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本文针对活塞环工作条件恶劣、耐磨性及耐蚀性要求较高,且用量大,批量大、要求较好的经济性,按照“成本低,性能好”的原则,从表面合金化的基本原理着手,以活塞环为研究对象,对40钢表面WC/高碳Cr铁合金化技术进行了研究。通过在工厂现场试验研究得出最佳实用的工艺方案,并对表层合金性能及微观组织进行了分析。在材料选择的方面,对几种相关材料进行性能、价格等方面的比较,最后确定选用ZG40作为基体,WC与高碳铬铁作为增强相。本课题试验大致分为以下几个步骤进行:首先,本课题采用“涂敷法”方法对40钢基表面合金化进行了研究,通过改变浇注温度等各试验参数,得出不同结果;发现了浇铸温度是影响活塞环表面合金化质量的主要影响因素,确定了最佳工艺参数,为生产实践提供了依据。结果表明,以铬铁粉、FeB合金粉、WC粉、Mo粉、Cu粉为基本原料,在浇注温度为1620～1650℃,涂层厚度为2.0～3.5mm,粘结剂加入量为3%与熔剂的加入量为3%及烘型温度为300℃保温3h的条件下制备出的活塞环硬质表层的组织致密,且合金层具有珠光体基体及大量的碳化物,并具有高硬度及高抗磨性。利用金相显微镜研究了铸渗覆层的金相组织,利用硬度计测量了铸渗覆层的硬度分布,利用SEM研究了铸渗覆层的微观结构和元素分布,铸渗层成分分析表明,在界面结合处实现了合金元素的扩散与渗透,硬质合金覆层与钢基体形成了良好的冶金结合。其次,研究了活塞环WC、Cr硬质合金层在辉光离子氮化炉中的离子氮化处理工艺、考察了氮化处理对铸渗层的组织与性能的影响。利用SEM研究了离子氮化后复合材料的微观结构和元素分布,利用显微硬度计测量了铸渗覆层的硬度分布,利用金相显微镜研究了铸渗覆层的金相组织。结果表明,铸渗层经离子氮化处理后,在基体表面区形成了弥散分布的尺寸很小的颗粒状氮化物相(如Fe4N、Fe2-3N等),表面硬度从350Hv0.1提高到850HV0.1左右,基体耐磨性能因此得以显著提高.由于铸渗层中己存在高硬度WC颗粒相的强化作用,所以复合层的硬度在离子氮化处理后没有明显改善。最后,采用“涂敷法”对活塞环进行试验,试验结果表明,所得活塞环表面合金化质量良好,无明显的铸造缺陷。同时结合离子氮化提高了基体的硬度和耐磨性。通过经济效益的分析,说明了本课题的研究有实用价值。