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关于碳化钨钢耐磨产品(专利号： ZL01113768.1)

　　　　　　　　　　　　在现代科技发展和工业生产中，很多重要设备及其备件处在恶劣条件下工作，如高速、高温、高压、重载条件下的金属部件，磨损、腐蚀、氧化等形式的破坏过程也加速进行，耐用性就成为发展生产，降低成本的限制环节之一。据权威部门统计，在失效的机械零部件中约75%属于金属磨损，金属磨损还会造成机械设备运转效率降低，工件更换或维修频繁，能源消耗增加。磨擦和磨损引起钢铁破坏，大多从表面开始，采用界面防护措施延缓和控制表面的破坏，成为解决磨损问题的有效方法，这促使各种表面防磨工程技术应运而生，使镀层、热渗镀、热喷涂、堆焊、镀膜以及高能束等技术日新月异。

用这些技术制成的各种表面耐磨材料，以及高锰、高铬、稀土耐磨铸铁（钢），铸石，粘贴陶瓷等耐磨材料，组成了一个耐磨材料大家庭。

目前，它们各具特色，各显耐磨神通，为科技和工业生产发展建功立业。但是，它们各自也存在很多先天不足。各种耐磨铸铁（钢）都具有铸造钢铁的基本性能，但硬度、强度、韧性偏低，耐磨性不足；铸石材料有一定耐磨性，价格较低，但重量太重，耐冲击性能差，易突发内应力破坏事故，安装和维修时不能现场切割和焊接；热喷涂、堆焊耐磨层，粘贴陶瓷层所形成的硬面，耐磨性好，适应面广，但都与基体存在一个结合强度偏低的界面，在该界面处易产生耐磨层脱落而失去

防磨作用；耐磨镀膜，高能束熔敷耐磨层适应面广，但普通存在耐磨层太薄，费用太高问题。在这种情况下，许多寻求耐磨材料的客户，迫切希望研究生产出一种经济型的高级耐磨材料。他们提出的技术要求归纳起来有五条：新耐磨材料的耐磨性比通用耐磨材料要高出几倍；新耐磨材料重量要轻，耐磨层厚度又不能太薄；新耐磨材料应同时具备高的强度、硬度、韧性及抗疲劳性；新耐磨材料在使用中耐磨层不能脱落、崩裂而使防磨失效；新耐磨材料应具有工程界接受的价格。在目前使用的耐磨材料中，同时达到这五项技术要求的很少。

WCSP则能同时达到这五项技术要求：WCSP的耐磨性很高，一般为淬硬工具钢4-15倍；WCSP基体厚度根据客户要求可在8-20mm内变动，耐磨层厚度只需用1-2mm就能在剧烈磨损工况下长期使用；WCSP外硬内韧，兼备高硬度、高强度、高韧性以及高抗疲劳性；主耐磨层与钢基体是冶金结合，呈梯度变化，没有宏观界面，在使用中特别是在冲击磨损工况下使用不存在因脱落、崩裂而失效；WCSP性能价格比高。因此WCSP一出现就备受冶金、电力、建材、石油、煤炭、化工、机械、轻工等行业的青睐。

WCSP被国家经贸委认定为"国家级新产品"。WCSP制造技术申报了国家发明专利。该技术已通过江苏省科技厅组织的省级技术鉴定，通过江苏经贸委新产品鉴定验收。

WCP用途

　　WCSP综合性能好，又特别耐磨。它适用于各种遭受强烈磨损工况下的机电产品，这些产品主要集中在冶金、建材、电力、石油、煤炭、化工、机械、轻工等行业。过去这些行业在强烈磨损场所找不到合适的耐磨材料，只好委屈求用，以数代质，寿命最短的只有几小时，寿命长的也不超过1-2年，这些机电产品的耐磨零部件改用WCSP后，其寿命都提高了几倍到几十倍，效果令广大客户感到神奇。

　　在黑色和有色冶金行业，矿业采掘、选矿、运输等系统耐磨件，烧结及冶炼系统耐磨件，压力加工中的轧辊及导卫系统耐磨件，这些耐磨件改用WCSP后，都取得了意想不到的耐磨效果。如某钢铁公司烧结厂，在400m2烧结机系统的许多耐磨件改用WCSP后，其使用寿命提高4-20倍，提高经济效益3-16倍。某轧钢厂高速线材轧机轧辊、导卫辊、导卫板改用WCSP，其使用寿命超过了国外进口产品2-4倍。

　　大型水泥集团的立磨、选粉机、燃烧器、收尘器，物料输送过程中的料斗、溜槽、辊轮等处使用，耐磨效果令人信服。如国内几家年生产水泥200万吨以上的水泥企业，他们立磨大多从丹麦出口，其立磨护板、拉杆等，过去都是堆焊8-10mm厚的WC耐磨层，使用寿命不超过4个月，改用WCSP后，用了二年多仍安然无恙。

　　在火力发电厂烟道防磨件、燃烧器、磨煤机、煤灰分级机、排粉机、除尘器、送引风机、异型管道管件、泵阀过流件等处使用，使用寿命大幅度提高。如某电厂烟道防磨板，改用WCSP后，寿命提高5倍以上；某电厂水膜除尘的防磨板改用WCSP后，比外国进口防磨板使用寿命提高8倍；某电厂流化床锅炉除灰渣弯管，由于流速高，使用寿命很短，改用WCSP后其寿命提高15倍以上。

　　石油、煤炭、化工、机械、轻工等行业，凡在原寿命不高的防磨零部件中改用WCSP，使用一段时间后，都一致认为，WCSP耐磨性能突出，值得在本行业大力推广。

WCP性能供货及计价

　　　WCSP供货方式有三种：一是客户自带零件，我公司进行WC注渗；二是客户提供所需耐磨零部件的技术资料，我公司承担制造的全过程；三是客户需要耐磨件和非耐磨件的组合设备，一律由我公司制造。三种上客户自己选择决定。

　　供货方式不同，计价方式也不一样。选用第一种方式，本公司只收取注渗费；选用第二种方式，计价则包括原材料费、机械加工费和注渗费三部分；选用第三种方式，注渗WC耐磨件按第二种方式计价，非耐磨件则按委托加工收费。

　　无论按哪种方式计价，注渗费均由被注渗面积（平方米）费及超重加价费两部分组成。超重加价费是指零部件被注渗的面积小，重量又重，注渗时炉子利用率低，电费加大以及欲渗材料消耗而形成的费用。通常每平方米注渗面积其重量不超过100公斤（含100公斤），不收以超重加价费，凡超过100公斤以上的重量部分，则按超出重量数收取超重加价费。

　 WCSP是采用高能离子使WC注渗到钢基体内，表面具有特殊的组织机构，形成耐磨性很高的碳化钨（WC）富集层。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其硬质合金为耐磨材料时，发现用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、钻具中得到很好应用，在其它机电产品中则应用较少。为了把硬质合金能够应用到其它机电产品中，工程界发展了碳化钨堆焊技术，解决了部分复杂形状零部件表面抗磨的难题。我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，具有很高耐磨性的碳化钨富集层达到0.3-0.5mm，碳化钨硬化层达到1-1.5mm。该产品具有高硬、高强、高韧，特别耐磨。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，填补了国内外硬面材料的一项空白，具有国际先进水平。


WCSP低倍金相组织	WCSP微观组织的SEM形貌

WCSP主要性能有：

　　一、WCSP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，形成特殊的组织机构，其微观组织特征详见图1和图2。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，其抗拉强度和抗疲劳性，也比钢基体有大幅度提高。心部则保持所选钢基体原有的高强度、高韧性。在表面和心部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。表面硬度根据客户要求以及被选择的钢基体性能，可在HRC45-64之间变动。WCSP的硬度不是衡量耐磨性唯一因素，软基体中WC同样具有耐磨性，只是比硬基体耐磨性稍差一些。硬度由表及里分布情况详见图3。在冶金、电力、建材等行业各种剧烈磨损工况条件下，WCSP中的碳化钨硬化层厚度只在1-1.5mm之间，但都表现出良好的综合力学性能和很高的耐磨性，其使用寿命达到原用耐磨材料的3-10倍，有的达到20倍以上。无数实践已证明WCSP具有很高的耐磨性，但理论研究滞后实践，目前的一些金属学理论和抗磨理论，对WCSP为什么具有如此高的耐磨性，还不能获得满意的解释，有待进一步从理论上加以研究。

　　二、WCSP具有高的红硬性和热强性：冶金、电力、水泥等行业在400-800℃温度下工作的设备，这些设备要求具有耐热性能的同时还要具有高的抗磨性能。WCSP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过程中同时渗进提高耐热性能的其它成份，这些成份的含量都可以根据需要进行控制，以达到在提高红硬性的同时增加热强性的抗氧化能力。WCSP使用在冶金烧结系统、高炉布料系统耐热耐磨零部件，电力和水泥行业燃烧器及烟道防磨零部件等方面，都取得了十分满意的耐热及抗磨效果。

　　三、WCSP工艺性好：WCSP生产工艺是：以钢铁为原材料，经机械加工制造出来各种零部件，通过高能离子注渗技术，在这些零部件表面注渗进WC。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，工件表面光洁度不受破坏；注渗在一定温度下进行，工件精度稍有减低，但由于高能注渗技术所形成的注渗层较厚，进行少量磨削等精加工后，也能保持高的耐磨性。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。由于WCSP工艺性好，使它能在许多行业的耐磨设备上获得广泛应用，不但提高了设备寿命，还为这些行业解决了许多技术难题和关键。

　　四、WCSP性能价格比高：目前普遍使用的高铬或稀土耐磨合金钢，铸石都很笨重。喷涂陶瓷或堆焊碳化钨，为防止工艺变形也需要较厚的钢基体。WCSP产品抗磨是靠厚1-1.5mm内的碳化钨的高硬度和特殊组织机构达到的，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、安装和维修费用都减少了。WCSP产品经过各种条件下耐磨试验，以及一百多家冶金、电力、建材、机械等客户实际使用结果证明：根据不同的工况条件，WCSP耐磨寿命为淬硬工具钢的4-15倍，是堆焊碳化钨材料的3-8倍。WCSP重量轻、寿命长、维修少，保证生产长期安全运行。因此，它的性能价格比高于其他耐磨材料，使用WCSP替代传统的耐磨材料将为客户带来很高的经济效益。