WC颗粒材料在过共析钢材质中的检测方法

韩建宁 高 鑫 胡 兵 袁乃博

(中钢集团邢台机械轧辊有限公司轧辊复合材料国家重点实验室，河北054000)

颗粒增强钢基耐磨表层复合材料，因其具备的独特性能优势而越来越被人们重视[1]。碳化钨颗粒增强过共析钢基复合材料是将碳化钨陶瓷颗粒增强相以外加进入过共析钢基体中得到兼顾金属性能(塑性和韧性)和增强相优点(高硬度、高模量)的表面复合材料[2-3]。然而将颗粒增强相碳化钨外加入到过共析钢基体中后，碳化钨增强相以何种形势存在？在过共析钢基体中如何分布？传统的金相检测方法已经不能满足要求。

针对上述问题，我们在传统金相检测方法的基础上，引入扫描电子显微镜，对颗粒增强相碳化钨在过共析钢基体中的分布状态、含量多少以及元素组成进行了细致的检测。

1 制样

试验以株硬集团提供的WC颗粒为增强颗粒，掺入到中钢邢机自行设计的过共析钢基体中，在200 kg的熔炼炉内进行熔炼，选取熔炼温度为1600℃，加入粒度2～3 mm、含量10%的WC颗粒，加入过程中使用熔炼炉的电磁搅拌，熔炼结束后，利用自制模具进行浇注取样，浇注试样规格方形50 mm×50 mm×70 mm，用DeltaTM金相切割机把试样制成10 mm×10 mm×10 mm的大小。

2 金相检测

用水磨砂纸(200#、400#、600#)和M-2A金相试样预磨机对需要检测的一面进行粗磨、细磨，然后用P-2B金相试样抛光机对检测面进行抛光，直到抛光成镜面，进而用4%的硝酸酒精溶液对抛光镜面进行侵蚀，在Observer.Alm研究级金相显微镜下观察金相组织，其金相照片如图1所示。

图1 金相组织照片Figure 1 Metallurgical structure picture

从图1可以看出，金相组织为珠光体+马氏体、残余奥氏体+碳化物，但无法确定颗粒增强相碳化钨存在于什么位置。

3 扫描电镜检测

把制备好的金相试样放入盛有无水乙醇溶液的烧杯(100～200 ml)中，液体要没过抛光镜面，

图2 扫描电镜照片Figure 2 Scanning electron micrograph

Wt%At%CKMnKFeKWLMatrix8.311.6780.209.81Correction31.291.3864.922.41ZAF

图3 能谱分析结果
Figure 3 Energy spectrum analysis result

然后整体放入KH5200超声波清洗器中，调整到相应的频率(10～20 Hz)，计算好相应的时间(10～30 min)，更换新的乙醇溶液反复清洗2～3次，清洗好后用吸水纸吸干并用吹风机吹干净，用导电胶把试样固定在圆盘上，检测面朝上，放入S-3700N扫描电子显微镜中，开始抽真空。当真空度小于1 Pa后，可打开高压，先利用二次电子分析方法调清楚图像，然后转换背散射电子探头，微调后可清晰发现白亮的颗粒，其扫描电镜照片如图2所示。

从图2可看出，扫描电镜背散射探头下图像不是很清晰，但存在明显的白亮颗粒，对于白亮的颗粒我们分析可能是过共析钢中的颗粒增强相碳化钨的存在形态。鉴于此，我们针对白亮区域进行放大，结合GENESIS APEX2的X射线能谱仪对白亮区域进行了元素组成分析。

4 能谱检测

对背散射电子探头下的白亮区域放大后，配合X射线能谱仪对白亮区域的元素组成进行了分析，其分析结果如图3所示。

从图3可看出，白亮区域的W元素含量接近10%，确定了白亮区域即为碳化钨颗粒增强相在过共析钢基体中的存在形式。

5 结论

综上所述，在传统金相检测的基础上，引入扫描电镜背散射电子分析方法，清晰找到了在过共析钢基体试样中的碳化钨颗粒增强相，配合X射线能谱仪，可以对过共析钢基体中碳化钨颗粒增强相进行元素组成分析。

[1] 何毅强. 颗粒增强金属基复合材料的研究进展[J]. 热加工工艺，2012，41(2)：133-136.

[2] 彭思源，朱绍峰，康毅忠，等. WC颗粒增强铁基耐磨复合材料的研究现状[J]. 机械工程师，2014(11)：40-43.

[3] 任莹，路学成，许爱芬，等. 颗粒增强金属基复合材料简介[J]. 热处理，2011，26(5)：15-19.