第9期 王建升等：铸钢轧辊电火花沉积YG8涂层的组织结构和性能 。1155。 1200 (a) 红 降.从上面知道，沉积层的组织中含有高硬度的复 800 杂的碳化物等，而且这些具有粒状细小的高硬度的 400w Fe Co 碳化物是以弥散形式分布的，由于电火花沉积加热 04 WW 和冷却是瞬间完成的，存在着高密度的位错和较高 0 1 456789 能量keV 的残余应力，这些都导致沉积层具有较高的显微 700C(b) 硬度 《刘和)利票 500L Fe 2.4沉积层耐磨性能的分析 300L, 图5为沉积试样和基体的摩擦因数随时间的变 % 789 化图.从中可以看出：在30min内，基体的摩擦因数 4 5 10 能量keV 变化比较大：磨损开始后，摩擦因数先降低而后逐渐 400r (c) 变大.这主要因为基体的硬度不是很高，磨损一开 《) 300 Fe 200 Fe 始即发生严重的黏着，导致摩擦因数迅速增大，磨损 Co 100 W Ww.ww 也比较严重，开始阶段的磨屑主要是黏着造成的材 料转移和剥落形成的，在实验磨损条件下，摩擦副接 4 6 8910 能量keV 触非常紧密，开始形成的磨屑难以逸出，蓄积在两个 图3图2(c中颗粒A,B和C能谱.(a)颗粒A:(b)颗粒B: 接触界面之间成为第3体，将摩擦副分离，使摩擦副 (d颗粒C 相对之间的黏着减弱，并使接触性质发生变化，因此 Fig.3 EDX spectra of Particles A.B and C in Fig.2(c):(a)Parti 摩擦因数迅速下降.随着磨损的进行，磨损接触面 cle A:(b Particle B (c)Particle C 逐步增大，粗糙度变大，温度升高，使磨损工况复杂， (columnar);到接近熔池时，随着G和GlR的进 最终导致摩擦因数逐渐增大.电火花沉积试样后摩 一步减小，成分过冷更加显著，界面上凸起部分能够 擦因数相对来说比较小，主要是因为沉积层中细小 深入液体内部较长的距离，与此同时，凸起部分也向 晶粒的析出增强了沉积层耐磨性能，使得沉积层的 周围排溶质，于是在横向也产生了成分过冷，这时从 摩擦因数有所降低， 主干向横向方向伸出短小的二次横枝.但是，由于 0.8 主干的间距较小，因此二次横枝也比较短，这样就形 0.6 成了特殊的胞状树枝状晶结构2（图2(b)等轴晶 基体 (dendritic)处. 0.4 2.3沉积层硬度变化 0.2 如图4是采用HSV1000型显微硬度计对电火 沉积试样 花沉积层的硬度进行测量的结果.结果表明：电火 花沉积层具有较高的硬度，最高可达13906HV, 0.2 400800120016002000 平均硬度为1331HV,沉积层的硬度显著高于基体 时间s 硬度：而从沉积层到过渡层基体的显微硬度逐渐下 1600 图5沉积层与基体的摩擦因数 Fig.5 Friction coefficient of the ESD coating and substrate 1400 1200 沉积层与铸钢轧辊的摩擦磨损实验结果见 表3.从表3中可见，沉积层的磨损率为00010g r1,铸钢轧辊的磨损率为00023gr1.沉积层的 800 基体 沉积层 相对耐磨性为： 600 ew=△Ws/△Wm=2.7/1.2=23 400 过渡层 式中，εw为沉积层的相对耐磨性；W为铸钢轧辊 200 10 20 30 40 试样磨损损失质量，g:Wm为沉积层磨损损失质量， 到沉积层表面的距离μm g·可见沉积层的相对耐磨性比轧辊钢提高了2.3 图4沉积层的显微硬度 倍. Fig 4 Microhardness distribution of the coating图3 图 2( c) 中颗粒 A 、B 和 C 能谱.( a) 颗粒 A ;( b) 颗粒 B ; ( c) 颗粒 C Fig.3 EDX spectra of Particles A, B and C in Fig .2( c) :( a) Parti￾cle A ;( b) Parti cle B;( c) Particle C ( columnar) ) ;到接近熔池时, 随着 G 和 G/ R 的进 一步减小, 成分过冷更加显著, 界面上凸起部分能够 深入液体内部较长的距离, 与此同时, 凸起部分也向 周围排溶质, 于是在横向也产生了成分过冷, 这时从 主干向横向方向伸出短小的二次横枝.但是, 由于 主干的间距较小, 因此二次横枝也比较短, 这样就形 成了特殊的胞状树枝状晶结构[ 12] ( 图 2( b) 等轴晶 ( dendritic) 处) . 图 4 沉积层的显微硬度 Fig.4 Microhardness distribution of the coating 2.3 沉积层硬度变化 如图 4 是采用 HSV1000 型显微硬度计对电火 花沉积层的硬度进行测量的结果.结果表明 :电火 花沉积层具有较高的硬度, 最高可达 1 390.6 HV, 平均硬度为 1 331 HV, 沉积层的硬度显著高于基体 硬度;而从沉积层到过渡层基体的显微硬度逐渐下 降 .从上面知道, 沉积层的组织中含有高硬度的复 杂的碳化物等, 而且这些具有粒状细小的高硬度的 碳化物是以弥散形式分布的, 由于电火花沉积加热 和冷却是瞬间完成的, 存在着高密度的位错和较高 的残余应力, 这些都导致沉积层具有较高的显微 硬度. 2.4 沉积层耐磨性能的分析 图 5 为沉积试样和基体的摩擦因数随时间的变 化图.从中可以看出:在 30 min 内, 基体的摩擦因数 变化比较大 ;磨损开始后, 摩擦因数先降低而后逐渐 变大 .这主要因为基体的硬度不是很高, 磨损一开 始即发生严重的黏着, 导致摩擦因数迅速增大, 磨损 也比较严重, 开始阶段的磨屑主要是黏着造成的材 料转移和剥落形成的, 在实验磨损条件下, 摩擦副接 触非常紧密, 开始形成的磨屑难以逸出, 蓄积在两个 接触界面之间成为第 3 体, 将摩擦副分离, 使摩擦副 相对之间的黏着减弱, 并使接触性质发生变化, 因此 摩擦因数迅速下降 .随着磨损的进行, 磨损接触面 逐步增大, 粗糙度变大, 温度升高, 使磨损工况复杂, 最终导致摩擦因数逐渐增大 .电火花沉积试样后摩 擦因数相对来说比较小, 主要是因为沉积层中细小 晶粒的析出增强了沉积层耐磨性能, 使得沉积层的 摩擦因数有所降低 . 图5 沉积层与基体的摩擦因数 Fig.5 Friction coefficien t of the ESD coating and substrate 沉积层与铸钢轧辊的摩擦磨损实验结果见 表 3 .从表 3 中可见, 沉积层的磨损率为 0.001 0 g· r -1 , 铸钢轧辊的磨损率为 0.002 3 g·r -1 .沉积层的 相对耐磨性为: εW =ΔWS/ΔWm =2.7/1.2 =2.3 式中, εW 为沉积层的相对耐磨性;WS 为铸钢轧辊 试样磨损损失质量, g ;Wm 为沉积层磨损损失质量, g .可见沉积层的相对耐磨性比轧辊钢提高了 2.3 倍 . 第 9 期 王建升等:铸钢轧辊电火花沉积 YG8 涂层的组织结构和性能 · 1155 ·