首頁 公司簡介 碳化鎢-鋼梯度耐磨材料 滲鍍二硅化鉬耐蝕耐熱材料 開發與研究 產品展示 材料的選取需知
 
   
 
   
 
 
 
 
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碳化鎢注滲鋼基高級耐磨合金產品(簡稱 WCP)

碳化鎢注滲鋼基耐磨產品(WCP

WCP是將WC注滲進鋼基體表層內,改變了鋼基表層內的成份和組織。WC與鋼基體形成冶金結合,在表層中各自濃度成梯度變化,沒有宏觀界面,形成了特殊的組織結構(詳見機理章中的圖一,圖二和圖三),形成了一系列的特殊性能。

1、  神奇的耐磨性能 

結構鋼、合金工具鋼、不銹鋼等金屬材料,經過離子注滲WC改性后耐磨性都能提高3-15倍。結構鋼中的Q235Q345通過注滲WC改性,其耐磨性比原Q235Q345鋼都能提高4倍以上。低合金結構鋼,如20CrMo20CrMnTi38CrMoAl40Cr42CrMo等,注滲WC后,都能提高使用壽命4-6倍,比滲碳熱處理、離子氮化等改性鋼以及貝氏體耐磨鋼提高壽命三倍以上。合金工具鋼(不含高速鋼)如Cr29CrSiCr12Cr12MoV4Cr5MoSiV1等,注滲WC后使用壽命比原淬回火熱處理工具鋼的使用壽命提高4-15倍,比堆焊、噴涂、激光熔敷耐磨材料提高3倍以上。許多工況下,WC改性的工具鋼則能代替高速鋼,其使用壽命還比淬硬高速鋼提高3倍以上。各種不銹鋼注滲WC后,使用壽命有很大差別,奧氏體及雙向不銹鋼注滲WC后的使用壽命提高24倍;馬氏體不銹鋼注滲WC后使用壽命比該鋼材熱處理后的使用壽命提高4-10倍。不同的鋼材注滲WC后硬度提高量不相同,有的鋼材注滲WC后,硬度沒有明顯提高,耐磨性仍然很高。注滲WC鋼基體選用有淬硬能力的鋼材比不能硬化的鋼材使用壽命更高。在能硬化的鋼材中,硬化后基體硬度HRC>50,基體硬度越高,WC的抗磨本領就發揮得越充分,耐磨性越高。總之,不論什么鋼材經過高能離子注滲WC后,耐磨性都有大幅度提高,由于表層有WC“盔甲”把關,使許多由表及里的磨損奈何不得!

經上千客戶實際使用證明:在各種不同工況下,WCP都具有神奇的耐磨性能。在某些工況下,WCP的耐磨性介于價格昂貴的高速鋼與硬質合金之間。它在耐磨材料的選擇平臺中已占有了重要位置。

2、較高的耐熱抗磨性能

從低溫到高溫,可供使用的鋼材有合金結構鋼、合金工具鋼、高速鋼、不銹鋼、耐熱鋼等。如果在高溫下使用,還要承受劇烈的磨損,可供選擇的耐熱抗磨的鋼材比較少。如Cr25Ni20Si2可耐熱1000。但它在水泥回轉窯的燃燒器中不耐磨。4Cr5MoSiV1,3Cr2W8V等可在800下使用,也有一定耐磨性,但在熱鍛模、壓鑄模、軋鋼導衛輪中使用壽命又不高。WCP具有較高的紅硬性、熱強性和急冷急熱穩定性,具有耐熱又抗磨的雙重功能。WCP在冶金燒結廠熱篩、軋鋼廠的導衛輪、水泥廠的燃燒器、鋁金屬壓鑄模、熱鍛模、高溫風機葉片等方面已獲得廣泛應用。大量實踐證明,與原用耐熱鋼材相比較,仍采用原用鋼材注滲WC后,在800℃以下溫度使用壽命可提高36倍,800-1000下使用可提高31倍。

3、杰出的綜合力學性能

鋼鐵材料經過WC改性后,表層硬度的提高隨所選鋼基材不同而不同,硬度提高值在HRC3-10之間;耐磨性提高315倍。許多鋼種表面硬度不提高耐磨性照樣提高若干倍。改性層的抗拉強度平均提高50%以上;斷裂強度、疲勞強度以及紅硬性、熱強性比鋼基體都有大幅度提高。工件的韌性基本由所選鋼基材決定的。因此WCP實現了耐磨性、強韌性、耐熱性以及抗疲勞、抗沖擊性的合理組合,對材料力學性能要求不同的抗磨零部件都具有廣泛的性能適應性。

4、    普遍適用的工藝性能

WCP生產工藝是:以鋼鐵為原材料,經機械加工制造出各種形狀的零部件,通過高能離子注滲技術,在這些零部件需要耐磨的表面注滲進WC,形成高耐磨的WCP

(1)          凡是鋼材制成的零部件都能改性成WCP,耐磨性都能提高很多。WCP對鋼基材選擇范圍更廣,靈活性更大。還可用低級鋼材代替高級鋼材。

(2)          WCP的形狀不受限制,工件尺寸范圍較寬,特大型零部件可通過焊接組裝生產。零件注滲WC的位置可按客戶要求進行,對客戶不需要抗磨的部位,可以少滲或不滲WC

(3)          零部件注滲WC時不破壞表面粗糙度,也不在外表面增加厚度。通常鋼基材厚度在15mm以內就能達到高耐磨效果,減輕了磨損件的重量。原用堆焊、噴涂、激光熔敷工藝生產的零部件,如改用WCP,必須把零件尺寸放大到最終尺寸。

由于劇烈磨損面磨損很快,在設計時尺寸和形位公差就比較大,這些零件注滲WC后,注滲面無需精加工。對尺寸和形位公差要求很嚴的磨損面或其它組立裝配面,可在注滲WC后進行少量精加工獲得。對一些主滲面不加工,非主滲面必須在注滲WC后進行車削、銑削或螺紋等加工的,在注滲WC時對該零件不進行熱處理硬化,待加工后再進行表面熱處理硬化即可。

WCP主要用途  

碳化鎢注滲鋼基耐磨產品(WCP

WCP綜合性能好,又特別耐磨。它適用于各種遭受強烈磨損的機電產品和機械設備,這些產品主要集中在冶金、建材、能源、化工、機械、輕工、交通、軍工等行業。過去這些行業在強烈磨損場所找不到合適的耐磨材料,只好委屈求用,以數代質,壽命最短的只有幾小時,壽命長的也不超過1~2年。這些機電產品的耐磨零部件改用WCP后,其壽命都提高了幾倍到幾十倍,效果令廣大客戶感到神奇。

一、 冶金行業:

WCP在冶金燒結系統的溜槽襯板、篩板、風機葉片、除塵彎管、刮刀;煉鐵系統的受料漏斗、布料器、放散閥、噴煤管;軋鋼系統的導衛輪、扭轉輥、導衛板、切分輪、輸送輥耐磨套以及礦山采掘、選礦、焦化系統的易損件中得到了廣泛應用。如某公司日處理料萬噸的400m2燒結機中的各種溜槽,原用16Mn板堆焊10mm耐磨層,使用壽命只有100天,改用16Mn注滲WC后,使用壽命提高到400天;某軋鋼廠高速線材軋機線上的切分輪,原用W6Mo5Cr4V2高速鋼制造,過鋼量不到1500T,采用合金工具鋼注滲WC,平均過鋼量超過4500T;某軋鋼廠原用導衛輪在第八架軋機使用,過鋼量不超過5000T,改用注滲WC工藝后,第八軋機上導衛輪過鋼量平均達到28500T

二、水泥行業:

水泥生產過程中,原料和燃料量大、物硬、速度快,設備磨損嚴重。設備中許多易損件零部件已改用WCP。如立磨扇形護板、導流護板、拉桿護套;輥壓機中的布料器、擋料板、溜管;高效選粉機中的選粉殼體、葉片、撒料盤、旋風筒;燃燒器煤風管中的進煤管、上下殼體、耐磨套、內外噴頭、菱形支撐板;中間料倉進出口溜槽、料斗;高速提升機、鏈斗機、取料機中滾動軸承、軸套;煤粉制造和輸送系統的異徑管、彎管;風機及收塵系統的彎管、楔形管、梯形板、高溫風機葉片等。其使用壽命都比原用耐磨材料提高3-15倍。一般國產立磨的外護板,采用等離子堆焊耐磨層,使用壽命不到4個月,改用WCP使用壽命達到二年。高效選粉機葉片改用WCP后比原噴涂耐磨層的葉片提高壽命5倍。回轉窯燃燒器的煤風管,改用WCP后比原來堆焊、噴涂的煤風管提高壽命3倍以上。

三、能源行業:

燃煤發電廠給煤機、排粉風機、引風機、燃燒器、收塵器、煤灰分級機、灰渣泵以及灰渣管道、閥門等;煤炭行業的煤礦掘進、采煤、輸煤、洗選及煤炭深加工設備;石油行業的鉆機、采油機、泥漿泵、井控機械等。這些設備都存在磨損快、壽命短的問題,需要采用新型耐磨材料進行更新換代。WCP為能源行業提供了新的高級耐磨材料的選擇平臺。如某電廠使用的耐磨球閥,改用WCP提高壽命4倍。煤礦坑道支護工程中使用的預應力錨索張拉設備中的鎖片和刀片,過去為鋼件滲碳處理,耐磨性不足,改用WCP后鎖片和刀片壽命提高5倍以上。某采煤集團的采煤連采機截齒刀體,注滲WC后使截齒提高壽命4倍以上。某油田采油機軸套采用WCP后使用壽命提高5倍以上。

四、輕工行業

輕工行業的塑料、橡膠、陶瓷、玻璃、造紙、煙草、食品、家用電器、五金等機械中的許多零部件都需要耐磨,采用WCP后使用效果很好。工程塑料機械中的螺旋套、捏合塊、熱切模板、口模、粉碎機轉子、切刀等零部件使用壽命都較低。如擠出機的螺旋套、捏合塊原用合金鋼或工具鋼熱處理,并經離子氮化改性,使用壽命較低,不少客戶只好改用W6Mo5Cr4V2高速鋼制造,使用壽命仍然較短。現在采用一般工具鋼注滲WC,比高速鋼制造的同類零件提高使用壽命4-6倍,制造總成本還下降30%。陶瓷行業中真空擠壓螺旋、粉碎機轉子、葉片、混合機漿葉等,改用WCP使用壽命提高3-10倍。如擠壓螺旋原用耐磨鋼熱處理后使用壽命一個月,采用WCP使用壽命4-5個月。

五、通用機械行業

通用機械行業中耐磨閥門中的閘板、球體;耐磨泵中的葉輪、缸套、多級泵的軸套和平衡盤;耐磨風機和壓縮機的葉片等等。由原來堆焊、噴涂、離子氮化等防磨工藝改為離子注滲WC,使用壽命提高了4-6倍。如某水泥廠使用的高溫風機,由于存在粉塵磨損,使用壽命只有20-25天。改用WCP,使用壽命提高到90-100天。某公司的多級煤水泵的耐磨軸套改用WCP后比原堆焊耐磨層的軸套提高壽命4倍。

六、粉碎機械行業 

金屬和非金屬礦石、爐渣、水泥、糧食、廢舊輪胎和塑料等固體物料份體化的主要手段仍然是機械粉碎方式。在各種各樣的機械粉碎機中,磨損最快的是轉子、動刀、錘片、刀片等零部件。這些易損件改用WCP后,使用壽命大大提高。如乙醇生產線上的膠體磨轉子,選用9Cr18不銹鋼制造,經淬火及離子氮化處理,使用壽命10-15天。改用WCP后使用壽命提高至50天以上。再把價高的9Cr18改為價低的3Cr13制造并經WC處理,每只直徑450mm轉子的制造成本減少上萬元。某石灰石超細粉碎機中的刀片,原用高鉻鑄鐵,平均使用壽命只有18小時,改用WCP后使用壽命提高到80-100小時。粉碎涂料和油漆的砂磨機分散盤和筒體,改用WCP后,使用壽命提高5-6倍。高效分級機的導流板改用WCP后耐磨性提高了4倍。

七、化工行業:

化工行業中的超細粉碎、打散解聚、超細分級機械;過濾、分離、均質、乳化機械;篩選、混合、捏合、造粒機械;提升、輸送機械;風機、壓縮機、泵類和閥門等普遍存在磨損或磨蝕問題。上述機械的磨損配件改用WCP后使用壽命提高了3-8倍。如某化工廠在磨蝕工況下使用的離心機,原采用304不銹鋼制造,使用壽命不到10天。現改為注滲WC處理,使用壽命達到50天以上。某石化廠用的耐磨耐蝕軸套改用WCP后使用壽命提高6倍以上。

八、模具行業:

模具行業是一個消耗高級耐磨模具鋼行業。鋁壓鑄模、冷擠模、拉伸模、熱鍛模、耐火磚模等等,改用注滲WC處理后,壽命都有很大提高。如鋁合金壓鑄模中澆口套,由于承受高速、高壓鋁液的沖擊、沖刷和腐蝕,還周期性的經受加熱和冷卻。原用耐熱模具鋼熱處理,再經滲硼或離子氮化改性提高耐磨性,使用壽命仍很短。改用WCP后使用壽命提高3-7倍。某公司冷擠模具,原用Cr12制造模具,每套只能生產500-700件,改用40Cr注滲WC后每套模具壽命達到1.5萬件。某公司壓制水泥磚模具改用WCP后提高壽命4倍。

九、其它行業:

動力、工程、交通運輸、農業、航天、航空、軍工等行業的許多需要防磨處理的零部件,凡改用WCP后,使用壽命都大幅度提高,得到了這些行業工程技術界的一致好評。

 

WCP耐磨機理分析

WCP為什么比現在廣泛應用的堆焊、噴涂、離子氮化、真空熔結、激光熔覆產品以及工具鋼、高速鋼制造的產品更耐磨呢?需要對WCP的高耐磨性進行深入研究。以下的研究都以低碳鋼為基體鋼,以高能離子注滲WC進行表層改性。

圖一、圖二表明,注滲WC改性層硬度比基體鋼硬度高很多,晶粒更加細化。在表層約0.5mm范圍內,是注滲WC 的富集層,硬度高且變化不顯著,再向內硬度才緩慢下降,表明這是一個明顯的冶金結合過渡層。富集層及過渡層硬度提高、晶粒細化是由于鋼基體經過WC注滲后,產生了許多空位、間隙和置換原子,形成高密度位錯、過飽和固溶體,產生了彌散硬化,沉淀硬化以及析出強化所致。

從圖三斷口解理形貌可見,未改性的鋼基體的斷裂為塑性冷窩斷裂。而改性層為非典型脆性斷裂。它解理條紋密度較高,裂紋難以沿著一定晶體學平面進行,斷裂路徑不再與晶體位向有關,而與彌散的細小WC質點有關。在非典型脆斷與韌斷間有一個冶金結合較寬的過渡區,在過渡區中沒有出現斷裂方式的實變,這種結構非常有利于材料強韌性提高。

圖四(b)比(a)多出了幾條WC的特征譜線。圖五透射電鏡照片顯示了WC主要以顆粒狀相鑲嵌在鋼基體中,這都表明注滲進鋼基中的WC元素形成了WC化合物。它使改性層的成份和組織結構發生了很大變化,從而提高了改性層的性能和耐磨性。

從圖六場發射掃描電鏡照片及線掃描能譜可以看出,在改性表層0.2mm深處,注滲形成的WC針狀新相,寬只有100nm,長只有2μm,而形成的粒狀新相尺寸更小,只有200-400nm。且彌散分布。圖六(d)和(e)顯示新相中有含量很高的WC元素,且C峰與W峰的增減呈對應關系。結合X射線衍射分析,可以推斷出新相為碳化鎢相。對針狀碳化鎢新相進行能譜分析,該相按重量百分數計,W41.36%C5.6%,余Fe。以原子百分數計,W13.78%C28.78%,余Fe

綜上所述,注滲碳化鎢改性層耐磨性很高,是因為該改性層中,具有數量眾多、高度彌散、尺寸大小只有納米級的粒狀和針狀碳化鎢顆粒。這些高硬度的碳化鎢顆粒除了自身抗磨外,還對鋼基體具有固溶強化,沉淀硬化,析出強化和彌散強化作用,以彌散強化為主。這使改性層硬度提高,強度提高、耐高溫性能和抗疲勞能力提高,使其碳化鎢注滲改性層具有高耐磨的特征。

 

 
 

 

圖一  低碳鋼注滲WC后的硬度分布

 

    

a  富集層金相                   b  過渡層金相                   c  心部金相   

 

圖二   低碳鋼注滲WC后的金相

 

a                               b

圖三  低碳鋼注滲WC改性層(a)和心部(b)斷口形貌


             a

            b

圖四  低碳鋼注滲WC前(a)和后(b)—χ射線衍射分析

 

 

a                                    b

圖五  低碳鋼注滲碳化鎢改性層透射電鏡明場(a)和暗場(b)照片

 

    

a 表層電鏡照片               b 局部粒狀電鏡照片               c 局部針狀電鏡照片

 

    

      d 線掃描電鏡照片                  e  A1-B1線掃描能譜              f  A2-B2線掃描能譜

 

圖六  距表面0.2mm處電鏡照片及線掃描能譜



 
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