D01:10.13374j.isml00103x.2009.09.00 第31卷第9期 北京科技大学学报 Vol.31 No.9 2009年9月 Journal of University of Science and Technology Beijing Sp.2009 铸钢轧辊电火花沉积YG8涂层的组织结构和性能 王建升孟惠民樊自栓俞宏英 孙冬柏 北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 摘要采用新型电火花沉积设备.把YG8电极材料沉积在铸钢轧辊材料上，制备了WC沉积涂层.研究了其微观组织及耐 磨性能.结果表明：沉积层主要由F:WC,Co:W3C、WC和F白W6C等相组成：沉积层与基体治金结合，具有纳米颗粒尺寸的 F7W6、W2C等硬质相弥散分布于沉积层中：沉积层的平均硬度为1331HV;沉积层较铸钢轧辊的磨损性能提高了23倍：沉 积层的磨损机理以疲劳磨损为主，细小的弥散分布的硬质相是沉积层硬度及耐磨性提高的主要因素 关键词电火花沉积：涂层：轧辊：微观结构：耐磨性 分类号TG178 Microstructure and properties of the YG8 ESD coating on a cast steel roll WANGJian-sheng,MENG Hui-min.FAN Zi-shuan,YU Hong ying.SUN Dong-bai School of Materials Science and Engineering.University of Science and Technology Beijng.Beijng 100083.China ABSTRACT The YG8 electde was deposited on the surface of a cast steel roll by electro-sparking deposition(ESD)and formed a WC coating.The micmostructure and wear resistance of the coating were investigated The results show that the coating consists of Fe3W3C.Co3W3C.W2C and Fer W6 phases.and is metallurgically bonded with the cast steel moll substrate The Fe7W6 and W2C hard phases dispersedly distributed in the coating with nanosized partices.The average hardness of the coating is 1331HV.The coat- ing has improved resistance performance which is 2 3 times higher than the cast stee substrate.The w ear mechanism is mainly fa- tigue wear.Fine hard phases distributed in the coating dispersedly are the main factors leading to the high hardness and wear resis- tance of the coating. KEY WORDS electrosparking deposition;oatings:rolk microstnucture:wear resistance 金属表面电火花沉积(electro-spark deposition, 操作简单，且具有低能耗、加工成本低等优点，近年 ESD)技术是近期发展起来的新技术，是在传统工艺 来在工程领域得到了越来越多的应用，已经由最初 基础上发展起来的新工艺，它的基本原理就是把电 用于刀模具强化和修复扩展到能源、航空、航天、军 极材料（硬质合金，如WC、T汇等）作为工作电极 事和医疗等诸多领域，是再制造技术的重要技 (阳极)，在氩气中使之与被沉积的金属工件（阴极） 术手段之一，但在钢铁治金行业中有关轧辊方面的 之间产生火花放电，在105~106s内电极与工件 应用研究报道还是很少.为此，本文用电火花沉积 接触的部位达到8000~25000℃的高温，直接利用 工艺在铸钢轧辊上做了一些研究和探索 火花放电的能量，将电极材料转移至工作表面，构成 在钢铁治金生产行业中所用的轧辊等钢结构 沉积层的沉积方法” 件，不仅要求耐磨耐蚀，而且还要具有高热稳定性 电火花沉积工艺是一种低应力、低变形的表面 才能具有长寿命.故将材料的弥散与细晶强化原理 强化工艺.采用电火花沉积技术对工件表面进行强 应用于轧辊等钢结构件的表面改性.本文采用电火 化处理，可延长设备的使用寿命，减少资源消耗，具 花沉积工艺把WC一8C0陶瓷硬质合金熔覆于钢铁 有很高的节能环保意义.由于电火花沉积技术 表面，使其产生不溶于基体的超细高熔点碳化物，这 收稿日期：200810-22 基金项目：科技部国际科技合作项目(No.2006DFA52240) 作者简介：王建升(1973一)，男，博士研究生，E-mlw1973425@126.com:孟惠民(1963一)，男，教授，博士生导师铸钢轧辊电火花沉积 YG8 涂层的组织结构和性能 王建升 孟惠民 樊自栓 俞宏英 孙冬柏 北京科技大学材料科学与工程学院, 北京 100083 摘 要 采用新型电火花沉积设备, 把 YG8 电极材料沉积在铸钢轧辊材料上, 制备了 WC 沉积涂层, 研究了其微观组织及耐 磨性能.结果表明:沉积层主要由 Fe3W3C 、Co 3W3C、W2C 和 Fe7W6C 等相组成;沉积层与基体冶金结合, 具有纳米颗粒尺寸的 Fe7W6 、W2C 等硬质相弥散分布于沉积层中;沉积层的平均硬度为 1 331 HV ;沉积层较铸钢轧辊的磨损性能提高了 2.3 倍;沉 积层的磨损机理以疲劳磨损为主, 细小的弥散分布的硬质相是沉积层硬度及耐磨性提高的主要因素. 关键词 电火花沉积;涂层;轧辊;微观结构;耐磨性 分类号 TG178 Microstructure and properties of the YG8 ESD coating on a cast steel roll WANG Jian-sheng, MENG Hui-min, FAN Zi-shuan, YU Hong-ying , SUN Dong-bai S chool of Materials S cience and Engineering, Universit y of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China ABSTRACT The YG8 electro de was deposited on the surface of a cast steel roll by electro-sparking deposition ( ESD) and formed a WC coating .The micro structure and wear resistance of the coa ting were investigated.The results show that the coating consists of Fe3W3C, Co3W3C, W2C and Fe7W6 phases, and is metallurgically bonded w ith the cast steel ro ll substrate.The Fe7W6 and W2C hard phases dispersedly distributed in the coa ting with nanosized particles.The average hardness o f the coating is 1331HV .The coat￾ing has improved resistance performance which is 2.3 times higher than the cast steel substrate.The w ear mechanism is mainly fa￾tig ue wear.Fine hard phases distributed in the coating dispersedly are the main factors leading to the high hardness and wear resis￾tance of the co ating . KEY WORDS electro-sparking deposition ;co atings ;roll;microstructure;w ear resistance 收稿日期:2008-10-22 基金项目:科技部国际科技合作项目( No .2006DFA52240) 作者简介:王建升( 1973—) , 男, 博士研究生, E-mail:wjs1973425@126.com ;孟惠民( 1963—) , 男, 教授, 博士生导师 金属表面电火花沉积( electro-spark deposition, ESD) 技术是近期发展起来的新技术, 是在传统工艺 基础上发展起来的新工艺, 它的基本原理就是把电 极材料( 硬质合金, 如 WC 、TiC 等) 作为工作电极 ( 阳极) , 在氩气中使之与被沉积的金属工件( 阴极) 之间产生火花放电, 在 10 -5 ～ 10 -6 s 内电极与工件 接触的部位达到 8 000 ～ 25 000 ℃的高温, 直接利用 火花放电的能量, 将电极材料转移至工作表面, 构成 沉积层的沉积方法 [ 1] . 电火花沉积工艺是一种低应力、低变形的表面 强化工艺 .采用电火花沉积技术对工件表面进行强 化处理, 可延长设备的使用寿命, 减少资源消耗, 具 有很高的节能环保意义[ 2-3] .由于电火花沉积技术 操作简单, 且具有低能耗、加工成本低等优点, 近年 来在工程领域得到了越来越多的应用, 已经由最初 用于刀模具强化和修复扩展到能源、航空、航天、军 事和医疗等诸多领域[ 4-9] , 是再制造技术的重要技 术手段之一, 但在钢铁冶金行业中有关轧辊方面的 应用研究报道还是很少 .为此, 本文用电火花沉积 工艺在铸钢轧辊上做了一些研究和探索. 在钢铁冶金生产行业中所用的轧辊等钢结构 件, 不仅要求耐磨耐蚀, 而且还要具有高热稳定性, 才能具有长寿命.故将材料的弥散与细晶强化原理 应用于轧辊等钢结构件的表面改性 .本文采用电火 花沉积工艺把 WC-8Co 陶瓷硬质合金熔覆于钢铁 表面, 使其产生不溶于基体的超细高熔点碳化物, 这 第 31 卷 第 9 期 2009 年 9 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol .31 No.9 Sep.2009 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2009.09.010