高C中Cr合金钢/中低碳钢液固结合及凝固质量的研究

摘要

本文通过液固结合技术实现了两种不同性能的金属的冶金结合，并改善了钢液的凝固质量，这对高性能金属复合材料的研发具有重要的意义。本实验将钢质芯棒置入钢锭模内，并利用浇注钢液实现两种金属的冶金结合（内径为105mm、壁厚为40mm钢锭模内设置不同直径的20#芯棒，并浇注温度为1620℃高碳中铬合金钢液），并建立了高C中Cr合金钢/中低碳钢液固结合温度场计算的数学模型，用以计算钢液凝固过程中芯棒表面的温度随时间的变化。在此基础上，对凝固后两种金属的结合界面进行了显微观察，并且测定了结合界面强度，分析了界面结合的机理、影响界面结合质量的因素以及钢液的凝固质量。得到如下结论： （1）建立了锭模内设置芯棒浇注钢液后温度计算的数学模型，并得出了不同直径的芯棒表层的温度变化规律，计算结果与试验相一致。 （2）两种金属通过液固结合技术实现冶金结合的条件是固态金属表层的温度在钢液的传热作用下达到液固两相区的温度。通过数学模型可以定量计算可得出达到结合条件所涉及的工艺参数。 （3）两种金属通过液固结合技术实现冶金结合的主导机制是联生结晶机制。 （4）影响两种金属通过液固结合技术实现冶金结合的因素有固态金属的表面状况、钢液温度、浇注环境及浇注后的冷却条件。试验表明，固态金属表面经过喷砂处理、提高浇注温度、真空冶炼及浇注、钢锭出模后保温缓冷等措施有利于界面结合质量的提高。 （5）液固结合技术应用于钢液凝固，改变了钢液凝固的温度场，有助于等轴晶区域的扩大。

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