试验代号 |
I |
II |
III |
产品名称 |
高速线材轧制系统切分轮 |
高速热镦锻凹模 |
立磨护板 |
工况 |
接触950-1000℃轧件，切刃表面线速度14.6m/s，有冲击力，间断水冷却 |
工件温度900-1000℃，镦锻压力8T/cm2，2次/s，冲击力大，间断水冷却 |
磨损介质：块状和粉状石灰石，产量：80T/h，气体送粉速度20m/ s |
使用材料 |
高速钢
W6Mo5Cr4V2 |
中碳钢45#注渗WC |
热作模具钢012Al |
热作模具钢012Al注渗WC |
低碳钢20#堆焊WC |
低碳钢20#注渗WC |
寿命 |
切Φ16螺纹钢1000T |
切Φ16螺纹钢3600T |
镦锻轴承环毛坯1.8万件 |
镦锻轴承环毛坯7.1万件 |
80天 |
500天 |
相对耐磨性 |
1 |
3.6 |
1 |
3.9 |
1 |
6.25 |
3 结果分析
从上面三种产品相对耐磨性数据可知，尽管工况不同，相对耐磨性有些差别，但总体看，离子注渗WC的三种产品相对耐磨性均比原用材料有很大的提高。
3.1、不同材料耐磨试验结果分析
试验I为不同材料切分轮的耐磨性比较。即45#钢基体注渗WC切分轮与高速钢切分轮进行耐磨性比较，其结果是离子注渗WC切分轮相对耐磨性为后者的3.6倍。该试验是在恶劣工况下进行的，切分轮的切刃接触的是950-1000℃的轧材，水冷却又使旋转中的切分轮处于交变急冷急热状态中，高速行进的轧件使切刃发生强烈磨损，切刃还要承受来自轧件的冲击载荷。过去为了解决这一难题，客户曾试验过在切分轮切刃表面喷涂和堆焊WC；变换不同合金钢种，采用不同热处理工艺方法生产切分轮，其使用效果都不理想。最终选用价格昂贵的高速钢，高速钢切分轮每对只能切分Φ16螺纹钢1000T左右，采用高能离子注渗WC技术，基体采用廉价的45#钢，也能切分Φ16螺纹钢3600T以上。取得了利用低价材料代替高价材料且耐磨性还高几倍的效果。
3.2、相同材料耐磨性试验结果分析
试验II是相同材料（012Al）注渗与不注渗WC的两种凹模的耐磨性比较。该试验的工况比试验I还要恶劣，凹模处于交变的高温、高压、高冲击力的条件下使用。经实际观察，过去凹模失效形式主要是表面硬化层凹陷脆裂、掉块、使用面拉裂，所以该模具选用高级热作模具钢5Cr4Mo3SiMnVAl（012Al）制造。由于工况复杂，离子注渗WC使用的凹模基材仍用012Al。为了保证模具精度，注渗WC的模具工作面又进行了少量磨削，磨去一部分WC富集层。在工况条件完全相同，两种凹模材料又完全一样，经过多次反复试验，没有注渗WC的凹模平均寿命为1.8万件，注渗WC的凹模凹陷脆裂、使用面拉裂现象大大减少，使用寿命都在7万件以上，提高耐磨性3.9倍。
3.3、相同基材，不同工艺的WC材料耐磨试验结果分析
试验III是基材相同（20#碳钢），堆焊WC与离子注渗WC的两种护板耐磨性比较。我国大型水泥企业多采用立磨粉碎生料。这些立磨大部分从丹麦等国进口，该立磨生料日粉碎量过千吨。立磨磨辊内外面均有护板，防止大颗粒物料溅射外溢，承受速度很高的气力输送粉料的磨擦，磨损很严重。过去都在厚14mm钢板上堆焊8-10mm的WC，使用寿命平均80天。现仍用相同厚度的钢板，改堆焊WC为离子注渗WC， WC注渗层1.2mm，其中WC富集层0.35mm。使用寿命达到500天，提高耐磨性6.25倍。
4、机理分析
从上述试验结果分析可以看到，由于各种试验工况不同，不同试验的耐磨性数据不好直接比较。但有一点是相同的，就是所有试验都表明，离子注渗WC材料的耐磨性是出众的，它的耐磨性明显高于试验中的高速钢，热作模具钢及堆焊WC材料
4.1离子注渗WC材料耐磨性机理分析
离子注渗WC材料为什么比本来就很耐磨的高速钢、模具钢、堆焊WC材料更耐磨呢
从高能离子注渗WC层的金相组织（见图1）和硬度分布曲线（见图2）来看，高能离子注渗WC的组织结构和硬度分布有着重要的特征。WC和钢基体两者是冶金结合，优势互补。表面具有WC的高硬度，高耐磨性。心部则保留了所选钢基体原来的硬度、强度和韧性。在表层与心部之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。
无数离子轰击和注入，使注渗层内位错重新排列，形成许多小角度晶界、亚晶界，使注渗层内的基体晶粒得到细化。同时注渗WC层外来离子经过电子交换后，有的以晶体形式存在，有的则在晶体中某一个点阵中存在，引起许多晶格畸变。无数细小的WC颗粒又起到了弥散强化作用，使注渗层强度得到了大幅度提高。我们曾经做过2Cr13钢，注渗前后拉伸强度试验，采用拉伸试验标准圆柱试样进行，结果是离子注渗后的2Cr13试样拉伸强度比未注渗的2Cr13试样提高了50%以上。同样试样在800℃温度下进行拉伸试验，注渗后的2Cr13试样比未注渗的2Cr13试样拉伸强度高出1倍。注渗层强度的提高使WC颗粒在磨损时获得的支持能力大为增强，无疑耐磨性就增加了。
已知金属疲劳裂纹都源于材料表面。而离子注渗产品的表面由于无数离子不断轰击已发生塑性变形，伴随产生的压应力能有效抑制裂纹萌生；同时，原来易萌生裂纹的各种位错及其它晶体缺陷，在离子注入时，由于外来原子钉札作用使滑移面受阻，又不易萌生裂纹；从图1看到，注渗层晶体细化了，而钢基体内还是原来的粗晶粒，即使注渗层产生了裂纹，内部粗晶体组织又能减缓裂纹的扩展。这就是说在离子注渗WC的同时提高了钢基体的疲劳强度。疲劳强度的提高又使WC颗粒因裂纹而崩落的危险大大减少。原工艺生产的切分轮和凹模，在高应力的交变载荷和冷热冲击的作用下，裂纹和崩裂是经常发生的。而注渗WC切分轮和凹模不产生裂纹和崩落的事实也间接证实了上述分析可行性。
综上所述，WC注渗层耐磨性很高的原因有三条：数量众多，高度弥散分布的细小WC颗粒本身耐磨性高；钢基体对这些WC颗粒支持能力强；随着基体抗疲劳能力的增强，使WC的耐磨层又不易产生裂纹和崩落。三者综合作用的结果，宏观表现出来的就是耐磨性很高。由于离子注渗WC材料是一种新型材料，为什么具有如此高的耐磨性，还有待进一步从理论上加以系统研究
4.2、注渗WC比堆焊WC更耐磨的机理分析
离子注渗WC和堆焊WC工艺都有是以高耐磨的WC为抗磨载体。堆焊层厚度通常在5-10mm，而离子注渗WC厚度只有1mm多。为什么离子注渗的薄的WC层比堆焊的厚的WC层更耐磨呢？这需从WC层形成工艺，WC层组织结构加以说明。
目前大面积堆焊WC的耐磨件大多数是手工氧-乙炔或电弧堆焊，人为因素较多，工艺参数控制不严，WC分解脱炭严重，WC层内存在较多的空隙和微裂纹，也存在很多缺乏金属粘接的WC聚合体。WC层与母体材料之间没有形成完全的冶金结合，宏观界面清晰可见（见图3）。高能离子注渗WC工艺是在真空条件下进行，对所有耐磨面都在相同条件同时注渗WC，所有工艺参数均由电脑控制。由于通过比纳米还小的离子进行注渗，在钢基体内的WC颗粒尺寸细小、数量众多、且高度弥散分布，WC与母体是冶金结合，梯度变化，没有宏观界面。由于堆焊和离子注渗WC的工艺不同，WC耐磨层宏观结构与微观组织不同，使它们抗磨损能力就表现出很大的差距。
利用4.1所述离子注渗WC产品的耐磨机理，容易找到堆焊WC材料耐磨性不及注渗WC材料的原因。就是堆焊WC层中的WC由于工艺原因，分解脱炭严重，降低了WC本身的耐磨性。堆焊WC层中存在的孔隙、微裂纹及许多缺乏支持力的WC聚合体的存在，不但使堆焊层强度降低，削弱了对WC颗粒的支持能力，而且疲劳裂纹易在该处萌生、扩展，直至WC成块崩落。在上述各种不利条件影响下，使堆焊WC层的耐磨性大打折扣。而离子注渗WC材料则克服了堆焊WC层的许多缺点，充分发挥了WC本身的高抗磨本领，获得更加耐磨的效果。
5、 结论
(1)、经过实际使用的试验证明，高能离子注渗WC产品耐磨性很高。它可在许多恶劣工况下使用，且使用寿命高于高速钢（W6Mo5Cr4V2）、热作模具钢（Cr4Mo3SiMnVAl），也高于堆焊WC的产品。
(2)、高能离子注渗WC产品优异的耐磨性与它的生产工艺先进性，以及由此形成的独特组织结构有密切关系。离子注渗WC耐磨材料，具有高硬度、高强度、高疲劳强度等综合性能，使它的耐磨性能超群，成为工程界青睐的新型耐磨材料。
碳化钨注渗钢基耐磨合金在水泥行业的应用及高耐磨性分析
（新世纪水泥导报2003.2）
摘要：水泥行业立磨、辊压机、选粉机、燃烧器等设备中的耐磨件，采用离子注渗钢基耐磨合金（下简称WCSA），其耐磨性是堆焊、喷涂碳化钨耐磨层的3-6倍，也比进口耐磨钢板的耐磨性高3倍以上。WCSA高耐磨性是由先进的离子注渗工艺及其形成的特殊组织结构所决定。水泥行业采用WCSA耐磨件经济效益十分显著。
关键词：碳化钨
耐磨合金 高耐磨性
立磨 辊压机
选粉机
燃烧器。
0
引言
水泥生产过程中，其原料和燃料由于数量多，物料硬，运动快，对设备磨损严重。立磨扇形护板、导流护板、拉杆护套；辊压机中的布料器、挡料板、溜管；高效选粉机中的选粉壳体、叶片、撒料盘、旋风筒；燃烧器煤风管中的进煤管、上下壳体、耐磨套、内外喷头、菱形支撑板；中间料仓进出口溜槽、料斗；高速提升机、链斗机、取料机设备中的滚、套、销；煤粉制造和输送系统的异径管、弯管；风机和收尘器系统的弯管、楔形管、梯形板等都需要在物料磨损面采取防
磨措施。过去，这些零件的耐磨面大多采用堆焊、喷涂耐磨层或碳化钨（WC）层，选购进口耐磨钢板来抗磨，收到了一定效果，但耐磨性仍然偏低。如堆焊WC的立磨护板使用寿命最长的不会超过四个月；选粉机叶片、燃烧器中煤风管，在堆焊或热喷涂WC后使用寿命也达不到一个大修理期；中间料仓出口锥度管，选用进口耐磨钢板制作，其寿命通常也达不到一年。这些零部件更换和维修频繁，使设备运转效率减低，提高了产品成本，制约了生产的发展。
为了提高这些设备的耐磨性，北京永固运通表面合金科技有限公司发明了离子注渗WC制备高级耐磨材料的新技术。该技术已获得国家发明专利，具有自主知识产权。它是通过高能离子注渗技术向需要耐磨的钢铁零部件的表面及表层，注渗进高抗磨的WC，WC层达到1.2-1.5mm，其中WC含量较高的富集层达到0.3-0.5mm。使原钢铁零部件表层改性为WC注渗钢基耐磨合金（下简称WCSA）。WCSA具有高硬、高强、高韧及高的抗疲劳性，由于零部件需要抗磨的表面及表层有WC“盔甲”把关，由表及里的磨损则奈何不得。在离子注渗WC时，注渗层及周边部位的红硬性和热强性也同时大幅度提高，实现了耐磨性、耐热性、强韧性的合理组合，较好地满足了水泥行业耐磨又耐热的燃烧器等零部件的需求。WCSA是在钢铁零部件需要抗磨部位经离子注渗WC而成，注渗件形状不限，注渗后工件尺寸不会增加，表面粗造度基本不变。WCSA零部件的耐磨性达到堆焊或热喷涂WC层以及进口耐磨钢板的3-6倍，离子注渗碳化钨的费用略高于堆焊和进口耐磨板，比超音速喷涂WC低很多。WCSA零部件大幅度提高耐磨零部件使用寿命，减少停机损失和维修费用，这几方面综合效益远高于注渗碳化钨费用，经济效益十分显著。因此，WCSA产品倍受水泥行业工程界的青睐。
1
使用效果
目前在水泥行业中，WCSA产品主要用于立磨、辊压机、高效选粉机、多通道燃烧器的耐磨零部件，都取得了十分满意的使用效果。
1.1
立磨耐磨零部件：
我国大型水泥企业，不少单位采用立磨粉碎生料。这些立磨过去大部分从欧洲进口，目前国内沈阳、合肥等地也都生产立磨。立磨生料粉碎产量大，使立磨内的护板、拉竿护套、冷却水管等零部件磨损很快。如进口立磨的内外护板，是在钢板上堆焊8-10mm厚的WC，其使用寿命达不到四个月。国产立磨护板使用寿命比进口的还差一些，现在钢板上注渗进WC，钢板内WC富集层为0.3-0.4mm。经国内许多水泥集团的长期使用，其寿命达到原堆焊WC耐磨板的6倍以上。
1.2
辊压机系统耐磨零部件：
辊压机作为水泥厂物料粉碎的主设备，越来越多地得到应用。但辊压机系统目前存在的主要问题是有些零部件寿命较低。压辊是靠厚度耐磨的，WCSA中的WC注渗层只有1.5mm，提高压辊寿命有限。除压辊外，辊压机系统的中间仓入料口及下锥体；辊压机布料器及端挡板，输送物料的溜槽、异径管、弯管等，寿命也较低。过去这些零部件大多采用进口耐磨钢板制造，使用寿命不到一年。华北地区多家大型水泥集团公司都改用WCSA制造。最早使用厂家已达2年以上，磨损量很小，根据磨损量可以推算WCSA比进口耐磨钢板耐磨性最少高3倍以上。
1.3
高效选粉机耐磨零部件：
选粉机是水泥生产的主要设备之一。为了提高选粉效率，高效选粉机逐步替代过去使用的低效选粉机。高效选粉机的旋转体速度和气流速度也要加大，要求选粉机内的许多零部件具有高的耐磨性。如某高效选粉机的叶片只有6mm厚，过去采用热喷涂WC来解决，由于耐磨性不足，使高效选粉机达不到“高效”。现在改用6
mm厚钢板注渗WC ，使用效果很好。天津等地制造的高效选粉机中的叶片、连接板、衬板、布料器、撒料盘等零部件都采用了离子注渗WC材料，使高效选粉机的使用寿命达到同类选粉机的5倍以上。
1.4
多通道燃烧器零部件：
水泥企业回转窑普遍采用各种二通、三通、四通或多通道燃烧器。燃烧器的煤风管、调节板等零部件磨损很快。特别是煤风管，它是由两种不同直径的钢管组成，直径大多在Ф219mm以下，其长度均超过800mm，大管内面，小管外面需要耐磨。由于径长比很小，不论堆焊或热喷涂WC，大管内面耐磨性均比小管外面耐磨性差，使煤风管寿命减少。现改用离子注渗WC，大小管耐磨面处处耐磨性一样，而且耐磨性大大提高。天津、湖北、江苏等地的燃烧器制造厂家都改用WCSA的煤风管，其寿命都比堆焊、喷涂WC提高3倍以上，保证水泥企业在一个大修理期内无需更换煤风管，受到了用户的好评。
2
效果分析
从立磨、辊压机、选粉机、燃烧器系统耐磨件实际使用效果看，离子注渗WC的零部件比堆焊、喷涂WC及进口耐磨钢板的耐磨性提高3-6倍。离子注渗、堆焊、喷涂三种工艺都是以高耐磨WC为抗磨载体，堆焊WC耐磨层最后大约4-10mm；喷涂WC的厚度在0.5～2mm；离子注渗WC富集层只有0.35mm左右。为什么薄的比厚的更耐磨呢？这需要从各自WC层的形成工艺，WC层组织结构及耐磨机理加以说明。
目前堆焊WC
的工艺大多数是手工氧—乙炔或电弧堆焊，也有用高频感应或宽带极堆焊的。普遍使用的热喷涂方法有火焰、电弧、等离子喷涂，还有超音速火焰喷涂、爆炸喷涂，后者质量虽好，但价格太高，一般机械很少采用。目前机械工程中的堆焊和喷涂基本上是人工操作，人为因素较多，工艺参数控制不严，WC分解脱炭严重，WC层内都存在较多孔隙和微裂纹。WC层与基体之间以机械结合为主，冶金结合为辅，宏观界面清晰可见（见图一）。
高能离子注渗WC工艺是在真空下进行，对所有耐磨面同时进行离子注渗，工艺参数均由电脑控制。由于是通过比纳米还小的离子进行注渗，钢基体内的WC颗粒尺寸微小、数量众多、弥散分布，两者是冶金结合，梯度变化，没有宏观界面（见图二）。
由于堆焊、喷涂、离子注渗WC的工艺不同，WC耐磨层宏观和微观组织结构也不同，使它们抵抗磨损的能力表现出很大的差距。
从高能离子注渗WC层的金相组织和硬度分布曲线（见图三）来看，在这种组织结构中，WC和钢基体两者是优势互补，表面具有WC的高硬度、高耐磨性，心部则保持了所选钢基体原来的硬度、强度和韧性。在表面与心部之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。在WC富集层内，无数细小WC颗粒起着弥散强化的作用，使钢基体提高了强度和抗疲劳性能。在磨损工况下，基体强度的提高，就是增强了WC颗粒经受磨损的支持能力；抗疲劳性能的提高使WC颗粒崩裂脱落的危险大大减少。由于这些因素综合作用，使WC本身的抗磨能力得到了充分发挥，宏观表现出来的结果就是耐磨性很高。堆焊、热喷涂WC的耐磨层虽然很厚，但它与基体不是完全冶金结合，也没有过渡层，还有许多细小孔隙和微裂纹，还存在许多没有金属支持的WC聚合体。这一切使WC颗粒的支持能力减弱了。在剧烈磨损条件下，支持力不足的WC颗粒很快被磨掉，宏观表现出来的结果就是耐磨性差。所以堆焊、热喷涂形成的较厚的WC层，远不如离子注渗的较薄的WC层耐磨。
3
结论
现代水泥生产中的立磨、辊压机、高效选粉机、燃烧器等设备中的许多耐磨零部件，过去大多采用堆焊、热喷涂WC或采用国外进口耐磨钢板来抗磨，耐磨效果尚可，但不理想。现用WCSA替代堆焊、热喷涂WC耐磨层及进口耐磨钢板，耐磨性提高了3-6倍，还减少了维修费用和停机损失，改用WCSA收益远高于WC注渗费用，使用WCSA耐磨件的经济效益十分显著，因此，WCSA材料值得在水泥行业耐磨设备中大力推广应用。
离子注渗碳化钨用于冶金设备易耗配件耐磨效果好
（冶金文摘2006.1）
摘要：筛分烧结料的筛板，高炉放散阀，转炉湿法除尘脱水器弯板，轧钢线上的导卫轮、切分轮等易耗配件，改用碳化钨离子注渗钢基耐磨合金（下简称WCSA），替代了原用的堆焊、喷涂等表面改性耐磨材料；替代了昂贵的高合金工具钢、高速钢。使用寿命达到上述被替代材料的三倍以上，经济效益十分显著。并对WCSA高耐性原因进行初步分析。
关键词：碳化钨
筛板
放散阀
脱水器弯板
导卫轮
切分轮
耐磨性
1、前言
钢铁企业中的许多设备都处于剧烈磨损工况中。过去这些设备及其配件大量采用堆焊、喷涂等表面改性耐磨材料；或选用高合金工具钢、高速钢制造。尽管如此，还有很多设备配件的寿命很低。如烧结系统的筛板，使用高铬镍合金制造，寿命也不超过三个月；高炉放散阀堆焊厚5～10mm碳化钨，寿命仍低于2个月；高线轧制线上的切分轮，用W6Mo5Cr4V2高速钢制造，过钢量也达不到1500T……造成设备停机率高，维修工作量增大，制约了产量，影响了质量，还增加了成本。因此研究新型耐磨材料替代传统的耐磨材料是一项刻不容缓的工作。最近几年，碳化钨注渗钢基耐磨合金（WCSA）在冶金行业得到了广泛应用。WCSA具体使用效果及耐磨机理还未见报道，本文对此问题进行研究探讨。
2、WCSA产品使用效果
烧结、炼铁、炼钢、轧钢设备的许多易耗配件，改用WCSA后，提高了使用寿命，降低了生产成本，受到客户的广泛欢迎。
2．1烧结系统WCSA产品使用效果
某钢铁公司烧结厂有一台400m2烧结机，日处理烧结料万吨左右。由于烧结机负荷重，工作条件十分恶劣，与烧结机相配套的各种机械设备寿命较短。如各种溜槽，原用16Mn钢板堆焊10mm厚碳化钨耐磨层，使用寿命只有100天左右；筛板、盲板原用Cr24Ni5耐热耐磨铸钢，使用寿命只有3个月左右；合金钢制造的风机叶片，寿命不到半年……最近几年，烧结系统中这些关键易耗配件都改用WCSA产品。WCSA溜槽平均寿命提高到400天；WCSA筛板使用寿命达到一年以上；WCSA风机叶片寿命提高3倍以上；WCSA除尘弯管寿命提高4倍……由于改用WCSA后寿命提高数倍，节约了生产成本，减少维修强度和维修费用，大大提高了设备作业率，其经济效益十分明显。
2．2炼铁系统WCSA产品使用效果
高炉上的放散阀、受料漏斗、旋转溜槽、炉前开铁口机钻打轴等都是磨损较快的零部件。过去高炉上的放散阀大部分采用合金铸钢、球墨铸铁再堆焊或喷涂一层耐磨层，平均寿命只有一个月左右。当改用WCSA的放散阀座和阀盖，平均使用寿命达到8个月以上；炉前开铁口机的钻打轴，由于工作负荷重，工况较恶劣。原用合金工具钢生产的钻打轴磨损很快，有时还出现断轴事故，影响生产和安全。钻打轴改用WCSA产品磨损减少了，轴不断了，使用寿命提高4倍以上。
2．3
WCSA弯头脱水器下弧板使用效果
某钢铁公司20T和100T
转炉采用湿法除尘。净化回收转炉烟气系统的第一级文氏管后，是900弯头脱水器及下弧板。该下弧板由于长期使用碱性水冲刷，压力大，流速快，溶液中又含有很多固体颗粒，磨损严重。原来用8mm厚的16MnCu钢制造，一般使用30天左右就被打漏，停炉补焊，补焊后不久又被打漏，影响生产。现改为在普通钢板表层注渗碳化钨，耐磨耐蚀性大大提高，使用寿命达到6个月以上。
2．4
WCSA导卫轮及切分轮使用效果
轧钢生产线上的导卫轮，高速线材轧制线上的切分轮，长期与950～10000C轧件局部接触，水冷却又使导卫轮、切分轮处于急冷急热状态中，常常发生疲劳裂纹引起表面崩裂失效；高速行进的轧件又使导卫轮、切分轮产生强烈磨损。不规则的外力又加快了磨损。在这种较恶劣工况下工作的导卫轮、切分轮使用寿命普遍较低。
某钢铁公司轧钢厂，用一般耐磨材质制造的导卫轮，过钢量不超过2000T。使用周期还不稳定，给导卫轮定期更换带来很大困难。为了解决这一难题，轧制生产线上的工程师们，在优化选择导卫轮材料、合理使用导卫轮表面改性处理工艺、改进导卫轮结构设计等方面进行大量研究试验工作，取得了很多进展。目前该公司轧制生产线上的导卫轮采用4Cr5MoSiV1（简称H13）钢材制造，再经适当表面热处理。这种导卫轮在第八架轧机使用，过钢量达到6000T左右；在第十架轧机使用，过钢量达到5000T左右。但他们并没有满足已经取得的成绩，在原导卫轮表面注渗了碳化钨，改性后的WCSA导卫轮在第八架轧机使用过钢量平均达到28500T，提高寿命4.7倍，在第十架轧机使用过钢量达到19000T，提高寿命近4倍。
某钢铁公司高速线材轧制线上的切分轮，使用寿命一直较低。过去曾试验过对切分轮楔尖局部热处理；切刃喷涂和堆焊碳化钨；也采用过不同成份合金工具钢制造。这些措施的效果都不太理想。相对而言，采用昂贵的W6Mo5Cr4V2高速钢制造的切分轮，使用寿命尚可。在轧制￠16带肋钢筋时每对切分轮过钢量达到1000T左右。后来改用一般工具钢制造并经离子注渗碳化钨处理，这种WCSA切分轮过钢量达到3300T以上。过去常常发生的疲劳裂纹引起崩烈的现象消失了。一只高速钢切分轮，采购价250元/只；而WCSA切分轮采购才200元/只。价格下降20%，寿命提高3倍以上。
3、WCSA产品高耐磨性初步分析
上述实例说明WCSA零部件比堆焊、喷涂表面改性耐磨材料更耐磨，比热处理硬
化后的合金工具钢、高速钢更耐磨。WCSA为什么比这些耐磨材料更耐磨呢？
WCSA是北京永固运通表面合金科技有限公司的发明专利技术产品。该产品以一般结构钢或工具钢制造，然后以直径比纳米还小的高能碳化钨离子注渗到钢基体表层冶金而成。注渗层厚度达到1.2～1.5mm。注渗层中的碳化钨以微小质点高度弥散分布在钢的不同晶格中。它与钢基体是冶金结合。形成了以钢基体完全不同的特殊组织结构和独特性能：表层具有WCSA的高硬度、高耐磨性能，心部又保留了所选钢基体的强度和韧性，在表层与心部之间还存在一个性能渐变的梯度过渡区。实现了耐磨性、强韧性、耐热性、抗冲击性的合理组合。
从微观角度看，钢材表层经无数离子轰击和注入，使注渗层内晶体结构发生很大变化，形成很多小角度晶界、亚晶界，使注渗层晶粒得到细化。无数外来离子经过电子交换后，有的形成晶体存在，大部分则在钢基晶体中的某一点阵中存在，引起了许多晶格畸变。外来的许多微小的WC颗粒分布在钢基内，弥散强化作用很突出。这些使注渗层的硬度、拉伸强度、疲劳强度以及红硬性、热强性等综合性能比钢基体有大幅度提高，使遭遇磨损的碳化钨颗粒不被很快磨耗掉的夹持能力大大增强，使WC本身的高耐磨性得到充分展示。
前面提到采用工具钢、高速钢制造的导卫轮、切分轮，经常发生疲劳裂纹崩裂而失效。实践证明，WCSA导卫轮和切分轮不存在这个问题。这是因为金属疲劳裂纹都源于材料表面。离子注渗WC产品的表面，由于注渗时无数离子轰击已发生塑性变形，伴随产生的压应力有效地抑制裂纹萌生。同时钢基中易萌生裂纹的各种位错及其它晶体缺陷，在离子注入时，由于外来原子的填充，强烈的钉扎作用使滑移面受阻，不易萌生裂纹。注渗层晶粒细化也能有效地阻止微裂纹扩展。这些因素使WCSA导卫轮、切分轮在使用中不易发生裂纹和崩落。
总之，离子注渗碳化钨层中，聚集了数量众多、高度弥散分布的细小WC颗粒，这些WC颗粒抗磨能力强；随着注渗层综合力学性能的提高，使WC颗粒在磨损时获得很大的支护能力，使WC颗粒不崩不掉；注渗层还具有不易产生疲劳裂纹而崩裂破坏的功能。上述因素综合作用的结果，宏观表现出来的，就是WCSA在许多治金设备易耗配件中具有杰出的耐磨功能。由于离子注渗碳化钨材料是一种新型耐磨材料，它为什么具有如此高的耐磨性，还有待进一步从理论上加以系统的研究。
4、结语
碳化钨注渗钢基耐磨合金（WCSA）是一种创新型的高级耐磨材料。它主要用于冶金行业许多剧烈磨损设备的易耗配件。替代了原用的堆焊、喷涂等表面改性耐磨材料；替代了原用高合金工具钢、高速钢制造的易耗配件。使用寿命还比上述被替代材料提高3倍以上，技术经济效益十分显著。在大量消耗耐磨材料的冶金行业，推广应用WCSA产品具有十分重要的意义。
