离子注渗WC材料.doc

碳化钨注渗钢基高级耐磨合金产品（简称 WCSA ）性能WCSA 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工、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1.2-1.5 毫米。该合金具有高硬高强高韧高耐磨性，是钢的表面改性技术,仪器仪表，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，各自浓度成梯度变化，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，它的表面具有碳化钨的高硬度、高耐磨性。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，充填和钉札在表层原存在的位错、空位等缺陷处，无数外来离子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。而心部则保持了所选钢基体原来的强度和韧性。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,烟草机械，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,渗碳化钨处理,高能离子渗碳化钨处理的造纸机械，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，使过去为了抗磨目的做得笨重的设备又变得轻便。材料成本、制造、运输、维护费用都减少了。 WCSA 耐磨性通过几百家客户证明，虽随工况不同有些差异，但总体来看，WCSA 耐磨寿命为淬硬工具钢的 3-15 倍，是高速钢、堆焊碳化钨材料的 3-6 倍。所以 WCSA 减轻了重量、延长了寿命、减少了维修工作量，能保证生产长期安全运行。是一种物美价廉，性能价格比高的耐磨产品。客户使用WCSA替代堆焊、喷涂、离子氮化等耐磨材料，替代高合金工具钢、高速钢及国外进口耐磨钢板，都会取得很高的经济效益。(a)低碳钢X射线衍射分析特征谱(b)同一碳钢高能离子注渗WC后X射线衍射分析特征谱分享分享到新浪Qing1顶阅读(0)评论(2) 收藏(0)转载(0) 顶打印举报已投稿到：排行榜圈子前一篇：碳化钨注渗钢基耐磨合金在水泥行业的应用及高耐磨性分析后一篇：离子注渗碳化钨用于冶金设备易耗配件耐磨效果好离子注渗碳化钨耐磨材料 50，基体硬度越高，WC 的抗磨本领就发挥得越充 分，耐磨性越高。总之，不论什么钢材经过高能离子注渗 WC 后，耐磨性都有大幅度提高，由于表层有 WC“盔甲”把关，使许多由表及里的磨损奈何不得！ 经上千客户实际使用证明：在各种不同工况下，WCP 都具有神奇的耐磨性能。在某些工况下，WCP 的耐磨性介于价格昂贵的高速钢与硬质合金之间。它在耐磨材料的选择平台中已占有了重要位置。 2、较高的耐热抗磨性能 、 从低温到高温，可供使用的钢材有合金结构钢、合金工具钢、高速钢、不锈钢、耐热钢等。如果在高 温下使用，还要承受剧烈的磨损，可供选择的耐热抗磨的钢材比较少。如 Cr25Ni20Si2 可耐热 1000。 但它在水泥回转窑的燃烧器中不耐磨。4Cr5MoSiV1,3Cr2W8V 等可在 800下使用，也有一定耐磨性， 但在热锻模、压铸模、轧钢导卫轮中使用寿命又不高。WCP 具有较高的红硬性、热强性和急冷急热稳定 性，具有耐热又抗磨的双重功能。WCP 在冶金烧结厂热筛、轧钢厂的导卫轮、水泥厂的燃烧器、铝金属 压铸模、热锻模、高温风机叶片等方面已获得广泛应用。大量实践证明，与原用耐热钢材相比较，仍采用 原用钢材注渗 WC 后，在 800以下温度使用寿命可提高 36 倍，800-1000下使用可提高 31 倍。 3、杰出的综合力学性能 、 钢铁材料经过 WC 改性后， 表层硬度的提高随所选钢基材不同而不同， 硬度提高值在 HRC3-10 之间； 耐磨性提高 315 倍。 许多钢种表面硬度不提高耐磨性照样提高若干倍。 改性层的抗拉强度平均提高 50% 以上；断裂强度、疲劳强度以及红硬性、热强性比钢基体都有大幅度提高。工件的韧性基本由所选钢基材 决定的。因此 WCP 实现了耐磨性、强韧性、耐热性以及抗疲劳、抗冲击性的合理组合，对材料力学性能 要求不同的抗磨零部件都具有广泛的性能适应性。 4、 、 普遍适用的工艺性能 WCP 生产工艺是：以钢铁为原材料，经机械加工制造出各种形状的零部件，通过高能离子注渗技术， 在这些零部件需要耐磨的表面注渗进 WC，形成高耐磨的 WCP。 （1） （2） （3） 凡是钢材制成的零部件都能改性成 WCP，耐磨性都能提高很多。WCP 对钢基材选择范围更 WCP 的形状不受限制，工件尺寸范围较宽，特大型零部件可通过焊接组装生产。零件注渗 零部件注渗 WC 时不破坏表面粗糙度，也不在外表面增加厚度。通常钢基材厚度在 15mm 以 广，灵活性更大。还可用低级钢材代替高级钢材。 WC 的位置可按客户要求进行，对客户不需要抗磨的部位，可以少渗或不渗 WC。 内就能达到高耐磨效果，减轻了磨损件的重量。原用堆焊、喷涂、激光熔敷工艺生产的零部件，如改用 WCP，必须把零件尺寸放大到最终尺寸。 （4） 由于剧烈磨损面磨损很快，在设计时尺寸和形位公差就比较大，这些零件注渗 WC 后，注渗 面无需精加工。对尺寸和形位公差要求很严的磨损面或其它组立装配面，可在注渗 WC 后进行少量精加工 获得,耐磨处理。对一些主渗面不加工,渗碳化钨处理，非主渗面必须在注渗 WC 后进行车削、铣削或螺纹 等加工的，在注渗 WC 时对该零件不进行热处理硬化，待加工后再进行表面热处理硬化即可 高能离子渗碳化钨处理的造纸机械 高能离子渗碳化钨处理的造纸机械 离子渗碳化钨处理高能离子渗碳化钨处理已荣获国家发明专利(ZL01113768.1)技术开发的碳化钨-钢梯度高级耐磨材 料，是碳化钨经高能离子注渗进钢基体内，形成 1.2-1.5 厚的超高耐磨合金，该耐磨合金产品用于剧烈 磨损的工况中，尽显神奇耐磨功能！(即渗碳化钨处理,简称超耐磨合金）替代淬火、渗碳淬火钢及高铬、 高锰钢，替代堆焊、喷涂、离子氮化等表面改性耐磨材料，替代高合金工具钢、高速钢、进口耐磨钢和耐 磨钢板， 使用寿命比上述被替代材料都提高 38 倍 1Cr13 45# 硬度 HRC50-53 硬度 HRC53-55 40Cr 2Cr13 硬度 HRC58-60 (420) 硬度 HRC58-60 硬度 HRC58-60 ,耐磨钢板; 硬度 HRC58-62 硬度 HRC60-62 (440) 硬度 HRC60-62 硬度 HRC60-62 (SKD1) 硬度 HRC60-62 硬度 HRC62-63 ,超耐磨合金; 硬度 HRC62-64 超耐磨钢板(耐磨钢管） 硬度 HRC56-60 3Cr2W8V ,耐磨处理; 38CrMoAl 42CrMo 9Cr18 9SiCr Cr12 4Cr5MoSiV1 (H13) 硬度 HRC60-62 5CrMnM