16mndg无缝钢管模具表面超硬化处理技术

16mndg无缝钢管复层铝16mndg无缝钢管坯水平连铸技术研究双金属复层管是利用复合技术将两种具有不同性能的金属管材以层状方式在界面处实现牢固结合的新型结构和功能材料。其既能保持原管材的性能优势,又能通过“相补效应”弥补两种金属的缺点从而获得比单一管材更加优越的物理化学力学性能,被广泛应用于石油化工、航空航天、交通运输等领域。例如用作汽车散热器的3003/4045复层铝16mndg无缝钢管,有效结合了两种合金的性能优势,保证芯层具有良好耐蚀性的同时又提高了管材表面焊接性。目前制备双金属复层管的方法主要有：1塑性成形法,包括拉拔、胀接、旋压、滚压等冷成型法以及热轧、热挤压等热成型法；2焊接法,包括堆焊、卷焊、钎焊、爆炸焊接法等;3铸造法,包括离心铸造法和消失模铸造法等；4其它方法,如粉末冶金、激光熔覆、喷射成形等。但是传统16mndg无缝钢管制备技术存在工艺复杂,界面结合质量不稳定以及受到设备尺寸约束等缺点；采用连续铸造法生产双金属复层材料具有生产成本低、环境污染小、结合界面易实现冶金结合、可连续生产等优点,因此受到越来越多的重视。但是目前仅应用于复层板和复层棒的生产,

还未见制备复层管材的报道。本文结合连续铸造的技术优势和复层管材的性能特点,以3003/4045复层铝16mndg无缝钢管为实验对象,突破传统制备工艺,研究新型的铝合金复层管水平连续铸造技术。通过数值模拟计算电磁场对管坯凝固时温度场、速度场和液相率分布的影响,并结合具体实验确定工艺参数,研究复层铝16mndg无缝钢管坯组织、成分和性能特点,从传热学角度探讨结晶器内冷却区的传热行为,建立复层管坯的界面结合机理,同时探索复层铝16mndg无缝钢管轧制过程中组织和性能的变化规律。本文主要研究内容包括：研究整体结晶器液—液电磁复合法制备复层管坯的新技术。采用ANSYS软件模拟旋转磁场对管坯凝固过程的影响。数值模拟结果表明,磁感应强度在石墨模具内的分布规律为边缘大中间小。电磁场均匀了内外层合金熔体的温度场,扩大了固液两相区,提高了内外层合金在环形石墨挡板出口处的温度和液相率,有利于在界面处形成良好的冶金结合。同时电磁场改变了石墨模具内合金熔体的运动方式,促使熔体沿复层管坯横截面产生强迫定向运动。数值模拟的基础上优化设计旋转磁场发生器位置、石墨挡板长度及浇注温度等参数,并结合实验确定工艺参数。当3003和4045合金的浇注温度分别为720℃和650℃,圆钢一次冷却水水量1m3/h,输入电流强度100A,铸造速度为120mm/min和140mm/min时,可制备出外径86mm,内外层壁厚分别为16mm和7mm复层铝16mndg无缝钢管坯。此时石墨模具内壁和处的磁感应强度分别为25.6mT和7.4mT电磁场显著细化晶粒,消除复层管坯凝固组织的各向异性,促进了内外层合金之间形成冶金结合。由于实际铸造过程中复层管坯周向散热的不均匀性,管坯界面处同时存在机械附着,扩散结合和混熔三种结合形式。16mndg无缝钢管模具表面是如何进行超硬化处理的扩散法金属碳化物覆层技术扩散法金属碳化物覆层技术是将工件置于特种介质中，经扩散作用于工件表面形成一层数微米数十微米的金属碳化物层。该碳化物层具有极高的硬度，HV可达1600"3000由碳化物种类决定)此外，该碳化物履层与基体冶金结合，不影响工件表面光洁度，具有极高的耐磨、抗咬合(粘结)耐蚀等性能，可大幅度提高工模具及机械零件的使用寿命。与相关技术的比较通过在工件表面形成超硬化合物膜层的方法，大幅度提高其耐磨、抗咬合(抗粘结)耐蚀等性能，从而大幅度提高其使用寿命的有效而经济的方法。目前，工件表面超硬化处理方法主要有物理气相沉积(PVD化学气相沉积(CVD物理化学气相沉积(PCVD扩散法金属碳化物履层技术，其中，PVD法具有沉积温度低，工件变形小的优点，但由于膜层与基体的结合力较差，工艺绕镀性不好，往往难以发挥超硬化合物膜层的性能优势。CVD法具有膜基结合力好，工艺绕镀性好等突出优点，但对于大量的钢铁材料而言，其后续基体硬化处理比较麻烦，稍有不慎，膜层易破坏。因此其应用主要集中在硬质合金等材料上。PCVD法沉积温度低，膜基结合力及工艺绕镀性均较PVD法有较大改进，但与扩散法相比，膜基结合力仍有较大差距，此外由于PCVD法仍为等离子体成膜，虽然绕镀性较PVD法有所改善，但无法消除。由扩散法金属碳化物覆层技术形成的金属碳化物覆层，与基体形成冶金结合，具有PVDPCVD无法比拟的膜基结合力，因此该技术真正能够发挥超硬膜层的性能优势，此外，该技术不存在绕镀性问题，后续基体硬化处理方便，并可多次重复处理，使该技术的适用性更为广泛。技术优势扩散法金属碳化物覆层技术在日本、欧洲各国、澳大利亚、韩国等国应用广泛。据调查，许多进口设备上的配套模具大量地使用了该技术，这些模具在进行国产化时，由于缺乏相应的成熟技术，往往使模具寿命低，有些甚无法国产化。该技术国内七十年代有人研究过，但由于各方面条件的限制，工艺及设备往往难以经过批量和长期生产的考验，使该技术中的一些实际存在问题不易暴露或难以解决，往往半途而废。十多年的研究与应用的过程中，对该技术存在工艺、设备上的实际问题进行了深入的研究，并进行了有效的改进，经改进后的工艺及成套设备已能够满足长期稳定生产的要求，所处理的模具寿命水平达到进口同类模具寿命水平，取得了丰富的各类模具实际应用的生产经验，为大规模推广应用该技术奠定了坚实的技术基础。适用范围扩散法金属碳化物覆层技术可以广泛应用于各类因磨损、咬合而引起失效的工模具或机械零件。其中，因磨损而引起的失效(如冲裁，冷镦，粉末成型等模具)可提高寿命数倍数十倍；因咬合而引起的产品或模具的拉伤问题(如引伸模，翻边模等)可以从根本上予以解决。适用材料：模具钢，含碳量大于0.3%结构钢，铸铁，硬质合金。二、16mndg无缝钢管模具表面超硬化处理技术16mndg无缝钢管是焊管成型机上，由不锈钢板经若干道模具碾压成型并经焊接而成。由于不锈钢的强度较高，且其结构为面心立方晶格，易形成加工硬化，使焊管成型时：一方面模具要承受较大的摩擦力，使模具容易磨损；另一方面，不锈钢板料易与模具表面形成粘结(咬合)使焊管及模具表面形成拉伤。因此，好的不锈钢成型模具必须具备极高的耐磨和抗粘结(咬合)性能。对进口焊管模具的分析表明，该类模具的表面处理都是采用超硬金属碳化物或氮化物覆层处理。

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