1、试验方法
试验原材料为轧钢厂报废的复合材料辊环，是由表面复合材料工作层(其WCp增强颗粒体积分数约为75%)和芯部Fe2C合金组成的复合结构辊环。
采用50kg中频感应炉对废旧辊环重新熔炼，熔炼辊环基体材料的化学成分在熔炼过程中C和Si元素有烧损，其含量有所下降，但当加入球化剂进行球化处理后Si含量又有所回升，其他元素含量基本不变。出炉温度为1600℃，此时由于WCp熔点较高并未熔化，只发生少量的局部溶解<6>。在1450℃时，将炼制好的熔体浇入自制的卧式离心机旋转的模具中，使其在离心力场下凝固获得外径233～234mm，内径120～130mm，轴向长度78mm的再生复合材料圆环铸件。然后将圆环铸件装入中温箱式电阻炉中，进行300℃回火热处理。
余量金相试样从再生复合材料圆环铸件上直接截取，经磨制，抛光后，采用光学显微镜，JSM25160LV型扫描电镜和EDAX电子能谱仪对再生复合材料显微组织进行观察和分析，并利用线分析法对其组织中增强相的体积分数进行测定。所谓线分析法，是指在光学显微镜下对试样的同一部位选取至少3个视场，并利用带有标尺的目镜读出组织中颗粒的体积分数，然后取其平均值来作为这一部位的颗粒体积分数。
2、试验结果及分析
在铸件径向断面上，颗粒的分布呈现出3个不同的区域，这主要是由于密度远大于合金熔体的未溶WCp在离心力作用下向铸件外层偏聚引起的。离心转速较低时(780r/min)，未溶WCp在圆环铸件外侧偏聚程度较小。在圆环铸件中间层和内侧中也有一定量的未溶WCp增强相存在。当离心转速提高到920r/min时，未溶WCp在圆环铸件外侧偏聚的程度较大，而在圆环铸件内侧有少量的原位WCp存在。其主要原因是金属液浇注后，未溶WCp在离心力作用下不断向型壁移动，随着金属液温度的降低，金属液粘度增加，未溶WCp沿径向迁移的阻力增大，其相对运动速度逐渐减小，从而造成WCp由铸件外侧到内侧逐渐减少，即颗粒呈梯度分布。
转速分别为780r/min和920r/min时，未溶WCp沿圆环铸件径向不同距离处的体积分数，其中离心机转速为920r/min时的圆环铸件，其外部工作层未溶WCp体积分数最高达65%，靠近心部基体中WCp含量约10%左右，离心机转速降低，圆环铸件中未溶WCp体积分数减少。可见，离心机转速越大，未溶WCp受到的离心力越大，WCp的分布梯度就越大。因此，可根据实际工况适当地改变离心转速而控制再生复合材料工作层中增强相的数量，从而获得所需的增强效果。
不同离心转速下制备的再生复合材料圆环铸件外部工作层组织中未溶WCp分布与形态的扫描电镜照片。可以看出，其组织为均匀分布的未溶WCp和粘结WCp的Fe2C合金基体，WCp与基体界面结合良好。除了未溶的WCp外，还有少量枝状碳化物在工作层基体内析出。WCp排列更为紧密，体积分数更高，表明在较高的离心力作用下有更多的未溶的WCp迁移到复合材料工作层内。
之所以出现上述现象，首先是因为WCp与Fe2C合金熔体的润湿角几乎为零，在重熔过程中，WCp与基体能很好地结合。通常在凝固过程中，颗粒与界面接触后被生长的界面所捕捉，则颗粒能在基体内均匀分布，反之，颗粒将在基体内偏析。由于WCp与Fe基体的润湿角很小，凝固时颗粒更容易被凝固界面捕捉到，因而更有利于其在基244特种铸造及有色合金2010年第30卷第5期体中均匀分布。根据相关文献记载，在1250℃下，WCp在Fe水中的熔解度接近7%，而熔炼温度显然要高于1250℃，于是颗粒发生溶解作用，这种溶解作用首先从颗粒表面开始，其溶解的速度和数量取决于熔炼的温度和时间。合金熔炼的温度越高，熔炼时间越长，WCp被溶的数量就越高。这些被WCp合金化的Fe水在随后的凝固过程中原位析出WCp，并呈树枝状长大。
780r/min离心转速下制取的再生复合材料圆环试样心部基体组织的扫描电镜，X射线衍射和能谱分析。可以发现，再生复合材料圆环试样心部基体组织为针状贝氏体，其中有原位析出的短杆状碳化物及网状碳化物，并有少量球状石墨分散在其中。经过能谱和X射线衍射分析可知，上述短杆状碳化物相主要为：WC，W2C和W3C，网状碳化物相主要为：Fe6W6C与Fe3W3C，WCp在重熔过程中被高温铁水部分熔解，使其周围液相合金化，合金液中的W含量增高。这种过饱和的Fe水在随后冷却过程中析出含有Fe，W等合金元素的复式碳化物。这种原位析出的碳化物相除了一部分迁移至工作层外，剩余的均留在心部基体内，有利于提高合金基体的硬度。
3、结论
(1)通过对废旧轧辊材料的重熔处理，并结合离心铸造法获得了由外部的WCp/Fe2C再生复合材料层和芯部Fe2C基体层组成的复合结构圆环铸件。在离心力的作用下，未溶解的WCp沿圆环铸件径向向外部偏聚，形成了厚度达10～15mm，颗粒体积分数达到65%，且分布较均匀的复合材料层。随着距离向内推移，中间过渡层颗粒体积分数急剧下降，并出现细小的WCp层。靠近心部基体层原位析出的WCp体积分数较少，约为10%.
(2)在不同离心机转速下，试样复合层内WCp含量随离心机转速的增加而升高，当离心机转速由780 r/min升至920r/min时，复合层内WCp含量可达由55%增加到65%.
(3)再生复合材料圆环铸件心部基体组织为贝氏体，原位析出的短杆状的WCp晶体以及网状的复合碳化物相和分布于基体中的少量球状石墨。
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