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名稱：無錫市利國機(jī)械制造有限公司
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| 分析用冷拔-液固相擴(kuò)散復(fù)合法制造碳鋼/不銹鋼復(fù)合管 | | 發(fā)布者：admin 點(diǎn)擊：3806 | 層狀金屬復(fù)合材料是利用材料復(fù)合技術(shù)使兩種或兩種以上物理、化學(xué)、力學(xué)性能不同的金屬在界面實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合的一種新型復(fù)合材料。以不銹鋼為覆層、碳鋼為基層的雙金屬復(fù)合材料兼有耐腐蝕性良好和力學(xué)性能優(yōu)異的特點(diǎn)，既可降低生產(chǎn)成本，又能滿足實(shí)際需求。與同規(guī)格純不銹鋼相比，明顯減少了不銹鋼占有比例，節(jié)約貴重金屬Cr、Ni等可達(dá)70%—80%。國外廣泛應(yīng)用在石油、化工、能源、電力、環(huán)保等諸多領(lǐng)域。目前國內(nèi)外制造雙金屬復(fù)合管的方法有很多種，但大多對設(shè)備要求嚴(yán)格，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，且不易控制復(fù)合管的性能，而一些簡單的機(jī)械復(fù)合方法又無法使兩種金屬間實(shí)現(xiàn)真正的冶金結(jié)合，嚴(yán)重限制了雙金屬復(fù)合管的應(yīng)用和發(fā)展。因此，迫切需要研究、開發(fā)一種新的高效、節(jié)能、能夠?qū)?/span>現(xiàn)兩種金屬牢固結(jié)合，適合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的雙金屬復(fù)合管的制備工藝。
1.碳鋼/不銹鋼液固相擴(kuò)散復(fù)合過程分析
碳鋼/不銹鋼液固相擴(kuò)散復(fù)合過程，可用以下幾個階段進(jìn)行描述。
(1)中間層熔化階段擴(kuò)散復(fù)合開始時，母材和Cu中間層均為固態(tài)；當(dāng)試樣溫度快速達(dá)到銅熔點(diǎn)時，中間層出現(xiàn)液化現(xiàn)象，液化的銅中間層通過毛細(xì)作用快速填滿碳鋼/不銹鋼之間間隙，并達(dá)到界面潤濕。隨著加熱溫度繼續(xù)升高到復(fù)合溫度，銅中間層繼續(xù)熔化直到中間層完全溶解時，中間層熔化階段結(jié)束。
(2)原子互擴(kuò)散階段銅中間層熔化后，液一固態(tài)金屬之間存在著極大的濃度不平衡，在濃度梯度驅(qū)動力的作用下，發(fā)生母材向銅液的擴(kuò)散(通常所說的溶解)和銅液向母材的擴(kuò)散。由于固態(tài)金屬向液態(tài)金屬中擴(kuò)散的激活能小于液態(tài)金屬向固態(tài)金屬中擴(kuò)散的激活能，所以，固態(tài)母材向銅液中擴(kuò)散(溶解)非常容易。而固相母材向液態(tài)銅相中的溶解過程是一個多相反應(yīng)過程。首先，固相母材與液態(tài)銅接觸表面層發(fā)生溶解，這個反應(yīng)發(fā)生在固一液兩相界面上，其實(shí)質(zhì)是：液態(tài)金屬與固態(tài)金屬接觸時，液態(tài)金屬對固態(tài)金屬的潤濕和原子在相界面處的交換，破壞了固體晶格內(nèi)的原子結(jié)合鍵，使得液態(tài)金屬原子與固態(tài)金屬原子形成新的鍵，從而發(fā)生溶解。也有人認(rèn)為，液態(tài)金屬與固態(tài)金屬接觸時，液態(tài)的組分首先向固體表面擴(kuò)散，在表層內(nèi)達(dá)到飽和溶解度，此時固體表面層不需耗費(fèi)能量即可向液相溶解。然后，界面處被溶解的Fe、Cr、Ni原子從邊界擴(kuò)散層向液態(tài)中間層遷移，即液相的均勻化。原子的這種遷移是依靠對流擴(kuò)散來實(shí)現(xiàn)的。由于界面處的Fe、Cr、Ni原子濃度高于中間層中的原子濃度，成分的不均勻引起局部密度的變化，從而導(dǎo)致液體的流動，促使界面處的Fe、Cr、Ni原子向液態(tài)Cu中間層擴(kuò)散，使得液態(tài)Cu中Fe、Cr、Ni原子的平均濃度不斷升高，當(dāng)液相與熔化邊緣的固相成分達(dá)到平衡時，液相層達(dá)到了寬度，完成液相的均勻化。
(3)等溫凝固階段當(dāng)液相層達(dá)到了寬度之后，由于液相和固相之間還存在元素Cu的正的濃度梯度，促使固液邊界處Cu原子繼續(xù)向母材擴(kuò)散，當(dāng)液固邊界處Cu原子濃度小于固相線濃度時，就發(fā)生等溫凝固，使液固界面向液相中推進(jìn)。當(dāng)液相完全消失時，等溫凝固階段結(jié)束。
(4)冷卻階段在本實(shí)驗(yàn)擴(kuò)散復(fù)合工藝中，在等溫凝固沒有充分進(jìn)行就冷卻到室溫時發(fā)生降溫凝固；而在等溫凝固結(jié)束之后，連接過程已經(jīng)完成，由于固相中溶質(zhì)原子的擴(kuò)散速度較慢，出爐冷卻并不發(fā)生明顯的原子擴(kuò)散現(xiàn)象。
由上述分析可知，對于以銅箔為中間層碳鋼/不銹鋼液固相擴(kuò)散復(fù)合過程來說，母材向中間層的擴(kuò)散(溶解)和中間層向母材的擴(kuò)散過程對于是否能獲得良好的結(jié)合性能起著重要的作用。
2.總結(jié)
(1)采用冷拔-液固相擴(kuò)散復(fù)合方法可實(shí)現(xiàn)碳鋼與不銹鋼的冶金結(jié)合。
(2)在擴(kuò)散復(fù)合的過程中，結(jié)合區(qū)發(fā)生了原子的互擴(kuò)散，在碳鋼/銅界面有連續(xù)的島狀富鐵相生成，且島狀富鐵相向中間層中生長。
(3)結(jié)合區(qū)抗剪強(qiáng)度隨著擴(kuò)散溫度的升高和時間的延長而增加。(圖/文www.guanggaodai.com) | 上一頁：時效對冷拔珠光體鋼力學(xué)性能分析
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