增强相颗粒的选择要考虑颗粒本身的物理化学性能,如密度、熔点、硬度、颗粒与基体的相容性等。WC颗粒以其高硬度(HV2080)、高熔点(2525℃)、与铁液良好的润湿性等优点,成为本试验的优先选择。WC的化学成分见,粒度为40~60目。
制备工艺试验在自制卧式离心铸造机上进行。首先将预先装入WC颗粒的喷射试验管带喷孔一端固定在离心机铸型中央,喷射管另一端接空气压缩机。当铁液(1400℃)浇入铸型的同时开启空气压缩机阀门,喷射试验管内的WC颗粒在气体压力作用下射入铁液,使在铸件外表面形成WC颗粒与高铬铸铁结合的复合层,浇注完毕,关闭空气压缩机阀门。铸件冷却凝固后便得到所要求的复合材料辊环。用线切割截取所需试样,磨制、抛光制成金相试样。
试验结果与分析复合轧辊显微组织是轧辊表面复合层金相组织(未腐蚀)。由可见,通过离心铸造喷射法,WC颗粒弥散分布于高铬铸铁基体中。图中部分WC颗粒大小不均的原因是有些颗粒被铁水熔解。WC颗粒在1250℃温度下在铁水中的熔解度接近7%,因此当WC颗粒与高温铁水复合时,有的颗粒被部分熔解,有的甚至被解体。
复合层磨损试验分析在MLS-225型湿砂橡胶轮磨损试验机上分别对WC颗粒增强复合材料试样(编号为1)和高铬铸铁Cr20试样(编号为2)进行磨料磨损试验。每个试样先经过1000r的预磨后在电子天平上精确称重,质量为M0;经2000r磨料磨损后,称其质量为M1;再经2000r磨损后,称其质量为M2.求得各试样磨损后质量损失,其损失量表示材料的耐磨性,值越小,则耐磨性越高。ΔM1、ΔM2表示各经2000r磨损后的质量损失量。
结论(1)采用离心铸造喷射工艺,成功制备出碳化钨颗粒弥散增强高铬铸铁基复合轧辊材料。(2)磨损试验表明,复合轧辊材料表现出良好的耐磨损性能,较铸态Cr20提高了1.38倍。