金相检验5-工具钢的金相检验

工模具钢的金相检验《金相检验》第五单元主讲：王文科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：T8T10T12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～T13T7A～T13A。•热处理：球化退火＋机加工＋淬火＋低温回火，组织为隐针马氏体＋颗粒状碳化物，硬度大于62HRc3、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1～6级•网状碳化物：1～4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。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0.7％～1.3％之间，所以又称为高碳钢。牌号：T7，T8，T9…T13等。（一）、成分及牌号①硬度高，耐磨，可切削加工；②红硬性差；③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→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：①网状碳化物②脱碳层图5-60Si2MnA钢脱碳层组织(500×)全脱碳层半脱碳层③石墨碳④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×）⑤球化退火过热组织图2-108T8钢球化退火过热组织（500×）图2-121T12钢球化退火过热组织（500×）正常的淬火组织：碳素工具钢的正常淬火温度在Ac1+30～50℃，即通常的加热温度760～780℃，组织一般为细针状马氏体＋少量残余奥氏体。2、淬火组织图2-112T8钢780℃正常淬火组织（500×）不正常的淬火组织①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界分布的黑色淬火托氏体②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,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/T1299-2000)①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。②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，非正常组织有表面脱碳、过热组织、非金属夹杂、网状碳化物。依据GB/T1299-2000《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/T14979）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4~5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/T14979-1994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/T7713-1995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0.30～0.6%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、碳化物网、球化质量。•原材料带状，＜２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1030±5℃气淬或油淬，530±5℃2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900～1200HV。•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。根据热作模具钢显微组织标准JB/T8420-1996基体马氏体评定为3级。•锻造→球化退火→粗加工→去应力处理（６５０℃）→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：W6Mo5Cr4V2，1220-1240℃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①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。②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62～64HRc左右。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①共晶碳化物不均匀度：按GB/T9943－1988，分带状和网状两个系列②脱碳层深度③晶粒度④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。⑤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。⑥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⑦过烧组织：出现铸态黑色莱氏体及共晶体⑧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W６Mｏ５Cr４Ｖ２淬火裂纹２、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