离子注渗WC材料产品

离子注渗离子注渗WCWC材料产品材料产品 碳化钨注渗钢基高级耐磨合金产品 简称W CSA 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 5m m 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1W CSA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 2W CSA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W CSA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 3W CSA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W C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 4W CSA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 5m m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 20m m 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 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离子渗 碳化钨处理 碳化钨注渗钢基高级耐磨合金产品 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 渗碳化钨处理 碳化钨注渗钢基高级耐磨合金产品 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 碳化钨注渗钢基合金 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 渗技术高能离子注渗技术 能在各种复杂形状高能离子注渗技术零 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主要性能和性价比如下1WCSA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 2WCSA具有较高的红硬性 热强性和急冷急热稳定性具有较高的红硬 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W CSA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 3WCSA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高能离子注渗技术 使高能离 子注渗技术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W C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 4WCSA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 离子注渗碳化钨用于冶金设备易耗配件耐磨效果好摘要筛分烧结料 的筛板 高炉放散阀 转炉湿法除尘脱水器弯板 轧钢线上的导卫 轮 切分轮等易耗配件 改用碳化钨离子注渗钢基耐磨合金 下简 称WCSA 替代了原用的堆焊 喷涂等表面改性耐磨材料 替代了 昂贵的高合金工具钢 高速钢 使用寿命达到上述被替代材料的三倍以上 经济效益十分显著 并对WCSA高耐性原因进行初步分析 关键词碳化钨 筛板 放散阀 脱水器弯板 导卫轮 切分轮 耐 磨性 1 前言 钢铁企业中的许多设备都处于剧烈磨损工况中 过去这些设备及其配件大量采用堆焊 喷涂等表面改性耐磨材料 或选用高合金工具钢 高速钢制造 尽管如此 还有很多设备配件的寿命很低 如烧结系统的筛板 使用高铬镍合金制造 寿命也不超过三个月 高炉放散阀堆焊厚5 10mm碳化钨 寿命仍低于2个月 高线轧制线 上的切分轮 用W6Mo5Cr4V2高速钢制造 过钢量也达不到1500T 造成设备停机率高 维修工作量增大 制约了产量 影响了质量 还增加了成本 因此研究新型耐磨材料替代传统的耐磨材料是一项刻不容缓的工作 最近几年 碳化钨注渗钢基耐磨合金 WCSA 在冶金行业得到了广 泛应用 WCSA具体使用效果及耐磨机理还未见报道 本文对此问题进行研究 探讨 2 WCSA产品使用效果 烧结 炼铁 炼钢 轧钢设备的许多易耗配 件 改用WCSA后 提高了使用寿命 降低了生产成本 受到客户的 广泛欢迎 2 1烧结系统WCSA产品使用效果某钢铁公司烧结厂有一台400m2烧结 机 日处理烧结料万吨左右 由于烧结机负荷重 工作条件十分恶劣 与烧结机相配套的各种机 械设备寿命较短 如各种溜槽 原用16Mn钢板堆焊10mm厚碳化钨耐磨层 使用寿命只 有100天左右 筛板 盲板原用Cr24Ni5耐热耐磨铸钢 使用寿命只 有3个月左右 合金钢制造的风机叶片 寿命不到半年 最近几年 烧结系统中这些关键易耗配件都改用WCSA产品 WCSA溜槽平均寿命提高到400天 WCSA筛板使用寿命达到一年以上 WCSA风机叶片寿命提高3倍以上 WCSA除尘弯管寿命提高4倍 由 于改用WCSA后寿命提高数倍 节约了生产成本 减少维修强度和维 修费用 大大提高了设备作业率 其经济效益十分明显 2 2炼铁系统WCSA产品使用效果高炉上的放散阀 受料漏斗 旋转 溜槽 炉前开铁口机钻打轴等都是磨损较快的零部件 过去高炉上的放散阀大部分采用合金铸钢 球墨铸铁再堆焊或喷涂 一层耐磨层 平均寿命只有一个月左右 当改用WCSA的放散阀座和阀盖 平均使用寿命达到8个月以上 炉前 开铁口机的钻打轴 由于工作负荷重 工况较恶劣 原用合金工具钢生产的钻打轴磨损很快 有时还出现断轴事故 影 响生产和安全 钻打轴改用WCSA产品磨损减少了 轴不断了 使用寿命提高4倍以上 2 3WCSA弯头脱水器下弧板使用效果某钢铁公司20T和100T转炉采用 湿法除尘 净化回收转炉烟气系统的第一级文氏管后 是900弯头脱水器及下弧 板 该下弧板由于长期使用碱性水冲刷 压力大 流速快 溶液中又含 有很多固体颗粒 磨损严重 原来用8mm厚的16MnCu钢制造 一般使用30天左右就被打漏 停炉补 焊 补焊后不久又被打漏 影响生产 现改为在普通钢板表层注渗碳化钨 耐磨耐蚀性大大提高 使用寿 命达到6个月以上 2 4WCSA导卫轮及切分轮使用效果轧钢生产线上的导卫轮 高速线 材轧制线上的切分轮 长期与950 10000C轧件局部接触 水冷却又 使导卫轮 切分轮处于急冷急热状态中 常常发生疲劳裂纹引起表 面崩裂失效 高速行进的轧件又使导卫轮 切分轮产生强烈磨损 不规则的外力又加快了磨损 在这种较恶劣工况下工作的导卫轮 切分轮使用寿命普遍较低 某钢铁公司轧钢厂 用一般耐磨材质制造的导卫轮 过钢量不超过2 000T 使用周期还不稳定 给导卫轮定期更换带来很大困难 为了解决这一难题 轧制生产线上的工程师们 在优化选择导卫轮 材料 合理使用导卫轮表面改性处理工艺 改进导卫轮结构设计等 方面进行大量研究试验工作 取得了很多进展 目前该公司轧制生产线上的导卫轮采用4Cr5MoSiV1 简称H13 钢材 制造 再经适当表面热处理 这种导卫轮在第八架轧机使用 过钢量达到6000T左右 在第十架轧 机使用 过钢量达到5000T左右 但他们并没有满足已经取得的成绩 在原导卫轮表面注渗了碳化钨 改性后的WCSA导卫轮在第八架轧机使用过钢量平均达到28500T 提高寿命4 7倍 在第十架轧机使用过钢量达到19000T 提高寿命近 4倍 某钢铁公司高速线材轧制线上的切分轮 使用寿命一直较低 过去曾试验过对切分轮楔尖局部热处理 切刃喷涂和堆焊碳化钨 也采用过不同成份合金工具钢制造 这些措施的效果都不太理想 相对而言 采用昂贵的W6Mo5Cr4V2高速钢制造的切分轮 使用寿命 尚可 在轧制 16带肋钢筋时每对切分轮过钢量达到1000T左右 后来改用一般工具钢制造并经离子注渗碳化钨处理 这种WCSA切分 轮过钢量达到3300T以上 过去常常发生的疲劳裂纹引起崩烈的现象消失了 一只高速钢切分轮 采购价250元 只 而WCSA切分轮采购才200元 只 价格下降20 寿命提高3倍以上 3 WCSA产品高耐磨性初步分析 上述实例说明WCSA零部件比堆焊 喷涂表面改性耐磨材料更耐磨 比热处理硬化后的合金工具钢 高 速钢更耐磨 WCSA为什么比这些耐磨材料更耐磨呢 WCSA是北京永固运通表面合 金科技有限公司的发明专利技术产品 该产品以一般结构钢或工具钢制造 然后以直径比纳米还小的高能 碳化钨离子注渗到钢基体表层冶金而成 注渗层厚度达到1 2 1 5mm 注渗层中的碳化钨以微小质点高度弥散分布在钢的不同晶格中 它与钢基体是冶金结合 形成了以钢基体完全不同的特殊组织结构和独特性能表层具有WCSA 的高硬度 高耐磨性能 心部又保留了所选钢基体的强度和韧性 在表层与心部之间还存在一个性能渐变的梯度过渡区 实现了耐磨性 强韧性 耐热性 抗冲击性的合理组合 从微观角度看 钢材表层经无数离子轰击和注入 使注渗层内晶体 结构发生很大变化 形成很多小角度晶界 亚晶界 使注渗层晶粒 得到细化 无数外来离子经过电子交换后 有的形成晶体存在 大部分则在钢 基晶体中的某一点阵中存在 引起了许多晶格畸变 外来的许多微小的WC颗粒分布在钢基内 弥散强化作用很突出 这些使注渗层的硬度 拉伸强度 疲劳强度以及红硬性 热强性等 综合性能比钢基体有大幅度提高 使遭遇磨损的碳化钨颗粒不被很 快磨耗掉的夹持能力大大增强 使WC本身的高耐磨性得到充分展示 前面提到采用工具钢 高速钢制造的导卫轮 切分轮 经常发生疲 劳裂纹崩裂而失效 实践证明 WCSA导卫轮和切分轮不存在这个问题 这是因为金属疲劳裂纹都源于材料表面 离子注渗WC产品的表面 由于注渗时无数离子轰击已发生塑性变形 伴随产生的压应力有效地抑制裂纹萌生 同时钢基中易萌生裂纹的各种位错及其它晶体缺陷 在离子注入时 由于外来原子的填充 强烈的钉扎作用使滑移面受阻 不易萌生 裂纹 注渗层晶粒细化也能有效地阻止微裂纹扩展 这些因素使WCSA导卫轮 切分轮在使用中不易发生裂纹和崩落 总之 离子注渗碳化钨层中 聚集了数量众多 高度弥散分布的细 小WC颗粒 这些WC颗粒抗磨能力强 随着注渗层综合力学性能的提 高 使WC颗粒在磨损时获得很大的支护能力 使WC颗粒不崩不掉 注渗层还具有不易产生疲劳裂纹而崩裂破坏的功能 上述因素综合作用的结果 宏观表现出来的 就是WCSA在许多治金 设备易耗配件中具有杰出的耐磨功能 由于离子注渗碳化钨材料是一种新型耐磨材料 它为什么具有如此 高的耐磨性 还有待进一步从理论上加以系统的研究 4 结语 碳化钨注渗钢基耐磨合金 WCSA 是一种创新型的高级耐 磨材料 它主要用于冶金行业许多剧烈磨损设备的易耗配件 替代了原用的堆焊 喷涂等表面改性耐磨材料 替代了原用高合金 工具钢 高速钢制造的易耗配件 使用寿命还比上述被替代材料提高3倍以上 技术经济效益十分显著 在大量消耗耐磨材料的冶金行业 推广应用WCSA产品具有十分重要 的意义 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摘要摘 要水泥行业立磨 辊压机 选粉机 燃烧器等设备中的耐磨件 采 用离子注渗钢基耐磨合金 下简称WCSA 其耐磨性是堆焊 喷涂 碳化钨耐磨层的3 6倍 也比进口耐磨钢板的耐磨性高3倍以上 WCSA高耐磨性是由先进的离子注渗工艺及其形成的特殊组织结构所 决定 水泥行业采用WCSA耐磨件经济效益十分显著 关键词关键词碳化钨0引言水泥生产过程中 其原料和燃料由于数量 多 物料硬 运动快 对设备磨损严重 立磨扇形护板 导流护板 拉杆护套 辊压机中的布料器 挡料板 溜管 高效选粉机中的选粉壳体 叶片 撒料盘 旋风筒 燃烧 器煤风管中的进煤管 上下壳体 耐磨套 内外喷头 菱形支撑板 中间料仓进出口溜槽 料斗 高速提升机 链斗机 取料机设备 中的滚 套 销 煤粉制造和输送系统的异径管 弯管 风机和收 尘器系统的弯管 楔形管 梯形板等都需要在物料磨损面采取防磨 措施 过去 这些零件的耐磨面大多采用堆焊 喷涂耐磨层或碳化钨 WC 层 选购进口耐磨钢板来抗磨 收到了一定效果 但耐磨性仍然 偏低 如堆焊WC的立磨护板使用寿命最长的不会超过四个月 选粉机叶片 燃烧器中煤风管 在堆焊或热喷涂WC后使用寿命也达不到一个大 修理期 中间料仓出口锥度管 选用进口耐磨钢板制作 其寿命通 常也达不到一年 这些零部件更换和维修频繁 使设备运转效率减低 提高了产品成 本 制约了生产的发展 为了提高这些设备的耐磨性 北京永固运通表面合金科技有限公司 发明了离子注渗WC制备高级耐磨材料的新技术 该技术已获得国家发明专利 具有自主知识产权 它是通过高能离子注渗技术向需要耐磨的钢铁零部件的表面及表层 注渗进高抗磨的WC WC层达到1 2 1 5mm 其中WC含量较高的富集层达到0 3 0 5mm 使原钢铁零部件表层改性为WC注渗钢基耐磨合金 下简称WCSA WCSA具有高硬 高强 高韧及高的抗疲劳性 由于零部件需要抗磨 的表面及表层有WC 盔甲 把关 由表及里的磨损则奈何不得 在离子注渗WC时 注渗层及周边部位的红硬性和热强性也同时大幅 度提高 实现了耐磨性 耐热性 强韧性的合理组合 较好地满足 了水泥行业耐磨又耐热的燃烧器等零部件的需求 WCSA是在钢铁零部件需要抗磨部位经离子注渗WC而成 注渗件形状 不限 注渗后工件尺寸不会增加 表面粗造度基本不变 WCSA零部件的耐磨性达到堆焊或热喷涂WC层以及进口耐磨钢板的3 6倍 离子注渗碳化钨的费用略高于堆焊和进口耐磨板 比超音速喷 涂WC低很多 WCSA零部件大幅度提高耐磨零部件使用寿命 减少停机损失和维修 费用 这几方面综合效益远高于注渗碳化钨费用 经济效益十分显 著 因此 WCSA产品倍受水泥行业工程界的青睐 耐磨合金高耐磨性立磨辊压机选粉机燃烧器 1使用效果目前在水泥行业中 WCSA产品主要用于立磨 辊压机 高 效选粉机 多通道燃烧器的耐磨零部件 都取得了十分满意的使用 效果 1 1立磨耐磨零部件我国大型水泥企业 不少单位采用立磨粉碎生料 这些立磨过去大部分从欧洲进口 目前国内沈阳 合肥等地也都生 产立磨 立磨生料粉碎产量大 使立磨内的护板 拉竿护套 冷却水管等零 部件磨损很快 如进口立磨的内外护板 是在钢板上堆焊8 10mm厚的WC 其使用寿命达不到四个月 国产立磨护板使用寿命比进口的还差一些 现在钢板上注渗进WC 钢板内WC富集层为0 3 0 4mm 经国内许多水泥集团的长期使用 其寿命达到原堆焊WC耐磨板的6倍 以上 1 2辊压机系统耐磨零部件辊压机作为水泥厂物料粉碎的主设备 越 来越多地得到应用 但辊压机系统目前存在的主要问题是有些零部件寿命较低 压辊是靠厚度耐磨的 WCSA中的WC注渗层只有1 5mm 提高压辊寿命 有限 除压辊外 辊压机系统的中间仓入料口及下锥体 辊压机布料器及 端挡板 输送物料的溜槽 异径管 弯管等 寿命也较低 过去这些零部件大多采用进口耐磨钢板制造 使用寿命不到一年 华北地区多家大型水泥集团公司都改用WCSA制造 最早使用厂家已达2年以上 磨损量很小 根据磨损量可以推算WCSA 比进口耐磨钢板耐磨性最少高3倍以上 1 3高效选粉机耐磨零部件选粉机是水泥生产的主要设备之一 为了提高选粉效率 高效选粉机逐步替代过去使用的低效选粉机 高效选粉机的旋转体速度和气流速度也要加大 要求选粉机内的许 多零部件具有高的耐磨性 如某高效选粉机的叶片只有6mm厚 过去采用热喷涂WC来解决 由于 耐磨性不足 使高效选粉机达不到 高效 现在改用6mm厚钢板注渗WC 使用效果很好 天津等地制造的高效选粉机中的叶片 连接板 衬板 布料器 撒 料盘等零部件都采用了离子注渗WC材料 使高效选粉机的使用寿命 达到同类选粉机的5倍以上 1 4多通道燃烧器零部件水泥企业回转窑普遍采用各种二通 三通 四通或多通道燃烧器 燃烧器的煤风管 调节板等零部件磨损很快 特别是煤风管 它是由两种不同直径的钢管组成 直径大多在 219 mm以下 其长度均超过800mm 大管内面 小管外面需要耐磨 由于径长比很小 不论堆焊或热喷涂WC 大管内面耐磨性均比小管 外面耐磨性差 使煤风管寿命减少 现改用离子注渗WC 大小管耐磨面处处耐磨性一样 而且耐磨性大 大提高 天津 湖北 江苏等地的燃烧器制造厂家都改用WCSA的煤风管 其 寿命都比堆焊 喷涂WC提高3倍以上 保证水泥企业在一个大修理期 内无需更换煤风管 受到了用户的好评 2效果分析从立磨 辊压机 选粉机 燃烧器系统耐磨件实际使用效 果看 离子注渗WC的零部件比堆焊 喷涂WC及进口耐磨钢板的耐磨 性提高3 6倍 离子注渗 堆焊 喷涂三种工艺都是以高耐磨WC为抗磨载体 堆焊W C耐磨层最后大约4 10mm 喷涂WC的厚度在0 5 2mm 离子注渗WC富集层只有0 35mm左 右 为什么薄的比厚的更耐磨呢 这需要从各自WC层的形成工艺 WC层 组织结构及耐磨机理加以说明 目前堆焊WC的工艺大多数是手工氧 乙炔或电弧堆焊 也有用高频感应或宽带极堆焊的 普遍使用的热喷涂方法有火焰 电弧 等离子喷涂 还有超音速火 焰喷涂 爆炸喷涂 后者质量虽好 但价格太高 一般机械很少采 用 目前机械工程中的堆焊和喷涂基本上是人工操作 人为因素较多 工艺参数控制不严 WC分解脱炭严重 WC层内都存在较多孔隙和微 裂纹 WC层与基体之间以机械结合为主 冶金结合为辅 宏观界面清晰可 见 见图一 高能离子注渗WC工艺是在真空下进行 对所有耐磨面同时进行离子 注渗 工艺参数均由电脑控制 由于是通过比纳米还小的离子进行注渗 钢基体内的WC颗粒尺寸微 小 数量众多 弥散分布 两者是冶金结合 梯度变化 没有宏观 界面 见图二 由于堆焊 喷涂 离子注渗WC的工艺不同 WC耐磨层宏观和微观组 织结构也不同 使它们抵抗磨损的能力表现出很大的差距 从高能离子注渗WC层的金相组织和硬度分布曲线 见图三 来看 在这种组织结构中 WC和钢基体两者是优势互补 表面具有WC的高 硬度 高耐磨性 心部则保持了所选钢基体原来的硬度 强度和韧 性 在表面与心部之间还存在一个性能渐变的梯度过渡区 有效地避免 了性能突变时可能引起的材料破坏 在WC富集层内 无数细小WC颗粒起着弥散强化的作用 使钢基体提 高了强度和抗疲劳性能 在磨损工况下 基体强度的提高 就是增强了WC颗粒经受磨损的支 持能力 抗疲劳性能的提高使WC颗粒崩裂脱落的危险大大减少 由于这些因素综合作用 使WC本身的抗磨能力得到了充分发挥 宏 观表现出来的结果就是耐磨性很高 堆焊 热喷涂WC的耐磨层虽然很厚 但它与基体不是完全冶金结合 也没有过渡层 还有许多细小孔隙和微裂纹 还存在许多没有金 属支持的WC聚合体 这一切使WC颗粒的支持能力减弱了 在剧烈磨损条件下 支持力不足的WC颗粒很快被磨掉 宏观表现出 来的结果就是耐磨性差 所以堆焊 热喷涂形成的较厚的WC层 远不如离子注渗的较薄的WC 层耐磨 3结论现代水泥生产中的立磨 辊压机 高效选粉机 燃烧器等设备 中的许多耐磨零部件 过去大多采用堆焊 热喷涂WC或采用国外进 口耐磨钢板来抗磨 耐磨效果尚可 但不理想 现用WCSA替代堆焊 热喷涂WC耐磨层及进口耐磨钢板 耐磨性提高 了3 6倍 还减少了维修费用和停机损失 改用WCSA收益远高于WC注渗费 用 使用WCSA耐磨件的经济效益十分显著 因此 WCSA材料值得在 水泥行业耐磨设备中大力推广应用 碳化钨注渗钢基耐磨产品 碳化钨注渗钢基耐磨产品 WCP 注渗钢 基耐磨产品 WCP是将WC注渗进钢基体表层内 改变了钢基表层内的 成份和组织 WC与钢基体形成冶金结合 在表层中各自浓度成梯度变化 没有宏 观界面 形成了特殊的组织结构 详见机理章中的图一 图二和图 三 形成了一系列的特殊性能 1 神奇的耐磨性能 结构钢 合金工具钢 不锈钢等金属材料 经 过离子注渗WC改性后耐磨性都能提高3 15倍 结构钢中的Q235和Q345通过注渗WC改性 其耐磨性比原Q235和Q345 钢都能提高4倍以上 低合金结构钢 如20CrMo 20CrMnTi 38CrMoAl 40Cr 42CrMo等 注渗WC后 都能提高使用寿命4 6倍 比渗碳热处理 离子氮化等改性钢以及贝氏体耐磨钢提高寿命 三倍以上 合金工具钢 不含高速钢 如Cr 2 9CrSi Cr 12 Cr12MoV 4Cr5MoSiV1等 注渗WC后使用寿命比原淬回火热处理 工具钢的使用寿命提高4 15倍 比堆焊 喷涂 激光熔敷耐磨材料提高3倍以上 耐磨材料 许多工况下 WC改性的工具钢则能代替高速钢 其使用寿命还比淬 硬高速钢提高3倍以上 各种不锈钢注渗WC后 使用寿命有很大差别 奥氏体及双向不锈钢 注渗WC后的使用寿命提高2 4倍 马氏体不锈钢注渗WC后使用寿命比该钢材热处理后的使用寿命 提高4 10倍 不同的钢材注渗WC后硬度提高量不相同 有的钢材注渗WC后 硬度 没有明显提高 耐磨性仍然很高 注渗WC钢基体选用有淬硬能力的钢材比不能硬化的钢材使用寿命更 高 在能硬化的钢材中 硬化后基体硬度HRC 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3 6倍 800 1000 下使用可提高3 1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3 15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