裝好的復(fù)合管開始旋轉(zhuǎn)，而三個呈，這使得外層管能夠較為均勻地貼合在內(nèi)該方法對于加工較大管徑的管道較為困低，容易發(fā)生界面分離甚至脫落等現(xiàn)象，些比限制。

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本文編號：2766183