1試驗(yàn)方法

　　試驗(yàn)用復(fù)合軋輥芯軸和耐磨層材料分別選用45鋼和高鉻鑄鐵鑄件。采用電磁復(fù)合鑄造工藝制造出高鉻鑄鐵鑄件復(fù)合軋輥，其工藝過(guò)程為：澆注前通過(guò)升降裝置把鑄型升至最高處，啟動(dòng)電磁感應(yīng)加熱裝置預(yù)熱芯軸到一定的溫度，立即澆入耐磨合金，保溫一段時(shí)間后，通過(guò)升降裝置讓鑄型以適當(dāng)?shù)乃俣认陆抵恋撞?，最后停止加熱，并利用華鑄CAE鑄造模擬軟件對(duì)軋輥的凝固過(guò)程進(jìn)行計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬和分析驗(yàn)證。

　　2試驗(yàn)結(jié)果及分析

　　2.1軋輥凝固過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬為了能夠更好地分析電磁復(fù)合鑄造高鉻鑄鐵軋輥的凝固過(guò)程，根據(jù)電磁復(fù)合鑄造軋輥的工藝參數(shù)對(duì)其凝固過(guò)程進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬。在軋輥的徑向取1，2，3三個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，分別代表軋輥的內(nèi)層，中間層和外層。同樣在軋輥的軸向取4，5，6三個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，分別代表軋輥的上，中，下部。

　　繪制出軋輥各部位的冷卻曲線。

　　三點(diǎn)的冷卻曲線分別反映了軋輥內(nèi)層，中間層和外層的冷卻速度，從冷卻曲線可以看出，開(kāi)始點(diǎn)1號(hào)冷卻速度最快，點(diǎn)2號(hào)最慢，當(dāng)冷卻到1310時(shí)點(diǎn)1號(hào)出現(xiàn)了拐點(diǎn)。同樣圖4中三點(diǎn)的冷卻曲線分別反映了軋輥上，中，下部的冷卻速度，冷卻曲線表明軋輥?zhàn)韵露侠鋮s速度依次加快。

　　2.2凝固過(guò)程階段分析根據(jù)計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果分析，電磁復(fù)合鑄造軋輥的凝固過(guò)程可以分為外層凝固，中間層凝固，內(nèi)層凝固和軸向凝固4個(gè)階段。

　　2.2.1外層凝固階段在澆注之前，鑄型的溫度與合金液相比很低，合金液進(jìn)入鑄型以后，外層合金液與較低溫度的鑄型內(nèi)層接觸，在鑄型的激冷作用下產(chǎn)生很大的過(guò)冷度，開(kāi)始大量形核。由于澆注后一直通過(guò)感應(yīng)圈加熱對(duì)軋輥保溫，在Lorentz力的作用下，內(nèi)部的鋼水上下攪動(dòng)。這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)沖刷表面凝固層的結(jié)晶生長(zhǎng)界面，使固液界面處產(chǎn)生對(duì)流，引起表面形核和晶體流動(dòng)，在軋輥外層形成具有一定厚度的等軸晶區(qū)。隨著凝固的進(jìn)行，鑄型的溫度逐漸升高，鋼水過(guò)冷度下降，次外層開(kāi)始形成柱狀晶區(qū)。電磁復(fù)合鑄造高鉻鑄鐵軋輥的凝固過(guò)程。

　　2.2.2中間層凝固階段隨著高鉻鑄鐵軋輥由外向內(nèi)凝固，脫離磁場(chǎng)的那部分軋輥，散熱速度加快。由于沒(méi)有Lorentz力的作用，結(jié)晶凝固速度隨之加快，中間層逐漸凝固。

　　2.2.3內(nèi)層凝固階段當(dāng)合金液和芯軸接觸后溫度很快下降，但是并沒(méi)有激冷凝固，而是下降到高于液相線溫度時(shí)就又開(kāi)始回升。因?yàn)闈沧⑶靶据S預(yù)熱到了較高溫度，吸收鋼水較少的熱量后表面就已經(jīng)熔化;同時(shí)軋輥一直在較高的功率下加熱保溫，不停的吸熱，內(nèi)層合金液溫度沒(méi)有降到液相線以下。因此軋輥內(nèi)層凝固最晚，繼中間層凝固以后隨即開(kāi)始凝固。

　　2.2.4軸向凝固階段電磁復(fù)合鑄造高鉻鑄鐵軋輥在凝固過(guò)程中除了出現(xiàn)上述3種徑向凝固方式外，還會(huì)出現(xiàn)軸向凝固的現(xiàn)象。因?yàn)檐堓佋诒氐倪^(guò)程中，能以一定的速度下降，軋輥?zhàn)韵露现饾u脫離電磁場(chǎng)區(qū)域，脫離磁場(chǎng)的軋輥部位凝固速度加快;而上端位于電磁場(chǎng)中的軋輥部位一直被加熱，凝固速度很慢。實(shí)現(xiàn)軋輥的軸向順序凝固是電磁半連續(xù)復(fù)合鑄造軋輥的一個(gè)顯著特點(diǎn)，這種凝固方式的出現(xiàn)，有利于金屬的補(bǔ)縮和夾雜物的上浮。從模擬結(jié)果可以預(yù)測(cè)縮松，縮孔和夾渣都應(yīng)集中在軋輥的最上端界面處，這樣能夠使軋輥獲得致密的組織，提高軋輥的性能，同時(shí)也減少了加工量，降低了成本。

　　3結(jié)論

　　電磁復(fù)合鑄造實(shí)現(xiàn)了軸向由下而上的順序凝固，徑向由外層向內(nèi)層的單向凝固。軸向順序凝固有利于液態(tài)金屬的補(bǔ)縮和夾渣的上浮，減少了鑄造缺陷。徑向由外向內(nèi)凝固有利于界面的充分熔合和元素的擴(kuò)散，提高了界面的性能。