离子注渗碳化钨耐磨材料

离子渗碳化钨处理----碳化钨注渗钢基高级耐磨合金产品（简称WCSA） 性能

WCSA（碳化钨注渗钢基合金）是采用高能离子使WC注渗到钢基体内，使表面形成耐磨性很高的碳化钨(WC)富集层和特殊的组织结构。WC属高硬陶瓷材料，硬而脆，除了作研磨材料外，WC很少直接使用。20世纪20年代，科学家发明了以钴粘结的WC基硬质合金。作为刀具、模具、量具以及钻具使用，其耐磨性为高速钢15-20倍，实现了一次工具革命。当其它行业欲用碳化钨基硬质合金为耐磨材料时，发现粉末冶金方法制造的硬质合金，需要专门的压机和烧结炉，不可能制造出工程界期望的大尺寸和复杂形状零部件。另外，硬质合金耐磨性虽高，但韧性较差，脆性较高，价格较贵。这些因素使硬质合金只在刀、量、模、钻具中得到广泛应用，在其它机械产品中则应用较少。为了把硬质合金应用到其它机械产品中，工程界发展了碳化钨堆焊技术和镶嵌技术，解决了部分面积较大或形状复杂的零部件的表面抗磨问题。但堆焊碳化钨工艺复杂，堆焊层表面粗糙度较高，堆焊层内有许多孔隙，使用中易脱落；镶嵌硬质合金在使用中，特别是用在运动状态中的耐磨零部件，也经常发生因镶嵌不牢，而提前脱落失效或损坏其他机械零件的问题。北京永固运通表面合金科技有限公司在国内外率先采用高能离子注渗技术，能在各种复杂形状零部件的钢基体上注渗进碳化钨，形成高耐磨的碳化钨注渗钢基合金（WCSA）。WCSA中碳化钨富集层达到0.3-0.5mm，碳化钨硬化层达到1.2-1.5mm。该合金具有高硬﹑高强﹑高韧﹑高耐磨性，是钢的表面改性技术，机械零部件表面改性工艺技术的重要突破，填补了国内外硬面耐磨材料的一项空白，具有国际先进水平。

WCSA主要性能和性价比如下：

1 WCSA具有良好的综合力学性能和很高的耐磨性

碳化钨注渗进钢基体内，形成冶金结合，浓度成梯度变化，没有宏观界面，形成特殊的组织结构，其微观组织特征详见图一。碳化钨和钢基体两者优势互补，表面具有碳化钨的高硬度、高耐磨性。而心部则保持了所选钢基体原来的强度和韧性。由于钢基体表层外来离子的轰击和注入，在表层产生压应力；无数外来离子进入表层内，充填和钉扎在表层原存在的位错、空位等缺陷处，又使普通钢基体表层合金化和强化，这一切使表层的拉伸强度和抗疲劳性均有很大提高。在表面和心部间还存在一个性能渐变的梯度过渡层，有效地避免了性能突变时可能引起的材料破坏。表面硬度根据客户要求以及被选择的钢基体性能，可在HRC45-68之间变动。 WCSA的硬度不是衡量耐磨性唯一因素，软钢基体中WC同样具有耐磨性，只是比硬钢基体耐磨性稍差一些。Q235钢注渗WC后，其显微硬度由表及里分布情况详见图二。在冶金，电力，建材等行业各种剧烈磨损工况下，WCSA中的碳化钨硬化层厚度只在1.2-1.5毫米之间，其硬度稍高于钢基体硬化硬度。但实践证明，WCSA的耐磨性能是钢基体材料的几倍到几十倍。这是因为WCSA是由颗粒尺寸比纳米还小数十倍的离子冶金而成，外来离子经过电子交换后在钢基体内有的以晶体形式出现，有的则在晶体中某一个点阵中存在。WCSA抗磨主要是靠分布在钢基体内众多微小的WC颗粒来实现，钢基体表层的强度和硬度只是反映WC颗粒遭受磨擦时不致被磨损掉的支持能力。离子表面冶金后，在钢基体表层内WC颗粒尺寸微小，数量众多，高度弥散，提高了钢基体表层的强度和硬度，增强了对WC颗粒支持能力，WC本身高的抗磨本领得到了充分发挥，宏观表现出来的结果就是耐磨性很高。也可以说在基体表层形成了特殊组织的WC“盔甲”，有WC“盔甲”把关，由表及里的磨损则奈何不得！有关 WCSA为什么具有如此高的耐磨性，还有待进一步从理论上加以系统研究。

2 WCSA具有较高的红硬性、热强性和急冷急热稳定性

WCSA在800℃以下温度工作，不但热强性好，而且硬度也高，耐磨性很好。为了进一步增加耐热耐

磨效果，还可在注渗WC过程中同时渗进耐热成分，这些成份的含量可根据需要加以控制以达到增加热强性，提高防氧化能力。由于WCSA中WC及注渗的其它成分在钢基体内是冶金结合，弥散分布，强韧结合。虽然两者膨胀系数不同，但有梯度过渡层起缓冲作用，这一切就使WCSA具有在急冷急热条件下长期服役的本领。WCSA使用在冶金烧结系统、高炉布料系统、轧钢导卫系统耐热耐磨零部件，电力和水泥等行业的燃烧器、沸腾炉炉管、烟道耐热防磨零部件等方面，都取得了十分满意的耐热及抗磨效果。特别是处在急冷急热工况下使用效果更佳。

3 WCSA工艺性好

WCSA生产工艺是：以钢铁为原材料，经机械加工制造出各种零部件，通过高能离子注渗技术，使WC注渗进这些零部件的表层内。产品形状不受限制，工件尺寸范围较宽，特大型零件可在注渗碳化钨后进行焊接组装；注渗工艺与热喷涂、堆焊等工艺截然不同，在注渗时，工件表面粗糙度不受破坏；注渗在高能离子不断轰击下进行，带能量的离子轰击时使工件升温，由于热变形使工件尺寸和形位精度有所减低，对尺寸和形位精度要求很高的零部件，如轴承颈、模具、细长轴等高精度零件，除了选择热加工变形量小的基体材料外，还必须在注渗前留有尽量小的精加工余量，以便注渗后进行少量精加工。由于注渗层较厚，进行少量磨削等精加工后，也能保持较高的耐磨性。由于离子注渗WC是在表层内部进行，并不在表面外增加厚度，这和堆焊、喷涂、激光熔敷等工艺必须增加表层厚度且破坏表面粗糙度截然不同。因此，原采用堆焊、喷涂、激光熔敷等加工的零部件，必须把尺寸放大到堆焊、喷涂、熔敷后的成品尺寸。离子注渗后，在严重磨损工况下使用的零部件，其尺寸和形位精度都能保证，粗糙度也不改变，不需要再进行磨削加工。在高能离子注渗过程中，对客户要求的那些磨损快的部位，可增加WC 含量，对客户不需要防磨的一些部位，也可少注渗或不注渗进WC。过去许多强烈磨损工况下的零部件，不得不采用高速钢、高合金含量模具钢、钢结硬质合金等。这些材料的机械加工如锻造、热处理、车、磨、铣、钻、电加工等都比较困难。而WCSA所用钢基体都是选用碳钢或合金含量较低的结构钢，这些钢强度高，韧性好，其工艺性能也比高速钢好。这些易于加工的碳钢、低合金含量的结构钢，注渗进WC后其耐磨性能都能达到淬硬高速钢的3-6倍，不论制造工艺还是使用效果都达到了事半功倍的效果。高速钢、高合金含量模具钢、钢结硬质合金等耐磨材料，在工艺性能和使用场所都有许多限制，如复杂形状零部件加工困难，高冲击力或急冷急热工况不能使用。高速钢在制造工艺和使用工况方面的限制，正是WCSA长处所在。由于 WCSA工艺性好，能在许多行业的耐磨设备上获得应用，不但减少了加工费用、提高了设备使用寿命，还为这些行业解决了许多技术难题和关键，节约了大量贵重金属材料。

4 WCSA性能价格比高

WCSA通常是在碳钢或低合金含量的结构钢基体表层注入WC，其耐磨性能比高速钢、高合金含量模具钢、堆焊硬质合金都高很多。碳钢及低合金含量结构钢目前市面上价格大多为每公斤5元以下，而高速钢一般价格均在每公斤30元以上左右。由低级钢材取代高级钢材，原材料上的经济效益是显而易见的。由于高速钢等耐磨材料价格昂贵，许多客户只好改用高铬或稀土耐磨铸钢、铸石、喷涂陶瓷、堆焊碳化钨或其它耐磨材料。耐磨铸钢、铸石价格虽然便宜但十分笨重。喷涂陶瓷、堆焊碳化钨或其它耐磨材料，为防止工艺变形也需要较厚的钢基体。而WCSA抗磨是以1.2-1.5mm薄的高级耐磨层取代通用耐磨材料很厚的耐磨层。通常钢基体厚度只需要 8-20mm，使过去为了抗磨目 …… 此处隐藏：12854字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……