Vol.19 No.6 张丽英等：超声雾化沉积WC颗粒增强高速钢复合材料的制备 ·597· 需求， 由图1同时可见，高速钢基体上的WC颗粒本身大小并不均匀，究其原因，一方面是实验 中加人的WC颗粒本身粒度不均；另一方面，在极短的高温时间内（约10~2s)部分WC颗粒 与高温金属液滴（约1500℃）结合，发生了WC重结晶现象，即大颗粒长大而小颗粒溶解.这 一现象由图2得以证实：WC颗粒边界发生了平直化，形状呈规则的四边形或菱形，说明WC 颗粒经历了重结晶长大的过程 图2上元素W的线扫描曲线可见，颗粒内部W含量与基体中的W含量差异很明显，颗 粒与边界之间的成分过渡层非常薄，说明在快速冷却过程中，WC颗粒中的W基本未向基体 中扩散，这是保持WC硬度的有利因素，对材料的耐磨性及整体硬度的提高是非常重要的.观 察M2WC复合材料的基体组织，发现其中基本没有网状或鱼骨状一次碳化物，在WC颗粒较 为稀疏的区域只有弥散分布的点状一次碳化物，而在WC颗粒较密集的区域内，一次碳化物 基本消失.究其原因，一方面，WC颗粒随多相流进人沉积体时，作为高动能粒子将击碎沉积 体中的网状和鱼骨状一次碳化物，从而使WC颗粒密集的区域中粗大的一次碳化物细化；另 一方面，WC颗粒进人沉积体时与金属液滴或半凝固状沉积表层之间的温度差异极大，实质 上成为“冷却剂”而进一步提高了WC颗粒周边基体的冷却速率，使得奥氏体中合金元素含量 的饱和固溶度上升，从而使一次碳化物析出量明显减少.如前所述，网状和鱼骨状一次碳化物 是高速钢合金组织性能的不利因素，而雾化沉积高速钢中加入WC颗粒使得网状和鱼骨状碳 化物明显减少甚至消失，而高的冷却速度使一次碳化物以点状析出，这无疑将非常有效地提 高材料的强度，使获得良好的硬度和强度配合成为可能，从图1中见到基体晶粒细小或呈现 大面积不完整晶界，是提高材料强韧性配合的有利因素， 2.3WC颗粒对复合材料硬度的影响 采用硬度计测定该材料的硬度值(HRC)并与常规铸锻高速钢比较，如表1所示 由表1可见，WC颗粒加人后的雾化沉积高速钢硬度平均值达到HRC70,比常规铸锻高 速钢高约5度，大幅度提高了材料的硬度，可见WC颗粒加人对改进材料的硬度十分有效， 表1喷射成形WC强化M2与常规M2HRC对比 材料 硬度(HRC) 平均值 沉积M2WC 69 71 70.5 69.5 70 70 常规铸锻M2 63.5 64 64.8 65.0 65.2 64~656 3 结论 (1)采用超音雾化沉积法制备WCM2高速钢复合材料是可行的.其中，负压输送外环加 人WC的方法是成功的 (2)WC颗粒与基体结合良好，二者之间有很好的物理相容性， (3)材料的组织特征有利于提高高速钢综合性能，WC颗粒的加入成功地提高了材料的 硬度，达到了材料设计的预期目的.张丽英等 超声雾化沉积 颗粒增 强 高速 钢复合材料的制备 需 求 由图 同时可见 ， 高速 钢基体上 的 颗粒本 身大小 并 不 均 匀 ， 究 其原 因 ， 一方 面是 实验 中加 人 的 颗粒本 身粒度不 均 另 一方 面 ， 在 极 短 的高温 时 间 内 约 一 部分 颗粒 与高温 金 属 液滴 约 ℃ 结 合 ， 发 生 了 重 结 晶现 象 ， 即大 颗粒 长大 而 小 颗粒溶解 这 一现 象 由图 得 以 证实 颗粒边 界 发 生 了平 直化 ， 形 状呈 规则 的 四 边 形 或菱形 ， 说 明 颗粒经历 了重 结 晶长大 的过程 图 上元 素 的线扫描 曲线 可 见 ， 颗粒 内部 含量 与基体 中的 含 量 差 异 很 明显 ， 颗 粒与边界 之 间 的成分 过渡层 非 常薄 ， 说 明在快速 冷却过 程 中 ， 颗粒 中的 基本未 向基体 中扩散 ， 这是 保持 硬度 的有利 因素 ， 对材料 的耐磨性及 整体硬度 的提 高是 非常重要 的 观 察 复合材料 的基体组织 ， 发现其 中基本没有 网状或鱼骨状 一次碳 化物 ， 在 颗粒较 为稀 疏 的 区域 只 有 弥散分 布 的点 状 一 次碳 化物 ， 而 在 颗粒 较密集 的 区域 内 ， 一 次碳 化 物 基 本 消失 究 其原 因 ， 一 方 面 ， 颗粒 随多 相 流 进人 沉 积 体时 ， 作 为高动 能粒 子 将 击 碎沉积 体 中的 网状和 鱼 骨 状 一 次碳 化物 ， 从而 使 颗粒 密集 的 区 域 中粗大 的一 次碳 化物 细 化 另 一方 面 ， 颗粒 进人 沉 积 体 时 与金 属 液 滴 或半 凝 固状沉 积 表层 之 间 的温 度差 异 极 大 ， 实质 上成 为 “ 冷却剂 ” 而进 一步提 高了 颗粒周边基体 的冷却速率 ， 使得 奥 氏体 中合金元 素含量 的饱和 固溶度 上 升 ， 从而使一 次碳 化物析 出量 明显减 少 如前所 述 ， 网状 和 鱼 骨状 一次碳 化物 是高速钢合金组织性 能 的不 利 因素 ， 而 雾化沉积高速钢 中加人 颗粒使得 网状和 鱼骨状碳 化物 明显减少 甚 至 消失 ， 而 高 的冷却速 度 使一 次碳 化 物以 点状 析 出 ， 这 无疑 将 非 常有效地 提 高材料 的强 度 ， 使 获 得 良好 的硬 度 和 强 度 配合 成 为 可 能 从 图 中见 到基体晶粒细 小 或 呈 现 大 面积不 完整 晶界 ， 是 提 高材料 强韧性 配合 的有 利 因素 颗粒对复合材料硬度 的影 响 采用硬度 计测 定该材料 的硬度值 并 与常规铸锻 高速钢 比较 ， 如表 所示 由表 可 见 ， 颗粒加 人 后 的雾 化沉积 高速 钢硬 度平 均 值达 到 ， 比常规铸锻 高 速钢高约 度 ， 大 幅度提 高 了材料 的硬度 ， 可见 颗粒加人 对改进材料 的硬度 十分有效 表 喷射成形 强化 与常规 对 比 材料 硬度 沉积 常规铸锻 平均值 ︻ 内‘ 汀了 ‘ 。 了 乙 结论 采 用 超 音 雾化沉积 法 制 备 高速 钢复合材 料是 可 行 的 其 中 ， 负压输 送 外 环加 人 的方 法是 成 功 的 颗粒 与基 体结合 良好 ， 二 者之 间有 很 好 的物理相 容性 材 料 的组 织 特 征 有 利 于 提 高 高 速 钢综 合 性 能 ， 颗 粒 的加 人 成 功 地 提 高 了 材 料 的 硬度 ， 达到 了材料 设计 的预期 目的