水路运输是世界上最为重要的交通运输方式之一,但诸多重要河道以及港口都需要进行泥沙清淤。目前,作为疏浚设备的泥沙管常用碳钢或低合金钢制造,较低的硬度和耐磨性使得泥沙管磨损严重,需要频繁更换。而如果使用硬度高、耐磨性好的材料则会由于其较差的韧性导致泥沙管产生裂纹开裂,乃至发生安全事故。由于单一材料很难满足高硬度、高耐磨性与较好韧性的综合需求,因此提出了使用双金属复合材料作为泥沙管管材的方案。本文使用的双金属复合管是通过离心铸造制造的304不锈钢-高铬铸铁双金属耐磨复合管。其内层为高铬铸铁硬度高,耐磨性好;外层为304不锈钢韧性好。这使得双金属复合管具有较好的综合机械性能。本文以耐磨复合管为研究对象,使用金相显微镜、电子探针、扫描电镜、万能试验机、冲击试验机以及ANSYS模拟软件对其内层组织形成、元素分布规律、力学性能以及预应力形成等几个方面进行了探究。对复合管的研究表明,高铬铸铁耐磨内层组织为共晶碳化物、马氏体以及残余奥氏体,其在界面附近的晶粒相较于内表面细小,且具有明显的方向性。这是因其传热主要通过界面附近进行,该处温度梯度较大所致。高铬铸铁耐磨内层的元素分布较为特殊,这是由于其受离心力和金属液的粘度阻力的共同影响所致。高铬铸铁的共晶点不仅与碳含量相关,还与铬、硅有一定关系,因此偏析的元素将导致高铬铸铁耐磨内层各厚度方向出现不同的共晶点,这使得不同位置出现了数量不同的碳化物,结果导致高铬铸铁耐磨内层出现了硬度的梯度变化。对双金属耐磨复合管进行力学性能检测表明,双金属复合管硬度呈现出梯度变化;高铬铸铁内层的耐磨性是45钢的4倍以上,表明其耐磨性能较好;抗拉强度为414.52Mpa,略低于离心铸造304不锈钢;界面剪切强度为502MPa,说明其结合性能良好;冲击韧性在100-200J/cm~2,介于高铬铸铁与不锈钢之间。使用SEM对其断口进行分析,发现高铬铸铁的断裂机理为脆性断裂,不锈钢为韧性断裂。两者的复合没有对不锈钢断裂造成影响。使用ANSYS对离心铸造过程进行了温度场和应力场的模拟,其结果表明双金属复合管从铸型中取出后,其应力逐渐增大。高铬铸铁层形成压应力,达到340MPa,不锈钢层形成拉应力,达到162MPa。