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軋制是一種傳統(tǒng)的制備復合金屬的方法。熱軋復合實質(zhì)上屬于壓力焊,如果變形量足夠大,軋輥施加的壓力就會破壞金屬表面的氧化膜,使表面達到原子接觸,從而使兩表面焊在一起。軋制的優(yōu)缺點分別為:優(yōu)點:生產(chǎn)率高、質(zhì)量好、成本低,并可大量節(jié)省金屬材料的損耗,因此是目前應用極為廣泛的復合材料生產(chǎn)技術(shù)。軋制結(jié)合的復合板占復合板總產(chǎn)量的90%,而且經(jīng)常應用于壁厚小于32mm的管材的加工。缺點:一次性投資大,而且很多材料組合不能通過軋制復合實現(xiàn)。目前應用廣泛的還是利用軋制工藝進行碳鋼、不銹鋼有縫復合管的制造。 熱擠壓一般是針對雙金屬管坯進行的,稱為復合擠壓(coextrude)。復合擠壓目前是生產(chǎn)不銹鋼和高鎳合金無縫復合管的好方法,日本制鋼所利用這種方法生產(chǎn)8in(203.2mm)以下的雙金屬復合管。它是將兩種以上的金屬組成的一大直徑復合坯料加熱到1200℃左右,然后擠過由模具和芯軸形成的環(huán)狀空間。當擠壓坯料截面縮減到10:1時,高的擠壓壓力和溫度會在界面處產(chǎn)生“壓力焊”的焊接效應,促進界面間的快速擴散和廣泛結(jié)合,實現(xiàn)界面的冶金結(jié)合。擠壓前的復合管坯制造方法有三種:由鍛造坯料通過熱穿孔和放大擠壓獲得;直接離心旋鑄;用耐蝕粉末顆粒。也有內(nèi)外兩種金屬原材料均采用粉末的,稱為“nuval”工藝,可以開發(fā)新型合金,但粉末制備成本太高。 復合擠壓的優(yōu)缺點分別為:優(yōu)點:界面為冶金結(jié)合;擠壓過程中涉及的力完全是壓應力,因此特別適合于熱加工性不好、塑性低的高合金金屬的加工。缺點:由于結(jié)合決定于擠壓過程中極短時間內(nèi)的元素界面擴散,通常會因氧化物膜的存在而受到影響,因此目前復合擠壓僅限于碳鋼、不銹鋼和高鎳合金間的復合。需要指出的是,熱擠壓的變形抗力小,允許每次變形程度大,導致表面粗糙度較高,因此也有先熱擠壓再進行冷軋(或冷拔)制造復合管的方法。
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復合管的離心鑄造和離心鋁熱劑法:離心鑄造是為適應海洋油氣生產(chǎn)而開發(fā)的,適用于制造內(nèi)襯金屬熔點低于外層金屬熔點的復合管。襯層和基體均采用液態(tài)金屬。將制外管的鋼液引入一旋轉(zhuǎn)金屬模,在外管凝固過程中監(jiān)測管內(nèi)溫度。當外管凝固并達到一定溫度時,澆入耐蝕合金等內(nèi)層金屬。通過控制鑄造條件,可以生產(chǎn)出牢固的冶金結(jié)合的雙金屬復合管。 當應用液態(tài)金屬進行表面堆敷時,采用離心技術(shù)可復合層容易出現(xiàn)的氣孔和夾雜。這時,熔化金屬中密度低的渣、雜質(zhì)和氣體上升到表面,而較重的金屬成分下沉,在管壁上形成一致密層,從而提高熔敷質(zhì)量和再現(xiàn)性。因此其優(yōu)缺點分別為:優(yōu)點:界面實現(xiàn)冶金結(jié)合,致密度高,排渣、排氣性好。缺點:若沒有其后的熱變形,僅限于鑄態(tài)使用,其粗大的鑄態(tài)組織導致各層金屬的力學性能不能充分發(fā)揮。另外,該方法不能生產(chǎn)外層為輕合金的復合鋼管。 離心鋁熱法也稱為shs—離心法,shs是self propagating high temperature synthesis的縮寫。離心鋁熱法的實質(zhì)是在離心力場中引起鋁熱反應,所謂鋁熱反應就是金屬鋁粉和其他金屬氧化物粉末均勻的混合在一起, 通過點燃而發(fā)生的非常迅速的放熱反應(mo+al→m+al2o3+q)。反應絕熱溫度可接近3000k,因此產(chǎn)物都處于液態(tài),在離心力作用下,比重大的產(chǎn)物如fe、cr、ni等集中在靠近碳鋼鋼管內(nèi)壁處,形成內(nèi)襯金屬層;al2o3形成內(nèi)層殘渣,通過機械方法除去,則制備出雙金屬復合鋼管。
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