碳素工具钢的金相组织及检验 一、碳素工具钢的成分特点 碳素工具钢是含碳量较高的钢,其碳含量的质量分数在0.7%-1.3%之间,所以也称高碳钢。由于碳的含量较高,使淬火后钢中存在大量过剩碳化物,从而保证工具钢热处理后获得高的硬度和耐磨性,能广泛用于制造各种工具及模具。这种工具钢中的主要合金元素就是碳,所以红硬性较差.如作高速切削,刀具受热会软化丧失切削性能,通常只能制造尺寸小、形状简单、切削速度不高的工具,如手工锯条、锉刀、铰刀、丝锥、板牙、凿子及形状简单的冷加工冲头、拉丝模、切片模等。其牌号有T7、T8、T9、 T10、T11、T12、T13等。
二、碳素工具钢的显微组织特点 原材料组织:大多为锻造加工后的退火状态过共析钢组 织--由片状珠光体和网状渗碳体所组成,见图6-1。为了淬火、 回火后获得马氏体和颗粒状渗碳体,必须进行预处理,消除 网状渗碳体(正火)及使片状渗碳体趋于球化(球化退火)。 球化退火后的组织为球状或球状与片状混合的珠光体, 它成为碳素工具钢珠光体评级的依据,珠光体评级分为1~ 6 级。硬度应为187~217 HB,便于切削加工,并为淬火作好 组织准备。 图6-1 T12钢退火组织 (500×) 三、碳素工具钢的不正常退火组织 1. 网状碳化物 碳素工具钢在热加工后的冷却过程中,二次碳化物沿晶粒边界上析出而成网络状, 称为网状碳化物,见图6-2,亦为碳素工具钢检验项 目之一,其评级图为1~4级。根据网的连续性粗细和明显程度作为评级依据。 2.脱碳层 脱碳层是指钢材热加工时,由于表面与炉气的氧化反应,失去部分或全部的碳量,造成钢材表而碳量降低的区域。脱碳层分为全脱碳层和部分脱碳层。全脱碳层是全部为铁素体组织,其深度由试样的边缘至最初出现有珠光体或其他组织的部分为止。部分脱碳层深度由脱碳层终端至心部组织出现处为止。脱碳层的总厚度, 图6-2 碳素钢网状碳化物 (500×) 等于全脱碳层和部分脱碳层厚度之和。如果脱碳情况不严 重,则可能没有全脱碳部分。 3.石墨碳 游离石墨碳是碳素工具钢容易产生的一种缺陷。钢材退火温度过高,长时间保温和缓慢冷却,或者是多次退火,都可能使钢中的碳以石墨形式析出。 产生石墨碳的钢材可从金相组织上观察到石墨的形状和分布情况,其形态多为呈灰黑色的点状或不规则形状,见图6-3。试样在磨制抛光时,石墨碳容易脱落。石墨碳周围由于贫碳,铁素体数量较多,珠光体相应减少,故可与制样过程造成的凹坑加以区别。 石墨碳使钢材的强度降低,脆性增加,易产生崩折 现象,所以钢材中不允许有石墨碳存在。 图6-3 碳索工具钢石墨碳组织 (500×)
四、碳素工具钢的不正常淬火组织 由于淬火温度选择不当或保温时间不合理,就会出现淬火不足、过热或过烧组织。 (一)淬火不足组织 淬火温度偏低或保温时间不足,冷却速度不足或工件 尺寸过大均会出现淬火不足的缺陷,从显微组织形态来看, 会出现未转变的细珠光体或极细珠光体(也称托氏体),见 图6-4。上述组织是马氏体转变前,先析出的非马氏体组 织。出现这种组织,就会造成工件硬度偏低,直接影响刀 具的耐磨性,大大降低刀具的寿命,具体表现为刀刃变钝, 切削性能降低。如发生这种情况,可以进行重新淬火,适 当调整淬火工艺,以重新获得正常淬火组织。
(二)过热和过烧组织 图6-4 黑色的托氏体网 (400×) 当淬火温度过高时便产生过热组织。其显微组织表现为马氏体针叶粗大、残留奥氏体增多、渗碳体颗粒减少。过热严重时则为过烧:除马氏体非常粗大外,还会有晶界烧熔现象,产生奥氏体的高温产物。 过热和过烧组织一出现,将显著降低刀具的耐磨性、切削性和寿命,有时也会产生崩刃、断裂等破坏性事故。所以要严格控制碳素工具钢的显微组织,力求获得细小针状马氏体和弥散分布的渗碳体以及回火充分的显微组织,使组织应力尽量降低,使之既能耐磨,又有足够的韧性。
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