WC顆粒材料在過共析鋼材質(zhì)中的檢測方法

韓建寧 高 鑫 胡 兵 袁乃博

(中鋼集團邢臺機械軋輥有限公司軋輥復合材料國家重點實驗室，河北054000)

顆粒增強鋼基耐磨表層復合材料，因其具備的獨特性能優(yōu)勢而越來越被人們重視[1]。碳化鎢顆粒增強過共析鋼基復合材料是將碳化鎢陶瓷顆粒增強相以外加進入過共析鋼基體中得到兼顧金屬性能(塑性和韌性)和增強相優(yōu)點(高硬度、高模量)的表面復合材料[2-3]。然而將顆粒增強相碳化鎢外加入到過共析鋼基體中后，碳化鎢增強相以何種形勢存在？在過共析鋼基體中如何分布？傳統(tǒng)的金相檢測方法已經(jīng)不能滿足要求。

針對上述問題，我們在傳統(tǒng)金相檢測方法的基礎上，引入掃描電子顯微鏡，對顆粒增強相碳化鎢在過共析鋼基體中的分布狀態(tài)、含量多少以及元素組成進行了細致的檢測。

1 制樣

試驗以株硬集團提供的WC顆粒為增強顆粒，摻入到中鋼邢機自行設計的過共析鋼基體中，在200 kg的熔煉爐內(nèi)進行熔煉，選取熔煉溫度為1600℃，加入粒度2～3 mm、含量10%的WC顆粒，加入過程中使用熔煉爐的電磁攪拌，熔煉結束后，利用自制模具進行澆注取樣，澆注試樣規(guī)格方形50 mm×50 mm×70 mm，用DeltaTM金相切割機把試樣制成10 mm×10 mm×10 mm的大小。

2 金相檢測

用水磨砂紙(200#、400#、600#)和M-2A金相試樣預磨機對需要檢測的一面進行粗磨、細磨，然后用P-2B金相試樣拋光機對檢測面進行拋光，直到拋光成鏡面，進而用4%的硝酸酒精溶液對拋光鏡面進行侵蝕，在Observer.Alm研究級金相顯微鏡下觀察金相組織，其金相照片如圖1所示。

圖1 金相組織照片F(xiàn)igure 1 Metallurgical structure picture

從圖1可以看出，金相組織為珠光體+馬氏體、殘余奧氏體+碳化物，但無法確定顆粒增強相碳化鎢存在于什么位置。

3 掃描電鏡檢測

把制備好的金相試樣放入盛有無水乙醇溶液的燒杯(100～200 ml)中，液體要沒過拋光鏡面，

圖2 掃描電鏡照片F(xiàn)igure 2 Scanning electron micrograph

Wt%At%CKMnKFeKWLMatrix8.311.6780.209.81Correction31.291.3864.922.41ZAF

圖3 能譜分析結果
Figure 3 Energy spectrum analysis result

然后整體放入KH5200超聲波清洗器中，調(diào)整到相應的頻率(10～20 Hz)，計算好相應的時間(10～30 min)，更換新的乙醇溶液反復清洗2～3次，清洗好后用吸水紙吸干并用吹風機吹干凈，用導電膠把試樣固定在圓盤上，檢測面朝上，放入S-3700N掃描電子顯微鏡中，開始抽真空。當真空度小于1 Pa后，可打開高壓，先利用二次電子分析方法調(diào)清楚圖像，然后轉(zhuǎn)換背散射電子探頭，微調(diào)后可清晰發(fā)現(xiàn)白亮的顆粒，其掃描電鏡照片如圖2所示。

從圖2可看出，掃描電鏡背散射探頭下圖像不是很清晰，但存在明顯的白亮顆粒，對于白亮的顆粒我們分析可能是過共析鋼中的顆粒增強相碳化鎢的存在形態(tài)。鑒于此，我們針對白亮區(qū)域進行放大，結合GENESIS APEX2的X射線能譜儀對白亮區(qū)域進行了元素組成分析。

4 能譜檢測

對背散射電子探頭下的白亮區(qū)域放大后，配合X射線能譜儀對白亮區(qū)域的元素組成進行了分析，其分析結果如圖3所示。

從圖3可看出，白亮區(qū)域的W元素含量接近10%，確定了白亮區(qū)域即為碳化鎢顆粒增強相在過共析鋼基體中的存在形式。

5 結論

綜上所述，在傳統(tǒng)金相檢測的基礎上，引入掃描電鏡背散射電子分析方法，清晰找到了在過共析鋼基體試樣中的碳化鎢顆粒增強相，配合X射線能譜儀，可以對過共析鋼基體中碳化鎢顆粒增強相進行元素組成分析。

[1] 何毅強. 顆粒增強金屬基復合材料的研究進展[J]. 熱加工工藝，2012，41(2)：133-136.

[2] 彭思源，朱紹峰，康毅忠，等. WC顆粒增強鐵基耐磨復合材料的研究現(xiàn)狀[J]. 機械工程師，2014(11)：40-43.

[3] 任瑩，路學成，許愛芬，等. 顆粒增強金屬基復合材料簡介[J]. 熱處理，2011，26(5)：15-19.