热处理对高铬铸铁-钢双金属管复合界面组织及性能的影响

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随着工业生产能力日新月异的提升,产品的性能要求也越来越严格苛刻。对于流体运输所用的管道也不例外,从过去大多使用的单一均质的运输管道到如今复合材料管道随处可见。大到船舶、海洋、航天等资源开采,小到自来水、暖气等日常家用的供应,复合管一步一步占领着现在的主流市场,而单一均质材料的管道正在被淘汰。复合管能够综合多种材料的优异性能,满足日益苛刻的工况要求,减小了生产成本,提高了资产效益,深受生产商们喜爱。  双金属管材通常能够综合两种材料的优异性能,但是不一定能够充分发挥各材料的优异性能。但是,单一均质的管道材料往往可以通过热处理等手段将材料的力学性能提高到另一个层次。对于双金属管材料,如果通过热处理的方式来提升材料综合力学性能是比较困难的。一方面,用于复合的两种材料的最佳热处理方式未必是一样的,这就很难抉择选用什么热处理方式来同时满足两种材料的性能要求。另一方面,也是最主要的原因,两种材料的物理性能(热膨胀率以及冷却收缩率等等)往往差异很大,热处理过程中的加热、冷却等过程会造成复合界面两种材料的膨胀、冷却收缩不一致,这样界面就很容易有应力集中和裂纹的萌生和扩展,导致界面的结合强度大大降低。这不是我们所希望见到的。  本文主要是针对高铬铸铁—不锈钢以及高铬铸铁—碳钢两种双金属管材,为了充分发挥内层材料高铬铸铁耐磨性能,对其进行了几种典型的热处理方式。探究不同热处理方式对内层高铬铸铁材料力学性能提升的同时,对界面结合强度的影响,从而找到一种合适的热处理方式使得高铬铸铁性能提高的同时双金属管的结合强度不至于受到很大的影响。  利用泥沙磨损实验机对热处理后的高铬铸铁进行泥沙磨损实验,旨在探究热处理对高铬铸铁磨损性能的提升请况如何;利用宏观硬度计、微观硬度计、以及万能试验机对这两种双金属管界面做宏观硬度测试、微观硬度测试以及界面剪切强度测试,旨在探究热处理对两种双金属管复合界面力学性能以及结合强度的影响;利用扫描电子显微镜对两种双金属管界面微观组织形貌以及剪切试样断口形貌分析,旨在观察热处理对界面附近微观组织形貌的影响以及对界面断裂方式的影响。利用电子探针技术对双金属管界面进行合金元素扫描以及界面附近区域定量扫描,旨在了解热处理对界面附近合金元素扩散情况的影响。  通过一系列实验探究发现,热处理大大提高了高铬铸铁的磨损性能,对界面的力学性能及结合强度也有一定的提升,此外热处理对界面附近合金元素扩散也有一定的影响,对界面附近的微观组织有所改善。对比热处理对界面组织及综合力学性能的影响发现经淬火并高温回火的双金属管综合力学性能最佳,且界面结合强度提升最大,是双金属管比较适合的热处理方式。
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