16mndg無縫鋼管模具表面超硬化處理技術

16mndg無縫鋼管復層鋁16mndg無縫鋼管坯水平連鑄技術研究 雙金屬復層管是利用復合技術將兩種具有不同性能的金屬管材以層狀方式在界面處實現牢固結合的新型結構和功能材料。其既能保持原管材的性能優勢,又能通過“相補效應”彌補兩種金屬的缺點從而獲得比單一管材更加優越的物理化學力學性能,被廣泛應用于石油化工、航空航天、交通運輸等領域。例如用作汽車散熱器的3003/4045復層鋁16mndg無縫鋼管,就有效結合了兩種合金的性能優勢,保證芯層具有良好耐蝕性的同時又提高了管材表面焊接性。目前制備雙金屬復層管的方法主要有：1塑性成形法,包括拉拔、脹接、旋壓、滾壓等冷成型法以及熱軋、熱擠壓等熱成型法；2焊接法,包括堆焊、卷焊、釬焊、爆炸焊接法等;3鑄造法,包括離心鑄造法和消失模鑄造法等；4其它方法,如粉末冶金、激光熔覆、噴射成形等。但是傳統16mndg無縫鋼管制備技術存在工藝復雜,界面結合質量不穩定以及受到設備尺寸約束等缺點；采用連續鑄造法生產雙金屬復層材料具有生產成本低、環境污染小、結合界面易實現冶金結合、可連續生產等優點,因此受到越來越多的重視。但是目前僅應用于復層板和復層棒的生產,

還未見制備復層管材的報道。本文結合連續鑄造的技術優勢和復層管材的性能特點,以3003/4045復層鋁16mndg無縫鋼管為實驗對象,突破傳統制備工藝,研究新型的鋁合金復層管水平連續鑄造技術。通過數值模擬計算電磁場對管坯凝固時溫度場、速度場和液相率分布的影響,并結合具體實驗確定最佳工藝參數,研究復層鋁16mndg無縫鋼管坯組織、成分和性能特點,從傳熱學角度探討結晶器內冷卻區的傳熱行為,建立復層管坯的界面結合機理,同時探索復層鋁16mndg無縫鋼管軋制過程中組織和性能的變化規律。本文主要研究內容包括：研究整體結晶器液—液電磁復合法制備復層管坯的新技術。采用ANSYS軟件模擬旋轉磁場對管坯凝固過程的影響。數值模擬結果表明,磁感應強度在石墨模具內的分布規律為邊緣大中間小。電磁場均勻了內外層合金熔體的溫度場,擴大了固液兩相區,提高了內外層合金在環形石墨擋板出口處的溫度和液相率,有利于在界面處形成良好的冶金結合。同時電磁場改變了石墨模具內合金熔體的運動方式,促使熔體沿復層管坯橫截面產生強迫定向運動。數值模擬的基礎上優化設計旋轉磁場發生器位置、石墨擋板長度及澆注溫度等參數,并結合實驗確定最佳工藝參數。當3003和4045合金的澆注溫度分別為720℃和650℃,圓鋼一次冷卻水水量1m3/h,輸入電流強度100A ,鑄造速度為120mm/min和140mm/min時,可制備出外徑86mm,內外層壁厚分別為16mm和7mm復層鋁16mndg無縫鋼管坯。此時石墨模具內壁和中心處的磁感應強度分別為25.6mT和7.4mT電磁場顯著細化晶粒,消除復層管坯凝固組織的各向異性,促進了內外層合金之間形成冶金結合。由于實際鑄造過程中復層管坯周向散熱的不均勻性,管坯界面處同時存在機械附著,擴散結合和混熔三種結合形式。16mndg無縫鋼管模具表面是如何進行超硬化處理的擴散法金屬碳化物覆層技術 擴散法金屬碳化物覆層技術是將工件置于特種介質中，經擴散作用于工件表面形成一層數微米至數十微米的金屬碳化物層。該碳化物層具有極高的硬度，HV可達1600"3000由碳化物種類決定)此外，該碳化物履層與基體冶金結合，不影響工件表面光潔度，具有極高的耐磨、抗咬合(粘結)耐蝕等性能，可大幅度提高工模具及機械零件的使用壽命。與相關技術的比較 通過在工件表面形成超硬化合物膜層的方法，大幅度提高其耐磨、抗咬合(抗粘結)耐蝕等性能，從而大幅度提高其使用壽命的有效而經濟的方法。目前，工件表面超硬化處理方法主要有物理氣相沉積(PVD化學氣相沉積(CVD物理化學氣相沉積(PCVD擴散法金屬碳化物履層技術，其中，PVD法具有沉積溫度低，工件變形小的優點，但由于膜層與基體的結合力較差，工藝繞鍍性不好，往往難以發揮超硬化合物膜層的性能優勢。CVD法具有膜基結合力好，工藝繞鍍性好等突出優點，但對于大量的鋼鐵材料而言，其后續基體硬化處理比較麻煩，稍有不慎，膜層就易破壞。因此其應用主要集中在硬質合金等材料上。PCVD法沉積溫度低，膜基結合力及工藝繞鍍性均較PVD法有較大改進，但與擴散法相比，膜基結合力仍有較大差距，此外由于PCVD法仍為等離子體成膜，雖然繞鍍性較PVD法有所改善，但無法消除。由擴散法金屬碳化物覆層技術形成的金屬碳化物覆層，與基體形成冶金結合，具有PVDPCVD無法比擬的膜基結合力，因此該技術真正能夠發揮超硬膜層的性能優勢，此外，該技術不存在繞鍍性問題，后續基體硬化處理方便，并可多次重復處理，使該技術的適用性更為廣泛。技術優勢 擴散法金屬碳化物覆層技術在日本、歐洲各國、澳大利亞、韓國等國應用廣泛。據調查，許多進口設備上的配套模具大量地使用了該技術，這些模具在進行國產化時，由于缺乏相應的成熟技術，往往使模具壽命低，有些甚至無法國產化。該技術國內七十年代就有人研究過，但由于各方面條件的限制，工藝及設備往往難以經過批量和長期生產的考驗，使該技術中的一些實際存在問題不易暴露或難以解決，往往半途而廢。十多年的研究與應用的過程中，對該技術存在工藝、設備上的實際問題進行了深入的研究，并進行了有效的改進，經改進后的工藝及成套設備已能夠滿足長期穩定生產的要求，所處理的模具壽命水平達到進口同類模具壽命水平，取得了豐富的各類模具實際應用的生產經驗，為大規模推廣應用該技術奠定了堅實的技術基礎。適用范圍 擴散法金屬碳化物覆層技術可以廣泛應用于各類因磨損、咬合而引起失效的工模具或機械零件。其中，因磨損而引起的失效(如沖裁，冷鐓，粉末成型等模具)可提高壽命數倍至數十倍；因咬合而引起的產品或模具的拉傷問題(如引伸模，翻邊模等)可以從根本上予以解決。適用材料：模具鋼，含碳量大于0.3%結構鋼，鑄鐵，硬質合金。二、16mndg無縫鋼管模具表面超硬化處理技術 16mndg無縫鋼管是焊管成型機上，由不銹鋼板經若干道模具碾壓成型并經焊接而成。由于不銹鋼的強度較高，且其結構為面心立方晶格，易形成加工硬化，使焊管成型時：一方面模具要承受較大的摩擦力，使模具容易磨損；另一方面，不銹鋼板料易與模具表面形成粘結(咬合)使焊管及模具表面形成拉傷。因此，好的不銹鋼成型模具必須具備極高的耐磨和抗粘結(咬合)性能。對進口焊管模具的分析表明，該類模具的表面處理都是采用超硬金屬碳化物或氮化物覆層處理。

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