双金属复合材料双结晶器连铸工艺研究

　　1　双金属连铸技术研究现状
　　目前，双金属复合材料的成形方法主要有爆炸复合、轧制复合、复合铸造、离心铸造、化学镀层、热浸镀等。其中铸造法生产金属复合材料的成本较低，其应用得到很大的发展。
　　双金属复合材料连续铸造成形的研究目前仍处于初始阶段，但是，由于双金属复合材料连铸成形具有易于实现批量化、连续化、自动化生产，有利于降低生产成本，扩大其应用范围等优点，研究开发和应用将受到越来越广泛的重视［1］。
　　现有双金属复合材料连续铸造成形方法可以分为两大类，一类为使用已成形的芯材对其进行包覆的包覆铸造成形法，另一类为将两种金属同时注入同一个结晶器内进行成形的双流铸造法。
　　包覆铸造成形法的典型代表为用于复合轧辊成形的连续浇注包覆CPC法，其原理是将芯材垂直置于水冷结晶器中，使成形外层的金属熔体与芯材部分熔合，并顺序向上凝固。将凝固部分连续向下拉拔，实现包覆层连续铸造成形。这种方法是日本山本厚生首先提出来的［2］，已获得工业化生产应用。
　　用于高速钢复合轧辊成形，具有生产工艺简单，轧辊性能良好，生产成本低［3］等优点。国内方面，钢铁研究总院、邢台机械轧辊（集团）有限公司和北京科技大学进行合作，在CPC工艺的基础上开展电渣工艺复合轧辊应用与开发研究，取得了一些进展［4］。
　　包覆铸造成形法还有复合线材铸拉［5］、反向凝固连续铸造法［6,7］等。包覆铸造成形法的主要缺点是预处理工艺复杂，且假如界面预处理效果不好，或者预处理后因不能马上使用而被氧化或污染，则难以获得具有良好复合质量的界面。
　　有代表性的双流铸造法是双流浇铸连续铸造制备梯度材料法，其原理如图1所示［8］，在传统的连续铸造基础上增加一个内浇包及其导流系统，内、外浇包分别容纳不同成分的两种熔体，外浇包的金属液流经出水口后进入结晶器中，受激冷凝固成具有一定厚度的薄壳，内浇包的金属液流出内导管口时，被凝固薄壳和残余外部金属液包围。通过调整铸造时的工艺参数，可以控制内、外浇包中两种液体的凝固时间差，促进结晶器内熔体由外向内顺序凝固，实现两种液体部分混合。此工艺的技术要害和难点在于控制两种金属液的流速和温度，形成合适厚度的中间结合层。