摘 要

疏浚管是挖泥船的重要过流部件，它在工作过程中，承受着砂石冲击和泥沙磨损。在保证高疏浚管安全承载条件下，如何提高其耐磨性和使用寿命一直是疏浚行业亟待解决的技术难题。随着疏浚技术应用范围被不断被扩展，人们对其的要求也越来越高。高铬铸铁是当代最优良的抗磨料磨损材料之一，虽然耐磨性在各种恶劣环境下表现良好，但也有缺点，就是塑性性能不好。因此本课题选用离心铸造的双金属复合管，外层用304不锈钢，内层用高铬铸铁，这样把两种材料的优异的性能都发挥了，克服了单一材料的局限性。

本课题主要探究了离心铸造高铬铸铁层硬度、耐磨性等性能受热处理技术的影响变化；为了探究试样的组织和元素特征，进行了金相、电子探针及XRD分析；通过对离心铸造高铬铸铁进行的两组冲击角磨损试验，研究了高铬铸铁层的磨损原理。

实验结果：离心铸造双金属复合管内层高铬铸铁层，由于较快的冷却速度，形成了伪共晶。高铬铸铁层元素分布除了离心力作用外，还受金属液流动、凝固过程等多项因素作用。双金属内外层形成了良好的冶金结合；随着热处理温度的提高，双金属管的高铬铸铁端面硬度能够有效提高，1040℃淬火空冷热处理后试样的硬度最高，耐磨性最好。

关键词：高铬铸铁；离心铸造；硬度；组织分析；耐磨性

Abstract

The dredging pipe is an important overcurrent part of the dredger, which during the course of work is subjected to gravel impact and sediment wear. Under the condition of ensuring the safety of high dredging pipe, how to improve its wear resistance and service life has been the technical problem to be solved urgently in dredging industry. With the application of dredging technology has been continuously expanded, people are increasingly demanding their requirements. High-chromium cast iron is one of the best anti-abrasive wear materials in the contemporary era. Although the abrasion resistance is good in all kinds of harsh environments, there is also a drawback that the plasticity is not good. Therefore, the subject of centrifugal casting bimetallic composite pipe, 304 stainless steel outer layer, the inner layer with high-chromium cast iron, so that the excellent performance of both materials have played, to overcome the limitations of a single material.

In order to explore the microstructures and elemental characteristics of the samples, metallographic, electron probe and XRD analysis were carried out. Casting high chromium cast iron for two groups of impact angle wear test, studied the high chromium cast iron layer wear principle.

Experimental results: Centrifugal casting bimetallic composite tube inner layer of high chromium cast iron layer, due to the faster cooling rate, the formation of pseudo eutectic. High chromium cast iron layer element distribution in addition to centrifugal force, but also by the metal liquid flow, solidification process and many other factors. The hardness of the double chrome cast iron can be effectively improved with the increase of the heat treatment temperature. The hardness of the sample after 1040 ℃ quenching air heat treatment is the highest, and the wear resistance is the best.

Key words: centrifugal casting； high chromium cast iron;；hardness; microstructure analysis；Abrasion resistance

目 录

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 双金属复合管的国内外研究现状 1

1.3 双金属复合管成型方式 2

1.3.1 机械复合成型方式 2

1.3.2 冶金复合成型方式 3

1.4 本课题的研究目的及研究的主要内容 4

第二章 离心铸造双金属复合管技术 5

2.1 离心铸造的原理与优势 5

2.2 离心铸造复合管工艺过程 5

2.2.1 离心铸造内外层材料的选择 5

2.2.2 复合管的尺寸制定 5

2.2.3 铸型涂料工艺 5

2.2.4 设定铸型旋转速度 6

2.2.5 两层金属浇注时间隔 6

第三章 热处理对高铬铸铁硬度影响 7

3.1 离心铸造双金属复合管和砂型铸造管的热处理 7

3.2 高铬铸铁的维氏硬度测试数据及图形 7

3.2.1 离心铸造复合管高铬铸铁直径方向梯度硬度 7

3.2.2 砂型铸造高铬铸铁梯度硬度 9

3.3 高铬铸铁硬度变化分析 10

第四章 离心铸造复合管高铬铸铁组织及性能分析 12

4.1 铸态离心铸造复合管高铬铸铁金相组织分析 12

4.2 热处理离心铸造和砂型铸造高铬铸铁金相分析 13

4.3 离心铸造复合管高铬铸铁电子探针 15

4.4.1 砂型铸造XRD图谱分析 16

4.4.2 离心铸造双金属铸态高铬铸铁XRD图谱 18

第五章 离心铸造复合管高铬铸铁泥沙磨损试验 19

5.1泥沙磨损试验 19

5.2泥沙磨损试验结果 19

结论 21

参考文献 22

致谢 24

第一章 绪论

1.1 引言

随着吹填造陆工程规模的扩大，各种海上工程的开发，疏浚工艺技术的应用得到大大的增加，人们对疏浚工程用到的的疏浚管要求也日益增高，为了找到经济成本低，满足多种性能且在复杂恶劣环境下保证一定的使用寿命的疏浚管；人们开展了多项研究，其中的双金属复合管技术是为数不多能满足所有要求技术之一。

对于磨损比较严重、腐蚀强度较大、四周又受到强压力的流体管道，通常采用品质高的不锈钢或是含有大量有益合金元素的无缝钢管，这类管材由于添加了大量合金元素，其价格是普通无缝钢管的几倍或几十倍。多年来，生产商和用户一直在致力追求经过不同金属的复合后的复合管，从而获得一种既能满足在苛刻环境下使用又物美价廉的高性能复合管材。

高铬铸铁是当代最好的抗磨损材料之一，性能优良；它比合金钢的耐磨性高；比普通白口铸铁的韧性和强度好，同时它还有优异的耐高温和耐腐蚀性能，因此高铬铸铁得到了广泛的应用。但由于高铬铸铁抵抗冲击能力弱，当冲击力较大时容易产生裂纹，甚至被破坏，加上材料成本较高，这些限制了高铬铸铁的应用推广。