離子注滲碳化鎢耐磨材料

1、離子滲碳化鎢處理-碳化鎢注滲鋼基高級耐磨合金產品（簡稱WCSA）性能WCSA（碳化鎢注滲鋼基合金）是采用高能離子使WC注滲到鋼基體內，使表面形成耐磨性很高的碳化鎢(WC)富集層和特殊的組織結構。WC屬高硬陶瓷材料，硬而脆，除了作研磨材料外，WC很少直接使用。20世紀20年代，科學家發(fā)明了以鈷粘結的WC基硬質合金。作為刀具、模具、量具以及鉆具使用，其耐磨性為高速鋼15-20倍，實現(xiàn)了一次工具革命。當其它行業(yè)欲用碳化鎢基硬質合金為耐磨材料時，發(fā)現(xiàn)粉末冶金方法制造的硬質合金，需要專門的壓機和燒結爐，不可能制造出工程界期望的大尺寸和復雜形狀零部件。另外，硬質合金耐磨性雖高，但韌性較差，脆性較高，價格較

2、貴。這些因素使硬質合金只在刀、量、模、鉆具中得到廣泛應用，在其它機械產品中則應用較少。為了把硬質合金應用到其它機械產品中，工程界發(fā)展了碳化鎢堆焊技術和鑲嵌技術，解決了部分面積較大或形狀復雜的零部件的表面抗磨問題。但堆焊碳化鎢工藝復雜，堆焊層表面粗糙度較高，堆焊層內有許多孔隙，使用中易脫落；鑲嵌硬質合金在使用中，特別是用在運動狀態(tài)中的耐磨零部件，也經(jīng)常發(fā)生因鑲嵌不牢，而提前脫落失效或損壞其他機械零件的問題。北京永固運通表面合金科技有限公司在國內外率先采用高能離子注滲技術，碳化鎢mm。該合金具有高硬高強高韌高耐磨性，是鋼的表面改性技術，機械零部件表面改性工藝技術的重要突破，填補了國內外硬面耐磨材料

3、的一項空白，具有國際先進水平。WCSA主要性能和性價比如下：1 WCSA具有良好的綜合力學性能和很高的耐磨性 碳化鎢注滲進鋼基體內，形成冶金結合，濃度成梯度變化，沒有宏觀界面，形成特殊的組織結構，其微觀組織特征詳見圖一。碳化鎢和鋼基體兩者優(yōu)勢互補，表面具有碳化鎢的高硬度、高耐磨性。而心部則保持了所選鋼基體原來的強度和韌性。由于鋼基體表層外來離子的轟擊和注入，在表層產生壓應力；無數(shù)外來離子進入表層內，充填和釘扎在表層原存在的位錯、空位等缺陷處，又使普通鋼基體表層合金化和強化，這一切使表層的拉伸強度和抗疲勞性均有很大提高。在表面和心部間還存在一個性能漸變的梯度過渡層，有效地避免了性能突變時可能引起

4、的材料破壞。表面硬度根據(jù)客戶要求以及被選擇的鋼基體性能，可在HRC45-68之間變動。 WCSA的硬度不是衡量耐磨性唯一因素，軟鋼基體中WC同樣具有耐磨性，只是比硬鋼基體耐磨性稍差一些。Q235鋼注滲WC后，其顯微硬度由表及里分布情況詳見圖二。在冶金，電力，建材等行業(yè)各種劇烈磨損工況下，WCSA中的碳化鎢硬化層厚度只在1.2-1.5毫米之間，其硬度稍高于鋼基體硬化硬度。但實踐證明，WCSA的耐磨性能是鋼基體材料的幾倍到幾十倍。這是因為WCSA是由顆粒尺寸比納米還小數(shù)十倍的離子冶金而成，外來離子經(jīng)過電子交換后在鋼基體內有的以晶體形式出現(xiàn)，有的則在晶體中某一個點陣中存在。WCSA抗磨主要是靠分布在

5、鋼基體內眾多微小的WC顆粒來實現(xiàn)，鋼基體表層的強度和硬度只是反映WC顆粒遭受磨擦時不致被磨損掉的支持能力。離子表面冶金后，在鋼基體表層內WC顆粒尺寸微小，數(shù)量眾多，高度彌散，提高了鋼基體表層的強度和硬度，增強了對WC顆粒支持能力，WC本身高的抗磨本領得到了充分發(fā)揮，宏觀表現(xiàn)出來的結果就是耐磨性很高。也可以說在基體表層形成了特殊組織的WC“盔甲”，有WC“盔甲”把關，由表及里的磨損則奈何不得！有關 WCSA為什么具有如此高的耐磨性，還有待進一步從理論上加以系統(tǒng)研究。2 WCSA具有較高的紅硬性、熱強性和急冷急熱穩(wěn)定性 WCSA在800以下溫度工作，不但熱強性好，而且硬度也高，耐磨性很好。為了進一

6、步增加耐熱耐磨效果，還可在注滲WC過程中同時滲進耐熱成分，這些成份的含量可根據(jù)需要加以控制以達到增加熱強性，提高防氧化能力。由于WCSA中WC及注滲的其它成分在鋼基體內是冶金結合，彌散分布，強韌結合。雖然兩者膨脹系數(shù)不同，但有梯度過渡層起緩沖作用，這一切就使WCSA具有在急冷急熱條件下長期服役的本領。WCSA使用在冶金燒結系統(tǒng)、高爐布料系統(tǒng)、軋鋼導衛(wèi)系統(tǒng)耐熱耐磨零部件，電力和水泥等行業(yè)的燃燒器、沸騰爐爐管、煙道耐熱防磨零部件等方面，都取得了十分滿意的耐熱及抗磨效果。特別是處在急冷急熱工況下使用效果更佳。3 WCSA工藝性好 WCSA生產工藝是：以鋼鐵為原材料，經(jīng)機械加工制造出各種零部件，通過高

7、能離子注滲技術，使WC注滲進這些零部件的表層內。產品形狀不受限制，工件尺寸范圍較寬，特大型零件可在注滲碳化鎢后進行焊接組裝；注滲工藝與熱噴涂、堆焊等工藝截然不同，在注滲時，工件表面粗糙度不受破壞；注滲在高能離子不斷轟擊下進行，帶能量的離子轟擊時使工件升溫，由于熱變形使工件尺寸和形位精度有所減低，對尺寸和形位精度要求很高的零部件，如軸承頸、模具、細長軸等高精度零件，除了選擇熱加工變形量小的基體材料外，還必須在注滲前留有盡量小的精加工余量，以便注滲后進行少量精加工。由于注滲層較厚，進行少量磨削等精加工后，也能保持較高的耐磨性。由于離子注滲WC是在表層內部進行，并不在表面外增加厚度，這和堆焊、噴涂、

8、激光熔敷等工藝必須增加表層厚度且破壞表面粗糙度截然不同。因此，原采用堆焊、噴涂、激光熔敷等加工的零部件，必須把尺寸放大到堆焊、噴涂、熔敷后的成品尺寸。離子注滲后，在嚴重磨損工況下使用的零部件，其尺寸和形位精度都能保證，粗糙度也不改變，不需要再進行磨削加工。在高能離子注滲過程中，對客戶要求的那些磨損快的部位，可增加WC 含量，對客戶不需要防磨的一些部位，也可少注滲或不注滲進WC。過去許多強烈磨損工況下的零部件，不得不采用高速鋼、高合金含量模具鋼、鋼結硬質合金等。這些材料的機械加工如鍛造、熱處理、車、磨、銑、鉆、電加工等都比較困難。而WCSA所用鋼基體都是選用碳鋼或合金含量較低的結構鋼，這些鋼強度

9、高，韌性好，其工藝性能也比高速鋼好。這些易于加工的碳鋼、低合金含量的結構鋼，注滲進WC后其耐磨性能都能達到淬硬高速鋼的3-6倍，不論制造工藝還是使用效果都達到了事半功倍的效果。高速鋼、高合金含量模具鋼、鋼結硬質合金等耐磨材料，在工藝性能和使用場所都有許多限制，如復雜形狀零部件加工困難，高沖擊力或急冷急熱工況不能使用。高速鋼在制造工藝和使用工況方面的限制，正是WCSA長處所在。由于 WCSA工藝性好，能在許多行業(yè)的耐磨設備上獲得應用，不但減少了加工費用、提高了設備使用壽命，還為這些行業(yè)解決了許多技術難題和關鍵，節(jié)約了大量貴重金屬材料。4 WCSA性能價格比高 WCSA通常是在碳鋼或低合金含量的結

10、構鋼基體表層注入WC，其耐磨性能比高速鋼、高合金含量模具鋼、堆焊硬質合金都高很多。碳鋼及低合金含量結構鋼目前市面上價格大多為每公斤5元以下，而高速鋼一般價格均在每公斤30元以上左右。由低級鋼材取代高級鋼材，原材料上的經(jīng)濟效益是顯而易見的。由于高速鋼等耐磨材料價格昂貴，許多客戶只好改用高鉻或稀土耐磨鑄鋼、鑄石、噴涂陶瓷、堆焊碳化鎢或其它耐磨材料。耐磨鑄鋼、鑄石價格雖然便宜但十分笨重。噴涂陶瓷、堆焊碳化鎢或其它耐磨材料薄的高級耐磨層取代通用耐磨材料很厚的耐磨層。通常鋼基體厚度只需要 8-20mm，使過去為了抗磨目的做得笨重的設備又變得輕便。材料成本、制造、運輸、維護費用都減少了。WCSA耐磨性通過

11、幾百家客戶證明，雖隨工況不同有些差異，但總體來看，WCSA耐磨壽命為淬硬工具鋼的3-15倍，是高速鋼、堆焊碳化鎢材料的3-6倍。所以WCSA減輕了重量、延長了壽命、減少了維修工作量，能保證生產長期安全運行。是一種物美價廉，性能價格比高的耐磨產品?？蛻羰褂肳CSA替代堆焊、噴涂、離子氮化等耐磨材料，替代高合金工具鋼、高速鋼及國外進口耐磨鋼板，都會取得很高的經(jīng)濟效益。離子注滲碳化鎢用于冶金設備易耗配件耐磨效果好摘要：篩分燒結料的篩板，高爐放散閥，轉爐濕法除塵脫水器彎板，軋鋼線上的導衛(wèi)輪、切分輪等易耗配件，改用碳化鎢離子注滲鋼基耐磨合金（下簡稱WCSA），替代了原用的堆焊、噴涂等表面改性耐磨材料；替

12、代了昂貴的高合金工具鋼、高速鋼。使用壽命達到上述被替代材料的三倍以上，經(jīng)濟效益十分顯著。并對WCSA高耐性原因進行初步分析。關鍵詞：碳化鎢、篩板、放散閥、脫水器彎板、導衛(wèi)輪、切分輪、耐磨性1、前言鋼鐵企業(yè)中的許多設備都處于劇烈磨損工況中。過去這些設備及其配件大量采用堆焊、噴涂等表面改性耐磨材料；或選用高合金工具鋼、高速鋼制造。盡管如此，還有很多設備配件的壽命很低。如燒結系統(tǒng)的篩板，使用高鉻鎳合金制造，壽命也不超過三個月；高爐放散閥堆焊厚510mm碳化鎢，壽命仍低于2個月；高線軋制線上的切分輪，用W6Mo5Cr4V2高速鋼制造，過鋼量也達不到1500T造成設備停機率高，維修工作量增大，制約了產量

13、，影響了質量，還增加了成本。因此研究新型耐磨材料替代傳統(tǒng)的耐磨材料是一項刻不容緩的工作。最近幾年，碳化鎢注滲鋼基耐磨合金（WCSA）在冶金行業(yè)得到了廣泛應用。WCSA具體使用效果及耐磨機理還未見報道，本文對此問題進行研究探討。 2、WCSA產品使用效果燒結、煉鐵、煉鋼、軋鋼設備的許多易耗配件，改用WCSA后，提高了使用壽命，降低了生產成本，受到客戶的廣泛歡迎。21燒結系統(tǒng)WCSA產品使用效果某鋼鐵公司燒結廠有一臺400m2燒結機，日處理燒結料萬噸左右。由于燒結機負荷重，工作條件十分惡劣，與燒結機相配套的各種機械設備壽命較短。如各種溜槽，原用16Mn鋼板堆焊10mm厚碳化鎢耐磨層，使用壽命只有1

14、00天左右；篩板、盲板原用Cr24Ni5耐熱耐磨鑄鋼，使用壽命只有3個月左右；合金鋼制造的風機葉片，壽命不到半年最近幾年，燒結系統(tǒng)中這些關鍵易耗配件都改用WCSA產品。WCSA溜槽平均壽命提高到400天；WCSA篩板使用壽命達到一年以上；WCSA風機葉片壽命提高3倍以上；WCSA除塵彎管壽命提高4倍由于改用WCSA后壽命提高數(shù)倍，節(jié)約了生產成本，減少維修強度和維修費用，大大提高了設備作業(yè)率，其經(jīng)濟效益十分明顯。 22煉鐵系統(tǒng)WCSA產品使用效果 高爐上的放散閥、受料漏斗、旋轉溜槽、爐前開鐵口機鉆打軸等都是磨損較快的零部件。過去高爐上的放散閥大部分采用合金鑄鋼、球墨鑄鐵再堆焊或噴涂一層耐磨層，平

15、均壽命只有一個月左右。當改用WCSA的放散閥座和閥蓋，平均使用壽命達到8個月以上；爐前開鐵口機的鉆打軸，由于工作負荷重，工況較惡劣。原用合金工具鋼生產的鉆打軸磨損很快，有時還出現(xiàn)斷軸事故，影響生產和安全。鉆打軸改用WCSA產品磨損減少了，軸不斷了，使用壽命提高4倍以上。 23 WCSA彎頭脫水器下弧板使用效果 某鋼鐵公司20T和100T 轉爐采用濕法除塵。凈化回收轉爐煙氣系統(tǒng)的第一級文氏管后，是900彎頭脫水器及下弧板。該下弧板由于長期使用堿性水沖刷，壓力大，流速快，溶液中又含有很多固體顆粒，磨損嚴重。原來用8mm厚的16MnCu鋼制造，一般使用30天左右就被打漏，停爐補焊，補焊后不久又被打漏

16、，影響生產?，F(xiàn)改為在普通鋼板表層注滲碳化鎢，耐磨耐蝕性大大提高，使用壽命達到6個月以上。 24 WCSA導衛(wèi)輪及切分輪使用效果 軋鋼生產線上的導衛(wèi)輪，高速線材軋制線上的切分輪，長期與95010000C軋件局部接觸，水冷卻又使導衛(wèi)輪、切分輪處于急冷急熱狀態(tài)中，常常發(fā)生疲勞裂紋引起表面崩裂失效；高速行進的軋件又使導衛(wèi)輪、切分輪產生強烈磨損。不規(guī)則的外力又加快了磨損。在這種較惡劣工況下工作的導衛(wèi)輪、切分輪使用壽命普遍較低。 某鋼鐵公司軋鋼廠，用一般耐磨材質制造的導衛(wèi)輪，過鋼量不超過2000T。使用周期還不穩(wěn)定，給導衛(wèi)輪定期更換帶來很大困難。為了解決這一難題，軋制生產線上的工程師們，在優(yōu)化選擇導衛(wèi)輪材

17、料、合理使用導衛(wèi)輪表面改性處理工藝、改進導衛(wèi)輪結構設計等方面進行大量研究試驗工作，取得了很多進展。目前該公司軋制生產線上的導衛(wèi)輪采用4Cr5MoSiV1（簡稱H13）鋼材制造，再經(jīng)適當表面熱處理。這種導衛(wèi)輪在第八架軋機使用，過鋼量達到6000T左右；在第十架軋機使用，過鋼量達到5000T左右。但他們并沒有滿足已經(jīng)取得的成績，在原導衛(wèi)輪表面注滲了碳化鎢，改性后的WCSA導衛(wèi)輪在第八架軋機使用過鋼量平均達到28500T，提高壽命4.7倍，在第十架軋機使用過鋼量達到19000T，提高壽命近4倍。 某鋼鐵公司高速線材軋制線上的切分輪，使用壽命一直較低。過去曾試驗過對切分輪楔尖局部熱處理；切刃噴涂和堆焊

18、碳化鎢；也采用過不同成份合金工具鋼制造。這些措施的效果都不太理想。相對而言，采用昂貴的W6Mo5Cr4V2高速鋼制造的切分輪，使用壽命尚可。在軋制16帶肋鋼筋時每對切分輪過鋼量達到1000T左右。后來改用一般工具鋼制造并經(jīng)離子注滲碳化鎢處理，這種WCSA切分輪過鋼量達到3300T以上。過去常常發(fā)生的疲勞裂紋引起崩烈的現(xiàn)象消失了。一只高速鋼切分輪，采購價250元/只；而WCSA切分輪采購才200元/只。價格下降20%，壽命提高3倍以上。 3、WCSA產品高耐磨性初步分析 上述實例說明WCSA零部件比堆焊、噴涂表面改性耐磨材料更耐磨，比熱處理硬 化后的合金工具鋼、高速鋼更耐磨。WCSA為什么比這些

19、耐磨材料更耐磨呢？ WCSA是北京永固運通表面合金科技有限公司的發(fā)明專利技術產品。該產品以一般結構鋼或工具鋼制造，然后以直徑比納米還小的高能碳化鎢離子注滲到鋼基體表層冶金而成。注滲層厚度達到1.2。注滲層中的碳化鎢以微小質點高度彌散分布在鋼的不同晶格中。它與鋼基體是冶金結合。形成了以鋼基體完全不同的特殊組織結構和獨特性能：表層具有WCSA的高硬度、高耐磨性能，心部又保留了所選鋼基體的強度和韌性，在表層與心部之間還存在一個性能漸變的梯度過渡區(qū)。實現(xiàn)了耐磨性、強韌性、耐熱性、抗沖擊性的合理組合。從微觀角度看，鋼材表層經(jīng)無數(shù)離子轟擊和注入，使注滲層內晶體結構發(fā)生很大變化，形成很多小角度晶界、亞晶界，

20、使注滲層晶粒得到細化。無數(shù)外來離子經(jīng)過電子交換后，有的形成晶體存在，大部分則在鋼基晶體中的某一點陣中存在，引起了許多晶格畸變。外來的許多微小的WC顆粒分布在鋼基內，彌散強化作用很突出。這些使注滲層的硬度、拉伸強度、疲勞強度以及紅硬性、熱強性等綜合性能比鋼基體有大幅度提高，使遭遇磨損的碳化鎢顆粒不被很快磨耗掉的夾持能力大大增強，使WC本身的高耐磨性得到充分展示。前面提到采用工具鋼、高速鋼制造的導衛(wèi)輪、切分輪，經(jīng)常發(fā)生疲勞裂紋崩裂而失效。實踐證明，WCSA導衛(wèi)輪和切分輪不存在這個問題。這是因為金屬疲勞裂紋都源于材料表面。離子注滲WC產品的表面，由于注滲時無數(shù)離子轟擊已發(fā)生塑性變形，伴隨產生的壓應力

21、有效地抑制裂紋萌生。同時鋼基中易萌生裂紋的各種位錯及其它晶體缺陷，在離子注入時，由于外來原子的填充，強烈的釘扎作用使滑移面受阻，不易萌生裂紋。注滲層晶粒細化也能有效地阻止微裂紋擴展。這些因素使WCSA導衛(wèi)輪、切分輪在使用中不易發(fā)生裂紋和崩落?？傊?，離子注滲碳化鎢層中，聚集了數(shù)量眾多、高度彌散分布的細小WC顆粒，這些WC顆?？鼓ツ芰?；隨著注滲層綜合力學性能的提高，使WC顆粒在磨損時獲得很大的支護能力，使WC顆粒不崩不掉；注滲層還具有不易產生疲勞裂紋而崩裂破壞的功能。上述因素綜合作用的結果，宏觀表現(xiàn)出來的，就是WCSA在許多治金設備易耗配件中具有杰出的耐磨功能。由于離子注滲碳化鎢材料是一種新型耐

22、磨材料，它為什么具有如此高的耐磨性，還有待進一步從理論上加以系統(tǒng)的研究。4、結語碳化鎢注滲鋼基耐磨合金（WCSA）是一種創(chuàng)新型的高級耐磨材料。它主要用于冶金行業(yè)許多劇烈磨損設備的易耗配件。替代了原用的堆焊、噴涂等表面改性耐磨材料；替代了原用高合金工具鋼、高速鋼制造的易耗配件。使用壽命還比上述被替代材料提高3倍以上，技術經(jīng)濟效益十分顯著。在大量消耗耐磨材料的冶金行業(yè)，推廣應用WCSA產品具有十分重要的意義。碳化鎢注滲鋼基耐磨合金在水泥行業(yè)的應用及高耐磨性分析摘要：水泥行業(yè)立磨、輥壓機、選粉機、燃燒器等設備中的耐磨件，采用離子注滲鋼基耐磨合金（下簡稱WCSA），其耐磨性是堆焊、噴涂碳化鎢耐磨層的3

23、-6倍，也比進口耐磨鋼板的耐磨性高3倍以上。WCSA高耐磨性是由先進的離子注滲工藝及其形成的特殊組織結構所決定。水泥行業(yè)采用WCSA耐磨件經(jīng)濟效益十分顯著。關鍵詞：碳化鎢 耐磨合金 高耐磨性 立磨 輥壓機 選粉機 燃燒器。0 引言 水泥生產過程中，其原料和燃料由于數(shù)量多，物料硬，運動快，對設備磨損嚴重。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、取料機設備中的滾、套、銷；煤粉制造和輸送系統(tǒng)的異徑管、彎管；風機和收塵器系

24、統(tǒng)的彎管、楔形管、梯形板等都需要在物料磨損面采取防磨措施。過去，這些零件的耐磨面大多采用堆焊、噴涂耐磨層或碳化鎢（WC）層，選購進口耐磨鋼板來抗磨，收到了一定效果，但耐磨性仍然偏低。如堆焊WC的立磨護板使用壽命最長的不會超過四個月；選粉機葉片、燃燒器中煤風管，在堆焊或熱噴涂WC后使用壽命也達不到一個大修理期；中間料倉出口錐度管，選用進口耐磨鋼板制作，其壽命通常也達不到一年。這些零部件更換和維修頻繁，使設備運轉效率減低，提高了產品成本，制約了生產的發(fā)展。為了提高這些設備的耐磨性，北京永固運通表面合金科技有限公司發(fā)明了離子注滲WC制備高級耐磨材料。使原鋼鐵零部件表層改性為WC注滲鋼基耐磨合金（下簡

25、稱WCSA）。WCSA具有高硬、高強、高韌及高的抗疲勞性，由于零部件需要抗磨的表面及表層有WC“盔甲”把關，由表及里的磨損則奈何不得。在離子注滲WC時，注滲層及周邊部位的紅硬性和熱強性也同時大幅度提高，實現(xiàn)了耐磨性、耐熱性、強韌性的合理組合，較好地滿足了水泥行業(yè)耐磨又耐熱的燃燒器等零部件的需求。WCSA是在鋼鐵零部件需要抗磨部位經(jīng)離子注滲WC而成，注滲件形狀不限，注滲后工件尺寸不會增加，表面粗造度基本不變。WCSA零部件的耐磨性達到堆焊或熱噴涂WC層以及進口耐磨鋼板的3-6倍，離子注滲碳化鎢的費用略高于堆焊和進口耐磨板，比超音速噴涂WC低很多。WCSA零部件大幅度提高耐磨零部件使用壽命，減少停

26、機損失和維修費用，這幾方面綜合效益遠高于注滲碳化鎢費用，經(jīng)濟效益十分顯著。因此，WCSA產品倍受水泥行業(yè)工程界的青睞。1使用效果目前在水泥行業(yè)中，WCSA產品主要用于立磨、輥壓機、高效選粉機、多通道燃燒器的耐磨零部件，都取得了十分滿意的使用效果。1.1 立磨耐磨零部件：我國大型水泥企業(yè)，不少單位采用立磨粉碎生料。這些立磨過去大部分從歐洲進口，目前國內沈陽、合肥等地也都生產立磨。立磨生料粉碎產量大，使立磨內的護板、拉竿護套、冷卻水管等零部件磨損很快。如進口立磨的內外護板，是在鋼板上堆焊8-10mm。經(jīng)國內許多水泥集團的長期使用，其壽命達到原堆焊WC耐磨板的6倍以上。1.2 輥壓機系統(tǒng)耐磨零部件：

27、輥壓機作為水泥廠物料粉碎的主設備，越來越多地得到應用。但輥壓機系統(tǒng)目前存在的主要問題是有些零部件壽命較低。壓輥是靠厚度耐磨的，WCSA中的WC注滲層只有，提高壓輥壽命有限。除壓輥外，輥壓機系統(tǒng)的中間倉入料口及下錐體；輥壓機布料器及端擋板，輸送物料的溜槽、異徑管、彎管等，壽命也較低。過去這些零部件大多采用進口耐磨鋼板制造，使用壽命不到一年。華北地區(qū)多家大型水泥集團公司都改用WCSA制造。最早使用廠家已達2年以上，磨損量很小，根據(jù)磨損量可以推算WCSA比進口耐磨鋼板耐磨性最少高3倍以上。1.3 高效選粉機耐磨零部件：選粉機是水泥生產的主要設備之一。為了提高選粉效率，高效選粉機逐步替代過去使用的低效

28、選粉機。高效選粉機的旋轉體速度和氣流速度也要加大，要求選粉機內的許多零部件具有高的耐磨性。如某高效選粉機的葉片只有6mm厚，過去采用熱噴涂WC來解決，由于耐磨性不足，使高效選粉機達不到“高效”?，F(xiàn)在改用6 mm厚鋼板注滲WC ，使用效果很好。天津等地制造的高效選粉機中的葉片、連接板、襯板、布料器、撒料盤等零部件都采用了離子注滲WC材料，使高效選粉機的使用壽命達到同類選粉機的5倍以上。1.4 多通道燃燒器零部件：水泥企業(yè)回轉窯普遍采用各種二通、三通、四通或多通道燃燒器。燃燒器的煤風管、調節(jié)板等零部件磨損很快。特別是煤風管，它是由兩種不同直徑的鋼管組成，直徑大多在219mm以下，其長度均超過800

29、mm，大管內面，小管外面需要耐磨。由于徑長比很小，不論堆焊或熱噴涂WC，大管內面耐磨性均比小管外面耐磨性差，使煤風管壽命減少?，F(xiàn)改用離子注滲WC，大小管耐磨面處處耐磨性一樣，而且耐磨性大大提高。天津、湖北、江蘇等地的燃燒器制造廠家都改用WCSA的煤風管，其壽命都比堆焊、噴涂WC提高3倍以上，保證水泥企業(yè)在一個大修理期內無需更換煤風管，受到了用戶的好評。2 效果分析從立磨、輥壓機、選粉機、燃燒器系統(tǒng)耐磨件實際使用效果看，離子注滲WC的零部件比堆焊、噴涂WC及進口耐磨鋼板的耐磨性提高3-6倍。離子注滲、堆焊、噴涂三種工藝都是以高耐磨WC為抗磨載體，堆焊WC耐磨層最后大約4-10mm；噴涂WC的厚度

30、在0.52mm；離子注滲WC富集層只有左右。為什么薄的比厚的更耐磨呢？這需要從各自WC層的形成工藝，WC層組織結構及耐磨機理加以說明。目前堆焊WC 的工藝大多數(shù)是手工氧乙炔或電弧堆焊，也有用高頻感應或寬帶極堆焊的。普遍使用的熱噴涂方法有火焰、電弧、等離子噴涂，還有超音速火焰噴涂、爆炸噴涂，后者質量雖好，但價格太高，一般機械很少采用。目前機械工程中的堆焊和噴涂基本上是人工操作，人為因素較多，工藝參數(shù)控制不嚴，WC分解脫炭嚴重，WC層內都存在較多孔隙和微裂紋。WC層與基體之間以機械結合為主，冶金結合為輔，宏觀界面清晰可見（見圖一）。高能離子注滲WC工藝是在真空下進行，對所有耐磨面同時進行離子注滲，

31、工藝參數(shù)均由電腦控制。由于是通過比納米還小的離子進行注滲，鋼基體內的WC顆粒尺寸微小、數(shù)量眾多、彌散分布，兩者是冶金結合，梯度變化，沒有宏觀界面（見圖二）。由于堆焊、噴涂、離子注滲WC的工藝不同，WC耐磨層宏觀和微觀組織結構也不同，使它們抵抗磨損的能力表現(xiàn)出很大的差距。從高能離子注滲WC層的金相組織和硬度分布曲線（見圖三）來看，在這種組織結構中，WC和鋼基體兩者是優(yōu)勢互補，表面具有WC的高硬度、高耐磨性，心部則保持了所選鋼基體原來的硬度、強度和韌性。在表面與心部之間還存在一個性能漸變的梯度過渡區(qū)，有效地避免了性能突變時可能引起的材料破壞。在WC富集層內，無數(shù)細小WC顆粒起著彌散強化的作用，使鋼

32、基體提高了強度和抗疲勞性能。在磨損工況下，基體強度的提高，就是增強了WC顆粒經(jīng)受磨損的支持能力；抗疲勞性能的提高使WC顆粒崩裂脫落的危險大大減少。由于這些因素綜合作用，使WC本身的抗磨能力得到了充分發(fā)揮，宏觀表現(xiàn)出來的結果就是耐磨性很高。堆焊、熱噴涂WC的耐磨層雖然很厚，但它與基體不是完全冶金結合，也沒有過渡層，還有許多細小孔隙和微裂紋，還存在許多沒有金屬支持的WC聚合體。這一切使WC顆粒的支持能力減弱了。在劇烈磨損條件下，支持力不足的WC顆粒很快被磨掉，宏觀表現(xiàn)出來的結果就是耐磨性差。所以堆焊、熱噴涂形成的較厚的WC層，遠不如離子注滲的較薄的WC層耐磨。3 結論現(xiàn)代水泥生產中的立磨、輥壓機、

33、高效選粉機、燃燒器等設備中的許多耐磨零部件，過去大多采用堆焊、熱噴涂WC或采用國外進口耐磨鋼板來抗磨，耐磨效果尚可，但不理想?，F(xiàn)用WCSA替代堆焊、熱噴涂WC耐磨層及進口耐磨鋼板，耐磨性提高了3-6倍，還減少了維修費用和停機損失，改用WCSA收益遠高于WC注滲費用，使用WCSA耐磨件的經(jīng)濟效益十分顯著，因此，WCSA材料值得在水泥行業(yè)耐磨設備中大力推廣應用。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

34、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(jīng)過離子注滲WC改性后耐磨性都能提高3-15倍。結構鋼中的Q235和Q345通過注滲WC改性，其耐磨性比原Q235和Q345鋼都能提高4倍以上。低合金結構鋼，如20CrMo、20CrMnTi、38CrMoAl、40Cr、42CrMo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Cr2、9CrSi、Cr12、Cr12MoV、4Cr5MoSiV1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

35、上,耐磨材料。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HRC50，基體硬度越高，WC的抗磨本領就發(fā)揮得越充分，耐磨性越高?？傊徽撌裁翠摬慕?jīng)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

36、”把關，使許多由表及里的磨損奈何不得！經(jīng)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(wèi)輪中使用壽命又不高。WCP具有較高的紅硬

37、性、熱強性和急冷急熱穩(wěn)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(wèi)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(jīng)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(xiàn)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(jīng)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W