第 1 章　绪论

1.1　双金属复合耐磨板概述

耐磨板主要应用于矿山、冶金、建材、电力等大面积磨损工况，产品主要包括铸造高锰钢板、合金钢板或堆焊耐磨板等，以适应不同工况耐磨需求。单一材质的铸造高锰钢板或合金钢板耐磨性不足，导致寿命相对较低[1～3]。堆焊耐磨板以自动焊接工艺为主，将合金焊丝堆焊在钢板基材表面，残余应力较大；堆焊过程合金收缩比不同，易引起贯穿耐磨层的裂纹出现；为了降低母材对堆焊层的稀释需要多层堆焊，就难以保证堆焊层的整体耐磨性能[4～7]。

双液铸造复合技术制备耐磨复合板为解决上述问题提供了新的思路。双液铸造复合技术是将两种或多种金属液依次浇注到铸型型腔中，在不同金属材料界面间形成冶金结合[8]。目前双液铸造复合技术在板类上主要应用于反击板、板锤、颚板、衬板等矿山用耐磨铸件，复合产品厚度一般控制在50mm以上，主要归因于耐磨产品基底材质在完全凝固末期，后浇注的耐磨层金属液必须提供足够的热量，才能促进基底材质的表面重熔，复合工艺本质仍为“固-液”复合[9]。该种工艺方法要求后注入的耐磨层金属液量较大，容易导致基底材质在前期凝固过程中表面形成的氧化夹杂滞留在界面层附近。对于特定工况条件下应用的铸造耐磨复合大平面薄板（厚度≤40mm），国内外的研究及应用仍为空白[10～13]。

在传统双液铸造复合技术的基础上[8，9]，采用“液/半固态”双金属铸造复合技术，针对复合板材的大平面冶金结合、较薄的使用厚度等特定工况需求，利用基底材质在冷却介质作用下形成较大的温度梯度，促使金属液在凝固过程中趋于层状凝固，当基底材质上表面处于半固态时浇注耐磨层金属，实现两种金属的冶金结合。液/半固态双金属铸造复合板不但可以实现两种材质大面积平面冶金复合，而且能有效避免因表面完全凝固后出现氧化夹杂难于去除的弊端，同时可以有效解决焊接方法出现的焊接残余应力、宏观裂纹及成分不均匀等问题，进而避免综合力学性能受到影响，提高耐磨板的使用寿命。

通过液/半固态双金属铸造复合板温度场分布、凝固厚度的定量分析，比较不同冷却介质对基底金属凝固过程温度梯度和凝固速度的影响，为确定耐磨层金属液浇注时间提供依据。研究液/半固态双金属铸造复合板界面层及邻近区域的组织结构与成分分布规律，揭示复合界面和近界面精细结构及界面层组织的形成机制与演化规律，实现复合组织的有效调控。利用基底金属重熔区熔化厚度温度场模型，确立浇注温度及浇注时间与重熔层厚度关系。根据工况条件下铸造复合材料的界面、组织与性能演化关系，实现耐磨复合薄板结构、成分及性能设计。液/半固态双金属铸造复合工艺制备耐磨薄板技术可显著节约资源与能源，由于该技术生产的耐磨板较高的使用寿命和减少装拆机更换零配件时间的特点，可大幅提高生产效率，为耐磨复合板的生产与应用提供了新途径。