近些年来,复合材料的应用越来越广泛,为了在保证元素均匀性的基础上解决大型铸锭的尺寸问题,所以尝试将复合工艺运用在大型铸锭的生产上。对于多层复合铸锭来说,界面结合质量直接影响到多层复合铸锭的使用性能以及服役寿命。本文以此为研究背景,对多层复合工艺生产的复合界面进行一系列的研究。本文主要围绕多层复合铸锭的界面展开研究,主要采用ProCAST软件进行界面位置温度场模拟、复合层CAFE模型计算以及中频感应炉冶炼多种工艺制度下的复合铸锭并对界面结合机理进行研究,最后对界面位置的组织变化以及力学性能进行探究。主要结论如下:通过ProCAST商业软件进行计算,可知铸模换热系数越小,芯棒温度停留在固相线温度之上越久,浇注温度越高,芯棒表面能达到的最高温度越高。通过对界面位置固相率以及液相时间分布可知:铸模换热系数较大时,芯棒表面固相率始终为1;换热系数较小时,芯棒表面固相率小于1,说明界面微熔。运用CAFE耦合模型对复合层凝固组织进行模拟,模拟结果为复合层均为柱状晶区,枝晶生长过程为钢液最先接触芯棒,在芯棒表层凝固形成细晶区,芯棒被持续加热使得细晶区熔化形成柱状晶并向着铸模壁方向生长,而钢液接触铸模内壁形成的细晶区也熔化形成柱状晶并向着芯棒表面生长,直至与芯棒一侧的柱状晶接触。随着浇注过热度的增加,芯棒一侧的粗大柱状晶数量减少,铸模壁一侧细小柱状晶数量增多。采用不同工艺制度进行一次复合实验,实验结果表明:采用石墨铸模、浇注过热度为190 K时,复合铸锭表面没有明显缺陷,腐蚀后可以根据枝晶生长方向性模糊分辨出结合界面。界面位置电子探针线扫描结果显示,随着过热度升高,复合铸锭界面处C、Cr元素过渡逐渐平缓。根据此可推理出,随着过热度的提高,界面结合方式由扩散结合逐步转变为熔合结合。对采用上述实验参数进行的第二层复合实验得到的多层复合铸锭进行力学性能检测,结果表示:宏观硬度上,多层复合铸锭硬度分布均匀,无明显缺陷;微观硬度上,一次界面和二次界面处的微观硬度均在26.5 HRC附近波动,未发生较大的硬度差异;拉伸、冲击实验:试样断裂方式为典型的脆性断裂,界面位置抗拉强度、冲击功与普通铸态试样对比,差别不大。