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當(dāng)應(yīng)用液態(tài)金屬進(jìn)行表面堆敷時,采用離心技術(shù)可復(fù)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(dǎo)致各層金屬的力學(xué)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(fù)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(yīng),所謂鋁熱反應(yīng)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(yīng)(mo+al→m+al2o3+q)。反應(yīng)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(jī)械方法除去,則制備出雙金屬不銹鋼復(fù)合管。
薄壁不銹鋼復(fù)合管有兩種獲得途徑:一種是通過選擇合適規(guī)格的無縫不銹鋼管,通過旋壓的方法使之變薄,達(dá)到要求的外徑和厚度;另一種是用薄的不銹鋼板或鋼帶在專用的制管機(jī)上用tig焊接成直縫或螺旋縫不銹鋼管。采用拉拔、脹接、旋壓和滾壓等方法使不銹鋼管緊緊貼合在碳鋼管內(nèi)壁上,其中拉拔和脹接為常用。
拉拔是取兩根分別制成的無縫鋼管,將一根套在另一根外面,然后將兩管通過一模具同時進(jìn)行拉拔,從而實現(xiàn)緊密配合的機(jī)械結(jié)合。這種管的優(yōu)點是生產(chǎn)工藝比較簡單,價格較便宜。缺點是界面非擴(kuò)散結(jié)合,只是依靠對外層進(jìn)行的冷加工來獲得緊密配合,因此冷加工復(fù)合管如果遭遇高溫就有分層傾向,復(fù)合管會因應(yīng)力釋放而失效。這就限制了冷加工管的使用環(huán)境和應(yīng)用領(lǐng)域。脹接分機(jī)械脹接和液壓脹接兩種。
外減徑型,即:仍采用兩種材質(zhì)的無縫管相互穿套,對外層管進(jìn)行減徑拉拔或軋制,使內(nèi)管與外管緊密結(jié)合,形成雙金屬復(fù)合無縫管。以上兩種工藝生產(chǎn)的金屬復(fù)合無縫管的不足之處在于:生產(chǎn)成本高昂,內(nèi)外管均必須采用現(xiàn)成的熱軋或冷拔無縫管,加上其后的內(nèi)漲或減徑工序使其制造成本大幅度上升;以上兩種類型的無縫管并非完全意義上的金屬復(fù)合,兩層金屬相互間并無冶金熔合,在受軸向力的情況下內(nèi)外兩層金屬難以傳遞和均衡外力,在需要熱傳遞的應(yīng)用領(lǐng)域,由于內(nèi)外兩層金屬間存在間隙,熱阻必將大幅度增加。熱成型制造工藝包括熱軋和熱擠壓兩種方法,前者主要適用于有縫復(fù)合管的生產(chǎn),后者適用于無縫復(fù)合管的生產(chǎn)。軋制是一種傳統(tǒng)的制備復(fù)合金屬的方法。熱軋復(fù)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(dá)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(yīng)用極為廣泛的復(fù)合材料生產(chǎn)技術(shù)。軋制結(jié)合的復(fù)合板占復(fù)合板總產(chǎn)量的90%,而且經(jīng)常應(yīng)用于壁厚小于32mm的管材的加工。缺點:投資大,而且很多材料組合不能通過軋制復(fù)合實現(xiàn)。目前應(yīng)用廣泛的還是利用軋制工藝進(jìn)行碳鋼、不銹鋼復(fù)合管的制造。
機(jī)械脹接是目前生產(chǎn)不銹鋼復(fù)合管的一種主要方法,它是利用滾脹芯軸回轉(zhuǎn)擠壓使復(fù)合管內(nèi)管發(fā)生塑性變形,外管發(fā)生彈性變形,從而使復(fù)合管的外管對內(nèi)管產(chǎn)生接觸壓力,以達(dá)到復(fù)合管內(nèi)外壁的緊密貼合。液壓脹接原理與機(jī)械脹接相同,只是用管內(nèi)高壓水施壓代替滾脹芯軸回轉(zhuǎn)擠壓。機(jī)械脹接時脹接力大小難以確定,易發(fā)生欠脹或過脹,且多次滾脹易造成襯里開裂。液壓脹接時脹接力均勻且大小可進(jìn)行計算,因此更具優(yōu)越性。兩種脹接法的共同缺點是內(nèi)外層只是機(jī)械結(jié)合,和拉拔成型一樣,在高溫環(huán)境下會因應(yīng)力松弛而分層失效。目前金屬復(fù)合無縫管冷成型法大致有以下兩種:內(nèi)擴(kuò)漲型和外減徑型。內(nèi)擴(kuò)漲型,即:采用兩種材質(zhì)的無縫管相互穿套(如外管采用一般普碳鋼無縫鋼管,內(nèi)穿一薄壁不銹鋼管作為內(nèi)層金屬管),在內(nèi)管中施以高壓,使內(nèi)層無縫管發(fā)生塑性變形外層無縫管僅產(chǎn)生彈性變形,從而使內(nèi)管與外管緊密結(jié)合,形成雙金屬復(fù)合無縫管。
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