【摘 要】
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环形构件作为关键连接、传动和回转支承基础件,品种多、用量大、用途广。在深空探测、石化和风电等极端严酷环境应用场合,对环件内、外层性能提出不同的要求,双金属复合环件兼具两种金属材料的优点,最大程度地实现其性能的优势互补,从而提高环件的使役性能和可靠性。目前双金属复合环件的制造方法生产工序复杂、费时费力,且结合强度较差。本文研究一种双金属复合环件短流程制造工艺,利用离心铸造双金属环坯直接热辗扩成双金属
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目（51875383,51575371）；
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环形构件作为关键连接、传动和回转支承基础件,品种多、用量大、用途广。在深空探测、石化和风电等极端严酷环境应用场合,对环件内、外层性能提出不同的要求,双金属复合环件兼具两种金属材料的优点,最大程度地实现其性能的优势互补,从而提高环件的使役性能和可靠性。目前双金属复合环件的制造方法生产工序复杂、费时费力,且结合强度较差。本文研究一种双金属复合环件短流程制造工艺,利用离心铸造双金属环坯直接热辗扩成双金属环形构件,实现内外层金属冶金结合,可为大型双金属环形类构件（直径1米以上）提供一种节能高效的生产方法。在双金属铸辗复合成形工艺中,利用双金属环形铸坯直接进行辗扩,在辗扩过程中不仅需要成形形状,而且要改善铸坯的组织和性能,使其铸态组织转变为锻态组织,并使内外层金属实现良好的结合。故研究离心铸造双金属铸坯的热变形行为及微观组织演变规律,分析铸态组织（特别是双金属结合层金属铸态组织）在热辗扩过程中的破碎细化机理和规律,确定内、外及双金属结合层金属铸态组织转变为锻态组织的热力学条件,对揭示关键性工艺参数对微观组织演变的影响机理,实现对双金属复合环形构件短流程控形控性一体化制造尤为重要。本文通过制定合理工艺参数获得内外层结合良好的离心铸造40Cr/Q345B双金属环坯。借助Gleeble-3500获得了含结合层部分双金属（BCBL金属）的真应力-应变曲线,研究了不同热加工参数对流变应力的影响规律,在此基础上构建本构关系模型及动态再结晶模型;并结合真应力-应变曲线研究了不同热加工参数对微观组织及元素扩散的影响规律。基于动态材料模型,构建出含结合层部分双金属（BCBL金属）的热加工图,研究了安全区及失稳区的显微组织。得到以下主要结论:（1）离心铸造40Cr/Q345B双金属环坯结合层具有良好的冶金结合,扩散层厚度达到3.69mm,且力学性能趋近于Q345B的力学性能。（2）当应变速率不变时,增大变形温度,流变应力降低,动态再结晶特征显著;当变形温度不变时,加快应变速率,流变应力上升,动态回复特征减弱。（3）温度是影响原子扩散最主要的因素,温度越高,结合层宽度越宽。（4）高温、低速率条件下,动态再结晶程度显著增强,晶粒长大速率加快,粗化现象严重,应适当增大应变速率。（5）离心铸造40Cr/Q345B双金属环坯的辗扩参数范围:变形温度1150～1250℃、应变速率0.4～1-1。
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