【摘要】：水路運(yùn)輸是世界上最為重要的交通運(yùn)輸方式之一,但諸多重要河道以及港口都需要進(jìn)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(yán)重,需要頻繁更換。而如果使用硬度高、耐磨性好的材料則會(huì)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?gòu)?fù)合材料作為泥沙管管材的方案。本文使用的雙金屬?gòu)?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?gòu)?fù)合管具有較好的綜合機(jī)械性能。本文以耐磨復(fù)合管為研究對(duì)象,使用金相顯微鏡、電子探針、掃描電鏡、萬能試驗(yàn)機(jī)、沖擊試驗(yàn)機(jī)以及ANSYS模擬軟件對(duì)其內(nèi)層組織形成、元素分布規(guī)律、力學(xué)性能以及預(yù)應(yīng)力形成等幾個(gè)方面進(jìn)行了探究。對(duì)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(xì)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(jìn)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(diǎn)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(diǎn),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(duì)雙金屬耐磨復(fù)合管進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)表明,雙金屬?gòu)?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(qiáng)度為414.52Mpa,略低于離心鑄造304不銹鋼;界面剪切強(qiáng)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(duì)其斷口進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)高鉻鑄鐵的斷裂機(jī)理為脆性斷裂,不銹鋼為韌性斷裂。兩者的復(fù)合沒有對(duì)不銹鋼斷裂造成影響。使用ANSYS對(duì)離心鑄造過程進(jìn)行了溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的模擬,其結(jié)果表明雙金屬?gòu)?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(dá)到340MPa,不銹鋼層形成拉應(yīng)力,達(dá)到162MPa。
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U616
【圖文】：

圖 1-1 機(jī)械拉拔法示意圖另一類的機(jī)械擠壓法則是將錐形的拉擠模置于套裝在一起的兩個(gè)管件內(nèi)部外力拉動(dòng)拉桿使得拉擠模對(duì)管材內(nèi)壁產(chǎn)生相對(duì)位移，進(jìn)而使得內(nèi)層管產(chǎn)生的擴(kuò)徑擠壓，形成內(nèi)外層管間的機(jī)械結(jié)合。如圖 1-1（b）。機(jī)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(jī)械拉拔法成形力大，能耗較高。此外，在拉拔成一般還需要對(duì)雙金屬?gòu)?fù)合管進(jìn)行擴(kuò)徑加工或者縮徑加工。擴(kuò)徑或縮徑加工擇需要考慮覆管和基層管的彈性模量：當(dāng)覆管位于外層，且基層管的彈性模于覆管時(shí)，需對(duì)雙金屬?gòu)?fù)合管進(jìn)行擴(kuò)徑加工；當(dāng)覆管位于內(nèi)層時(shí)，則需要進(jìn)徑加工。機(jī)械滾壓法機(jī)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(jìn)而形成機(jī)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(dòng)體置于管件內(nèi)部。在進(jìn)行

圖 1-2 機(jī)械滾壓法示意圖見圖 1-3。機(jī)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(dá)到薄。裝好的復(fù)合管開始旋轉(zhuǎn)，而三個(gè)呈錐形得外層管能夠較為均勻地貼合在內(nèi)層管法對(duì)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(jī)械滾壓法示意圖意圖見圖 1-3。機(jī)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(dá)工藝。中，套裝好的復(fù)合管開始旋轉(zhuǎn)，而三個(gè)呈，這使得外層管能夠較為均勻地貼合在內(nèi)該方法對(duì)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(hào)：2766183