前言

復合材料是20世紀材料科學方面的一大進展,其中鑄造鐵基復合材料以其獨特的制造工藝、優越性能及較低的成本,引起了人們的關注和重視。目前,金屬復合材料的制備方法較多,主要應用有表面堆焊法、軋制復合法、連續鑄造法、鑄造復合法等。其中,鑄造復合法制備的產品性能穩定,成本相對較低,一直受到耐磨材料領域的廣泛關注。

20世紀80年代中期,焊接工藝和鑄造復合法制備的金屬復合材料零件被廣泛應用,以滿足復雜工況和設備對產品的特殊需求。雙金屬復合鑄件發揮了兩種材質的優點,有著良好的綜合性能和較高的使用壽命,適應工況能力強,成本也較為低廉。隨著雙金屬復合工藝的發展及材料性能的提升,拓展了雙金屬復合零部件的應用空間,在礦山機械中的應用較為常見,主要有各式破碎機用邊護板、襯板、反擊板、顎板等抗磨零部件,鑄造復合工藝在各類耐磨產品上的應用越加廣泛。

本書在傳統雙液鑄造復合技術的基礎上,采用了“液/半固態”雙金屬鑄造復合技術,針對復合板材的大平面冶金結合、較薄的使用厚度等特定工況需求,利用基底材質在冷卻介質作用下形成較大的溫度梯度,促使金屬液在凝固過程中趨于層狀凝固,當基底材質上表面處于半固態時澆注耐磨層金屬,實現兩種金屬的冶金結合。液/半固態雙金屬鑄造復合板不但可以實現兩種材質大面積平面冶金復合,而且能有效避免因表面完全凝固后出現氧化夾雜難以去除的弊端,同時可以有效解決焊接方法出現的焊接殘余應力、宏觀裂紋及成分不均勻等問題,進而避免綜合力學性能受到影響,提高耐磨板的使用壽命。

本書主要通過對液/半固態雙金屬鑄造復合板溫度場的分布、凝固厚度的定量分析,比較了不同冷卻介質對基底金屬凝固過程溫度梯度和凝固速度的影響,為確定耐磨層金屬液澆注時間提供了依據。本書研究了液/半固態雙金屬鑄造復合板界面層及鄰近區域的組織結構與成分分布規律,揭示了復合界面和近界面精細結構及界面層組織的形成機制與演化規律,實現了復合組織的有效調控。利用基底金屬重熔區熔化厚度溫度場模型,確立澆注溫度及澆注時間與重熔層厚度關系。根據工況條件下鑄造復合材料的界面、組織與性能演化關系,實現耐磨復合薄板結構、成分及性能設計。

液/半固態雙金屬鑄造復合工藝制備耐磨薄板技術可顯著節約資源與能源。鑄造復合耐磨板相對于其他方法有著優良的冶金質量,避免了微觀裂紋源的產生,直接杜絕了耐磨層宏觀裂紋的產生,而且復合板可以通過熱處理工藝進一步提高力學性能,并能進行熱整形,對磨粒直徑和流向無特殊要求。實際生產中可以根據需要一次鑄造成所需形狀,避免了按需要形狀切割和加工導致的板材浪費。液/半固態雙金屬鑄造復合耐磨板具有較高的使用壽命和減少裝拆機更換零配件時間的特點,可大幅提高生產效率,為耐磨復合板的生產與應用提供了新途徑。

本書為筆者多年的研究成果。本書得到了金屬耐磨材料及表面技術教育部工程研究中心的大力支持;得到了國家自然科學基金項目“雙液異種金屬復合界面凝固行為及梯度復合層形成機理研究（項目編號:51371090）”和黑龍江省教育廳項目“雙液鑄造雙金屬復合層凝固行為及形成機制的研究（項目編號:2016-KYYWF-0553）”的資助。

由于時間緊迫和水平有限,書中不當之處難免,懇請讀者批評指正。

朱永長