本發(fā)明涉及一種雙金屬復(fù)合材料的制造工藝，采取兩層金屬液分別澆注，控制熔合層保證成分的方法鑄造雙金屬復(fù)合材料，本方法適用于平面熔合的雙金屬復(fù)合工件。
背景技術(shù)：
：鑄造雙金屬復(fù)合材料多采用固液復(fù)合和液液復(fù)合，液液復(fù)合多用于離心鑄造雙金屬復(fù)合管，固液復(fù)合多用于各種形狀的雙金屬復(fù)合材料，這兩種工藝均存在有各自的缺陷和優(yōu)點。固液復(fù)合適用于復(fù)合面不規(guī)則的雙金屬工件，但由于金屬液幾乎不能熔化固態(tài)金屬，從而保證了雙金屬材料的成分，尤其是第二層鐵基金屬的成分，但該方法生產(chǎn)的雙金屬材料結(jié)合力很弱，多依賴復(fù)合結(jié)構(gòu)來保證雙金屬不分離、不脫落。液液復(fù)合只適合于復(fù)合面規(guī)則的平面或圓弧面復(fù)合，由于第二層金屬與第一層金屬互熔，兩者產(chǎn)生冶金結(jié)合，其結(jié)合力很強，雙金屬很難分開，但其缺點是第一層金屬液的熔合量不易控制。第二層金屬液澆注間隔時間短，則產(chǎn)生過熔，使得第二層金屬液由于過熔產(chǎn)生成分偏差，嚴重時產(chǎn)生廢品；若間隔時間長，則兩者沒有熔合，產(chǎn)生分層，仍會產(chǎn)生大量廢品。所以液液復(fù)合工藝參數(shù)很難控制，多數(shù)情況下，為保證雙金屬的熔合，多會造成第一層金屬過熔后使得第二層金屬的成分超標，偏離成分控制要求，無法達到預(yù)期的性能和使用效果。技術(shù)實現(xiàn)要素：為了解決雙液復(fù)合熔合量過大或復(fù)合面分層，造成雙金屬復(fù)合合格率低的問題，本發(fā)明提供一種冷速可調(diào)雙液鑄造雙金屬復(fù)合材料方法。先澆注第一層金屬液，采用冷鐵冷卻，冷鐵內(nèi)設(shè)置冷卻通道連接進水管和出水管，冷鐵內(nèi)通冷卻水；通過閥門調(diào)整冷卻水的壓力和流量、或調(diào)整冷卻水通水開始時間控制第一層金屬液的冷卻速度。當?shù)谝粚咏饘僖豪鋮s最低溫度不得低于其熔點以下200℃。時，澆注第二層金屬液。進一步：冷卻水的出水管截面積為進水管截面積2倍以上。進一步：冷鐵采用低碳鋼或石墨制作。進一步：與熔合成分差別較大、或者要求主要質(zhì)量指標的金屬選作第一層金屬。工藝原理：第二層金屬液澆注溫度高于第一層金屬液熔點，可以保證兩層金屬的熔合。調(diào)整第一層金屬的冷卻速度，增加第一層金屬的溫度梯度，以避免第一層金屬熔合過多，從而防止由于第二層金屬熔合第一層金屬量大，造成成分超標。若第二層金屬澆注間隔時間稍長，較大的溫度梯度會造成第一層金屬復(fù)合面的溫度迅速降低，第二層金屬液澆注后無法熔合，從而產(chǎn)生分層缺陷，造成廢品，所以本工藝方案通過調(diào)整冷卻水的壓力、流量以及開啟的時間點控制冷鐵的冷卻速度，從而控制第一層金屬的溫度梯度，以獲得熔合良好的雙金屬復(fù)合材料。若在第一層金屬液澆注過程中或澆注完成后通冷卻水時，冷鐵已經(jīng)被加熱到高溫，這時突然通冷卻水，會造成冷卻水被瞬間氣化，快速的體積膨脹會產(chǎn)生不安全因素，所以要求出水管管徑粗，長度短，直接通向大氣，其目的是快速泄壓，避免阻力。另外，出水口必須采取安全防護措施，防止人員、設(shè)備、產(chǎn)品受到高壓蒸汽的傷害。第一層金屬液澆注時或澆注后，可以采用保護渣，也可以不使用保護渣，這取決于工件形狀、復(fù)合面的大小、控制的熔合量等參數(shù)。采用該方法生產(chǎn)的雙金屬復(fù)合工件，復(fù)合面不產(chǎn)生分層，由于有效地控制了熔合量，保證了第二層金屬的成分，從而保證了第二層金屬的性能，使得雙金屬復(fù)合工件的成品率大大增加，尤其是工藝參數(shù)范圍擴大，易于控制，便于工業(yè)化大生產(chǎn)。附圖說明圖1為復(fù)合耐磨板冷鐵通水示意圖（俯視圖）；圖2復(fù)合耐磨板造型示意圖（水冷冷鐵）；圖3為雙金屬復(fù)合錘頭澆注示意圖（主視圖）；圖4為雙金屬復(fù)合錘頭澆注示意圖（右視圖）。其中，1-進水管2-第一層金屬澆道3-冷鐵4-冒口（觀察孔）5-砂型6-型腔7-涂料8-出水管9-第二層金屬澆道10-溢流口。具體實施方式實施例1:500×500×50mm復(fù)合耐磨板該雙金屬復(fù)合耐磨板由低碳鑄鋼和高鉻鑄鐵復(fù)合而成，高鉻鑄鐵層厚度25-35mm，硬度要求≥55HRC，低碳鑄鋼鋼厚度15-25mm，要求沖擊韌性不小于50J。工藝分析：對比下表低碳鑄鋼和高鉻鑄鐵的成分可知，其熔合后的成分Si、Mn、P、S變化不大，主要是C和Cr的變化。從兩者的物理性能來說，低碳鑄鋼的導(dǎo)熱系數(shù)高于高鉻鑄鐵，低碳鑄鋼的熔點約1590-1610℃，高鉻鑄鐵的熔點約1400-1450℃。若該復(fù)合耐磨板要求焊接連接，則為保證低碳鑄鋼的焊接性，需要將低碳鑄鋼作為第一層金屬，高鉻鑄鐵熔化時，適當增加C和Cr的含量，熔合低碳鑄鋼后，C和Cr含量降低，可以落入高鉻鑄鐵控制范圍內(nèi)，保證了雙金屬的成分合格和性能。本實施例沒有要求低碳鑄鋼的焊接性能，主要要求高鉻鑄鐵的耐磨性（硬度）和低碳鑄鋼的韌性，從成本及工藝角度，選擇高鉻鑄鐵作為第一層金屬。一可以降低高鉻鑄鐵的澆注溫度，節(jié)約能源。高鉻鑄鐵作為第一層金屬，其澆注溫度一般控制在1480-1550℃，而作為第二層金屬，其澆注溫度必須高于低碳鑄鋼的熔點50℃、即1640℃以上，可見澆注溫度相差約100℃多。二是合格率高。高鉻鑄鐵作為第二層金屬需要將Cr控制在上限，防止熔合低碳鑄鋼后Cr的降低不符合成分要求，而作為第一層金屬不存在成分超標風(fēng)險。第二層低碳鑄鋼熔合高鉻鑄鐵后成為含Cr的低合金鋼，其韌性變化不大，仍可以滿足性能要求。三可以節(jié)約合金使用量，第一層高鉻鑄鐵沒有冒口，金屬液使用量少，節(jié)約合金。四是由于高鉻鑄鐵是工作面，要求沒有鑄造缺陷，放置在底層是符合鑄造工藝要求的。采用雙爐冶煉，冶煉成分要求見下表：CSiMnSPCrNiMo低碳鑄鋼0.17-0.230.17-0.370.2-0.6≤0.04≤0.04≤0.2≤0.2≤0.2高鉻鑄鐵2.0-3.3≤1.2≤2.0≤0.06≤0.118-23≤2.5≤3.0冷鐵選用傳熱良好的優(yōu)質(zhì)低碳鋼或石墨，低碳鋼和石墨的熔點均高于高鉻鑄鐵，冷鐵尺寸為450×450×40mm，形狀為中空，冷鐵連接一個進水管1，管徑Φ30mm，6個出水管8，管徑Φ20mm，長度350-400mm，位置見附圖1，進出水管兩者截面積比值為1：2.7。出水管8的出口伸入一個放置在地下的封閉水箱中，水箱空氣體積不少3m3，總體積不少于5m3，水箱內(nèi)的水冷卻后，經(jīng)水泵促進冷卻水循環(huán)。澆注系統(tǒng)見附圖2，包括進水管1、第一層金屬澆道2、冷鐵3、冒口（觀察孔）4、砂型5、型腔6、涂料7、出水管8、第二層金屬澆道9。冷鐵3預(yù)熱后噴涂涂料7，涂料7經(jīng)干燥后將砂型5合箱形成冒口（觀察孔）4、型腔6、第一層金屬澆道2和第二層金屬澆道9。第一層高鉻鑄鐵金屬液從澆道2快速澆注，澆注重量25-40Kg，澆注溫度1500--1550℃。從冒口（觀察孔）4觀察其凝固狀況，當金屬液復(fù)合層開始凝固時，此時溫度處于熔點及其以下200℃之間，迅速打開閥門，進水管1通冷卻水，調(diào)整水壓0.12MPa左右，從澆道9快速澆注低碳鑄鋼金屬液，澆注完成后，在冒口（觀察孔）4撒保溫劑覆蓋。由于低碳鑄鋼澆注溫度在1640℃以上，比高鉻鑄鐵凝固點1400-1450℃高出200多度，所以可以不使用保護渣，也可以獲得熔合良好的復(fù)合耐磨板。復(fù)合耐磨板經(jīng)熱處理后，高鉻鑄鐵、鑄鋼均滿足性能要求。為提高冷鐵3的使用壽命，防止冷鐵3經(jīng)過多次冷熱后產(chǎn)生變形，采用在冷鐵3內(nèi)設(shè)計加強筋的鑄鋼板。若第二層金屬液低碳鑄鋼出鋼緩慢，可減小閥門開啟度，減小冷卻水壓力和流量，減緩第一層金屬液的冷卻速度，保證低碳鑄鋼金屬澆注時，高鉻鑄鐵的復(fù)合面溫度在工藝要求范圍內(nèi)，這樣做可為低碳鑄鋼金屬液的開始澆注適當延長時間。若第二層金屬液低碳鑄鋼出鋼早，為保證第二層金屬液的澆注溫度，可增大閥門開啟度，增加冷卻水壓力和流量，加快第一層金屬液高鉻鑄鐵的冷卻速度，減少低碳鑄鋼金屬液的預(yù)留時間，防止由于等待澆注時間長造成低碳鑄鋼金屬液的澆注溫度偏低，不符合工藝要求或造成廢品。與只采用冷鐵冷卻第一層金屬液工藝相比，本工藝方案通冷卻水快冷的方法，大大增加了第一層金屬板的溫度梯度，使得第二層金屬液熔合更少的第一層金屬液，熔合層更易于控制，產(chǎn)品合格率提高10%-20%。實施例2：雙金屬復(fù)合錘頭本實施例產(chǎn)品為破碎機錘頭，錘頭部分采用高錳鋼，錘柄部分采用低碳鑄鋼，錘頭部分尺寸為100×240×225mm。澆注系統(tǒng)見附圖3和4，包括進水管1、第一層金屬澆道2、冷鐵3、冒口（觀察孔）4、砂型5、型腔6、涂料7、出水管8、第二層金屬澆道9和溢流口10。采用兩塊冷鐵3對稱布置，每個冷鐵連接一根進水管1和一根出水管8，進水管管徑Φ16mm，出水管管徑Φ24mm，兩者截面積比為1:2.25。出水管8長度300mm，出口伸入一個放置在地下的封閉水箱中，水箱空氣體積不少3m3，總體積不少于5m3，水箱內(nèi)的水冷卻后，經(jīng)水泵促進冷卻水循環(huán)。冷鐵3采用優(yōu)質(zhì)低碳鑄鋼焊接加工而成，其熔點略高于高錳鋼。冷鐵3預(yù)熱后噴涂涂料7，涂料7經(jīng)干燥后將砂型5合箱形成型腔6、冒口（觀察孔）4、第一層金屬澆道2和第二層金屬澆道9。澆注前打開閥門，進水管1通冷卻水，調(diào)整水壓0.1MPa左右。第一層高錳鋼金屬液從第一層金屬澆道2快速澆注，出鐵重量不少于70Kg，澆注溫度1640--1700℃。當從溢流口留出鋼液時，停止?jié)沧ⅲ氯缌骺凇Ｔ诟咤i鋼澆注時從冒口（觀察孔）4向型腔6中撒入含有硼砂和螢石的保護渣，澆注后從冒口（觀察孔）4觀察其凝固狀況，當金屬液表層凝固后，此時其溫度不低于熔點以下200℃。從第二層金屬澆道9快速澆注低碳鑄鋼金屬液，澆注溫度大于1650℃，澆注完成后，在冒口（觀察孔）4撒保溫劑覆蓋。由于含硼砂和螢石的保護渣熔點低，密度小，能夠迅速熔化，在整個澆注過程中易于從鋼水中上浮，不會形成夾渣。采用增加或減小閥門的開啟度，控制冷卻水壓力高低和流量大小，從而控制第一層金屬液高錳鋼的冷卻速度，可以適當調(diào)整第二層金屬液低碳鑄鋼的澆注開始時間，可實現(xiàn)高錳鋼的冷卻溫度和低碳鑄鋼的澆注溫度在一個時間點上同時滿足工藝要求，從而保證雙金屬的熔合和成分控制，提高產(chǎn)品合格率。本工藝低碳鑄鋼熔合高錳鋼量很少，成分基本不變，且符合鑄鋼順序凝固工藝原則，生產(chǎn)的復(fù)合錘頭沒有縮孔、疏松等缺陷，在產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量提升的基礎(chǔ)上，產(chǎn)品合格率提高了10%以上。當前第1頁1 2 3