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1、工模具钢的金相检验 金相检验第五单元 内 容 工具钢 碳素工具钢 低合金工具钢 冷作、热作模具钢 高速钢 检验实例 1、工具钢的分类： 碳素工具钢：T8 T10 T12 低合金工具钢 CrWMn、9CrSi 高合金模具钢 3Cr2W8V、Cr12、Cr12MoV 、5CrMnMo 、5CrNiMo 高速钢 W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2 工具钢 2、工具钢概述 碳素工具钢是用于制造刃具、模具、量具机其它 工具。工具钢都要求高硬度和高耐磨性，故碳素 工具钢含碳量在0.70以上，而且都是优质或高级 优质钢。常用的牌号有T7 T13 T7A T13A 。 热处理：球化退火机加工淬火低温回火，
2、组织为隐针马氏体颗粒状碳化物，硬度大于62 HRc 3、金 相 检 验 项 目 球化退火组织：球状或球状片状混合组织。评级 16级 网状碳化物：14级 脱碳层：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，造成钢材表面碳量降 低的区域。等于全脱碳层和部分脱碳层厚度之和。 全脱碳层：全部为铁素体组织，边缘至最初出现有珠 光体或其它组织的部分为止。 部分脱碳层：由全脱碳层终端至心部组织出现处为止 。 石墨碳：游离石墨碳是碳素工具钢容易产生的一种缺 陷。原因是退火温度高，时间长，冷却缓慢，多次退 火。呈灰黑色的点状或不规则形状，其周围由于脱碳 ，铁素体数量较多，珠光体数量相应减少。
3、危害是降 低强度，增加脆性，易产生崩折现象，是不允许存在 的缺陷。 正常的淬火组织：细小针状马氏体和弥散分布的渗碳体 。 不正常的淬火组织： 欠热组织 有非马氏体 过热组织 马氏体针粗大，残余奥氏体增多，渗碳体 颗粒减少 过烧组织 除马氏体针粗大外，晶界熔化。 成分及牌号 性能及用途 组织及缺陷 一、碳素工具钢的金相检验 成分：碳素工具钢是含碳量较高的钢，其含碳量 在0.71.3之间，所以又称为高碳钢。 牌号：T7，T8，T9T13等。 （一）、成分及牌号 硬度高，耐磨，可切削加工； 红硬性差； 只能制造尺寸小、形状简单、切削速度不高的工 具。 （二）、性能及用途 热处理工艺：锻造球化退火淬火
4、回火 正常组织：片状珠光体+网状渗碳体 （三）、热处理工艺及正常组织 （四）、缺陷组织及金相检验 1、退火组织 2、淬火组织 正常的退火组织 1、退火组织 图5- T8钢完全退火 组织（850） 图5- T12钢正常球化退 火组织（500） 不正常的退火组织： 网状碳化物 脱碳层 图5- 60Si2MnA钢脱 碳层组织(500) 全脱碳 层 半脱碳 层 石墨碳 球化退火欠热组织 图5- T8钢球化退火欠 热组织（500） 图5- T12钢球化退火欠 热组织（500） 球化退火过热组织 图2-108 T8钢球化退火 过热组织（500） 图2-121 T12钢球化退 火过热组织（500） 正常的淬
5、火组织： 碳素工具钢的正常淬火温度在Ac1+3050，即 通常的加热温度760780，组织一般为细针状 马氏体少量残余奥氏体 。 2、淬火组织 图2-112 T8 钢780正 常淬火组织 （500） 不正常的淬火组织 欠热和欠淬透组织 原因：淬火温度低，或保温时间不足，冷却速度 过慢； 组织特点：出现未转变的细珠光体或极细珠光体 （过去称托氏体），整体为：马氏体+未溶珠 光体+渗碳体； 缺点：硬度偏低，影响耐磨性，降低寿命 图5- T8钢780淬火冷速较 低产生的组织（500） 图5- T12钢淬火冷速较低回火 后产生的组织（500） 淬火马氏体残 余奥氏体 部分聚集分布的 颗粒状碳化物 沿晶
6、界分布的黑色淬 火托氏体 过热和过烧组织 原因：淬火温度过高； 组织特点：马氏体针叶粗大，残余奥氏体增 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； 缺点：降低耐磨性、切削性和寿命，蹦刃和 断裂； 图5- T10A钢过热淬火低温 回火组织（500） 粗针状马氏体 白亮残余奥 氏体 1、合金工具钢的化学成分 合金工具钢是在碳素工具钢的基础加入一种或几 种合金元素而成的钢。 常加入元素：Cr，Mn，Si，W，V等,提高淬透 性 常用量刃具钢有：9SiCr，CrWMn，Cr06 等 冷作模具钢：Cr12,Cr12MoV, 9Mn2V 热作模具钢：5CrMnMo
7、,5CrNiMo,3Cr2W8V 耐冲击钢：4CrW2Si,6CrW2Si 二、低合金工具钢的金相检验 2、低合金工具钢的退火组织及其评定( 合金工具钢技术条件GB/T 1299-2000) 珠光体，网状碳化物和脱碳层的金相评 定和碳素工具钢基本相同。 共晶碳化物不均匀度 碳素钢与合金钢球化退火组织比较 3、淬火组织及其评定 马氏体多呈丛集状，不如碳素工具钢的马氏体针 叶清晰。 淬、回火组织及其评定 1）刃具和量具低温回火：回火马氏体，细小颗粒 状碳化物 2）合金量具须进行冷处理和低温人工时效，以减少残 余奥氏体，稳定尺寸。 4、低合金工具钢的金相检验项目 缺陷基本与碳素工具钢相同，非正常 组
8、织有表面脱碳、过热组织、非金属夹 杂、网状碳化物。依据GB/T 1299-2000 合金工具钢标准要求进行检验。 1、冷作模具钢的组织和性能特点 冷作模具钢用于制造使在冷态下金属变形的模具 。如冷冲模、冷挤压模、拉丝模等。 高的硬度，强度，良好的耐磨型和韧性 显微组织特点：1）有充分的剩余碳化物，且分布 均匀，圆整，细小。2）马氏体均匀，细小。3） 奥氏体晶粒均匀，细小。 金相检验项目（GB/T 14979）P106-107 ：锻造 共晶碳化物不均匀度；球化退火珠光体；二次碳 化物；淬火组织及晶粒度；回火晶界。 三、冷作模具钢的金相检验 2、冷作模具钢的检测实例（Cr12MoV ） 试样的显微
9、组织为回火马氏体、少量残 余奥氏体以及呈变形网状分布共晶碳化物 ，见图1，2。共晶碳化物不均匀度按 GB/T14979-1994标准中第4级别图评定 约为45级，见图3。 试样基体组织为细针状回火马氏体+残 余奥氏体+颗粒状碳化物，参照GB/T 14979-1994标准第四套评级图进行评 定，试样碳化物不均匀度评为1级（图 1），按JB/T 7713-1995标准，试样碳 化物级别评为1级，马氏体级别评为2 级（图2）。 1、热作模具钢的组织和性能特点 热作模具钢是用于制造使金属在高温成型的模具，如热锻 模、热挤压模、压铸模等。 高的热强性，热疲劳性和韧性。热作模具钢的碳含量为 0.300.6
10、%之间，加入合金元素Cr、 Ni 、Si、 Mn，是 为了提高钢的基体强硬度和淬透性，加入Mo、 W 、V是 为了提高钢的回火稳定性和增加耐磨性。 分类：1）高韧性热作模具钢：5CrMnMo，5CrNiMo等 2）高热强性热作模具钢：3Cr2W8V，Y4，Y10等 3）强韧兼备热作模具钢：4Cr5MoSiV1（H13）， 4Cr3Mo3等 四、热作模具钢的金相检验 2、热作模具钢的金相检验项目 标准：YB9-1968(铬轴承钢技术条件), ZJB36003- 1987(工具钢热处理检验)，GB/T1299-2000(合金 工具钢技术条件) 项目：原材料带状组织、碳化物偏析带、热处理组 织、碳化
11、物网、球化质量。 原材料带状，级 退火组织检验：点状及细粒状珠光体和共晶碳化物 碳化物检验（共晶碳化物，网状碳化物，球化质量 （H11）等） 淬、回火组织检验，一般要求马氏体细小，针长4 级，晶粒度细于8级。 3、热作模具钢的检测实例（H13） 模具为电渣精练H13（4Cr5MoV1Si）锻件，锻后 热处理工艺为10305气淬或油淬， 53052 次回火，硬度HRC52-55。模具表面进行了氮化 处理，规定氮化后总渗层深度0.15mm，氮化后 表面硬度9001200HV。 氮化深度约为0.66mm，化合物层厚度约为 0.09mm，氮化层疏松级别为2级。基体显微组织 为细针马氏体+残余奥氏体。根
12、据热作模具钢显微 组织标准JB/T 8420-1996基体马氏体评定为3级 。 锻造球化退火粗加工去应力处理（ ）精加工最终热处理钳修 打光渗氮装配 可根据实际需要确定不同的回火温度 高速工具钢的分类及化学成分 高速钢的热处理工艺及组织 高速钢的金相检验项目 五、高素工具钢的金相检验 1、高速工具钢的分类及化学成分 高硬度，耐磨性和红硬性，同时具有足够的强度和韧性。高速 钢长期工作于500-600，硬度仍可保证在HRC60以上，而 碳 素工具钢工作于250-300 时，硬度变会明显降低，丧失其切 削性能。 分类： 1）W系：W18Cr4V，1270-1300 淬火 2）W-Mo系：W6Mo5C
13、r4V2，1220-1240 淬火 3）高碳高矾系：W6MoCr4V3， 1220-1240 淬火 4）Co高速钢：W2Mo9Cr4VCo8，HRC68-70，1170-1200 淬火 5）Al高速钢： W10Mo4Cr4V3Al，HRC68-70，1230-1260 淬火 Co和Al均为非碳化物形成元素，绝大部分溶入固溶体中，增 加硬度和红硬性。 2、高速钢的热处理工艺及组织 球化退火。 高速工具钢预备热处理是球化退火组织是索氏体和碳 化物。退火态一般要进行脱碳层的测定。 淬火、回火 最终热处理是淬火三次高温回火，组织是回火马 氏体颗粒状碳化物少量残余奥氏体，硬度在62 64 HRc左右。
14、淬火组织：马氏体，碳化物，30%左右的残奥。 马氏体为隐针型，浸蚀后呈白色。淬火晶粒度是检 验热处理质量的重要标志。 回火组织：回火马氏体，碳化物及残余奥氏体。 高速钢的热处理工艺 淬火、回火组图例 3、高速钢的金相检验项目 共晶碳化物不均匀度：按GB/T99431988，分带状和网状两 个系列 脱碳层深度 晶粒度 特大晶粒：萘状断口，晶粒特别粗大，断口表现为鱼鳞状的花 斑。 异常晶粒：在大晶粒中有许多小晶粒，浸蚀后色泽较深，有点 状物析出。 过热组织：以晶粒边界碳化物的溶解程度和在冷却过 程中析出网状碳化物程度来确定过热程度，尖角拖 尾半网网状 过烧组织：出现铸态黑色莱氏体及共晶体 回火组织：充分时，看不见奥氏体晶粒，整个视场呈 黑色回火马氏体。一般回火程度时，各别区域或碳化 物堆积处有白色区域。回火不足时，较大部分白色区 存在，并可见淬火晶粒。 六、案例 1、高速钢WMCr淬火裂纹 、CrWMn钢轧头失效 （见教材） END ! 作业 从以下几个方面比较碳素工具钢、低合金 工具钢、冷作模具钢、热作模具钢、高速 钢 1、成分 2、性能特点 3、热处理工艺 4、原始组织 5、金相检验项目特点