摘 要

本实验就是要研究一个合理的离心铸造不锈钢-高铬铸铁复合管热处理方法，既要保证高铬铸铁的高强度，高硬度，高耐磨度，也要保证高铬铸铁的韧性，以及保证离心铸造不锈钢的耐腐蚀度，为此，研究此问题的思路主要有两个。

首先研究保温温度对离心铸造不锈钢---高铬铸铁复合管性能的影响，设置1号铸态试样，不进行热处理。通过热处理炉分别对4个试样进行热处理，2号试样---800℃1h，3号试样---850℃1h，4号试样---900℃1h，5号试样---950℃1h。其次在保温温度的研究基础上研究保温时间长短对离心铸造不锈钢---高铬铸铁复合管性能的影响。在1、2、3、4试样中分析出复合管性能最好的保温温度，在此温度下设置保温时间长短，6号试样---950℃3h，7号试样---950℃5h。热处理完成后，将6个试样空冷，冷却完后使用磨砂机研磨光滑，观察金相的那面需磨成一个平滑的平面，测试硬度的上下两个面需要足够平行、平整。磨金相紧跟着磨砂，金相砂纸由粗到细逐一磨制，每更换一次砂纸，试样需转90度。在拍摄金相组织前，对试样进行抛光、清洗、腐蚀。一切准备就绪后，通过金相显微仪拍摄金相组织，通过洛氏硬度测试仪测试高铬铸铁的硬度，通过便携式硬度检测仪检测离心铸造不锈钢的硬度，最后根据金相组织和硬度数值分析温度对离心铸造不锈钢---高铬铸铁复合管性能的影响。

实验结果表明，保温温度越高，高铬铸铁的硬度越高，而保温时间对高铬铸铁的硬度几乎没有什么影响；通过热处理都会比铸态的材料在硬度上提升很多，而且热处理减少了铸态试样中的魏氏体组织。

关键词：复合管；离心铸造；高铬铸铁；热处理

Abstract

This experiment is to study a reasonable centrifugally cast stainless steel - high-chrome cast iron composite pipe heat treatment method, it is necessary to ensure high chromium cast iron of high strength, high hardness, high wear resistance, but also to ensure the toughness of high chromium cast iron, as well as to ensure centrifugal corrosion resistance of cast stainless steel, for which study this issue there are two main ideas.

Firstly holding temperature centrifugally cast stainless steel --- Effect of high chrome cast iron composite pipe performance, the No. 1 soft-cast specimens, not heat-treated. Four samples were heat-treated by heat treatment furnace, Sample No. 2 --- 800 ℃ 1h, 3. Sample --- 850 ℃ 1h, No. 4 Sample Sample --- 900 ℃ 1h, 5 numbers - --950 ℃ 1h. Second Effect high chromium cast iron composite pipe insulation performance for the duration of centrifugally cast stainless steel --- Based on the study on the temperature of incubation. 1,2,3,4 sample analysis in the best performance of the composite pipe insulation temperature set at this temperature for the duration of the sample No. 6 --- 950 ℃ 3h, Sample No. 7 --- 950 ℃ 5h. After the heat treatment was completed, the six sample air cooling, cooling after use sander polishing smooth surface microstructure was observed that need a smooth flat ground, two upper and lower surfaces of the need for adequate hardness test parallel formation. Metallographic grinding followed by sanding, each polished metallographic sandpaper from coarse to fine sandpaper replaced once every sample required 90 degrees. Before shooting the microstructure of the specimen polishing, cleaning, corrosion. Everything is ready, shoot microstructure by metallographic, hardness by Rockwell hardness tester high chromium cast iron by portable hardness tester for hardness of stainless steel centrifugal casting, according to the final microstructure and hardness Numerical Analysis of Temperature on centrifugally cast stainless steel --- Effect of high chromium cast iron composite pipe performance.

Experimental results show that the holding temperature, the higher the hardness of high chromium cast iron, and the holding time has little effect on the hardness of high chromium cast iron; by heat treatment will be more than raise a lot of material cast in hardness, and heat treatment to reduce the cast state in a sample Wilcoxon tissue.

Key words: clad pipes；centrifugal casting；high chromium cast iron；heat treatment

目 录

第一章 绪论 1

1.1 研究目的及意义 1

1.2 离心铸造不锈钢-高铬铸铁复合管热处理国内外研究现状 1

1.3 本文研究的主要内容 6

第二章 实验材料、设备及方法 8

2.1 试验材料 8

2.2 热处理实验设备及装置 8

2.3 试样研究热处理方法 9

2.4 试验分析测试方法 9

2.4.1 观测试样的制备 9

2.4.2 微观组织分析 10

第三章 高铬铸铁-离心铸造不锈钢性能组织分析 11

3.1 保温温度对高铬铸铁-离心铸造不锈钢的影响 11

3.2 保温时间对高铬铸铁-离心铸造不锈钢的影响 15

3.3 保温温度、保温时间对高铬铸铁/离心铸造不锈钢的影响分析 19

第四章 结论 20

第五章 展望 21

参考文献 22

致谢 24

第一章 绪论

1.1 研究目的及意义

高铬铸铁是一种性能优良、耐磨、硬度高的材料，不仅耐磨性能极好，而且强度和韧性也还算尽如人意，在航天，电力，冶金，汽车等多个行业有着非常广泛的使用^[1]。高铬铸铁的性能取决于很多方面，但最重要的决定因素是合金元素，碳、铬，高铬铸铁中碳的含量一般在在2％-3.5％之间，碳越多，硬度越高。其中铬的含量一般在12％-35％之间^[2]，铬能决定热处理后产生的碳化物类型，而碳化物的类型、数量、形态都将改变高铬铸铁的性能。高铬铸铁的成分有很多种，其中亚共晶成分的高铬铸铁是最普遍的、最常见的，铬元素的含量大致分布在在12％-18％区间内，当需要耐热、耐蚀铸件时，铬含量会达到25%以上，铬能抑制珠光体的生成，促进铸态奥氏体的生成，因此铬含量的多少在实际应用中是需要认真考虑的 ^[3-4]。高铬铸铁是高铬白口铸铁的简称，高铬铸铁的韧性虽然在硬度、耐磨度等性能上比其他元素的铸铁好，但在其有一个比较大的问题，其在实际应用中很容易开裂，价格又比较高，因此在使用时会受到很多限制。该实验中的另一种材料---离心铸造不锈钢，不锈钢的主要特点就是不容易产生腐蚀、生锈等损害性伤害,即使在环境特别恶劣的情况下也能够非常好地使用。不锈钢主要可以分为奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢、铁素体不锈钢等，该实验中使用奥氏体不锈钢，该不锈钢含有较低的碳含量，铬和镍的含量较高，综合性能好，可以适用于多种腐蚀的环境，抗冲击性能也比较好好，复合管的外形结构可以得到较好的保障^[5-7]。采用双金属离心铸造法制备不锈钢-高铬铸铁复合管，复合管集合了两种金属各自的性能优点，适用范围大大增加，已经逐渐替代了普通的传统的单层管，可以用于海底运输水泥混凝土等极其恶劣的环境。

在当前的生产条件下，离心铸造不锈钢-高铬铸铁复合管的生成工艺是热镶装复合^[8]。工艺流程为分别铸造出外层的不锈钢和内层的高铬铸铁，接着等待高铬铸铁的退火，待退火完成后，进行线切割，切割至需要的尺寸后，进行淬火回火处理。淬火回火处理结束之后，对外层的不锈钢加热镶装的处理，接着进行整体的后续加工处理。这样的工艺过程是十分复杂的，浪费了很多材料，极大了浪费了各项资源。因此双金属复合管铸造工艺显得尤为重要，双金属复合管铸造工艺是指将两种不同成分的金属分别熔化后，通过一定的工艺方法或者浇注工具，上下两层浇注于铸件之上，这种方法相较于热镶装复合可以大大减少工作量以及工作时间。不仅如此，两种金属在使用量上也大大降低，尤其是高铬铸铁，使用量能节省10%-20%，成本也就跟着下降了^[8-10]，由此可以看出利用双金属复合铸造工艺是有良好效果的，比热镶装复合工艺产生更大的经济效益。