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金相显微缺陷碳化物网状

人气: 发布时间:2019-03-22 10:22:18 来源:本站原创
    金相显微缺陷碳化物网状, 碳化物网状缺陷严重影响工模具钢的服役寿命、服役质量,是一种常见的金相显微缺陷。金相显微缺陷碳化物网状图片示例
    图1 T12正火状态 网状渗碳体+珠光体100×                                                图2 伪共析现象
    对于如T8、T9、T10等等牌号的碳素工具钢,碳化物网状在铸造、锻造、轧制或加热到单相奥氏体缓冷后,金相观察在奥氏体晶界上可以发现沿晶界生成二次渗碳体网状,从三维角度看,二次渗碳体在材料内部形成壳体包围奥氏体晶粒,破坏了材料的连续性和均匀性。渗碳体作为脆性相,在材料承载时不能有效传递应力和应变,是材料断裂的形核择优部位,这种网状分布特点对材料服役安全性危害很大。因为碳素工具钢成分接近共析成分,利用钢的伪共析效应一般可以通过正火处理抑制和消除碳化物网状,再进行后续的球化退火、淬火回火等处理,达到所需要的机械性能。如矿山用风力凿岩机活塞,采用T10A钢制作,其作用是把高速冲击载荷传递给钎子杆,要求具有高强度和高抗冲击韧性,如果活塞组织存在碳化物网状,冲击端部极易发生崩裂。金相显微镜下看到的图片。
  
图3 轴承钢部分网状碳化物
    为了提高硬度、耐磨性、淬透性等技术要求,在碳素工具钢基础上添加少量合金元素形成低合金工具钢,如9CrSi、CrWMn、GCr15等等钢种。因为这些合金元素中很多属于碳化物生成元素,如Mn、Cr、W等,在相应的铸轧锻焊和热处理过程中对二次渗碳体的生成和稳定性有明显的促进作用,其技术要求比碳素工具钢更高。如高碳铬轴承钢GCr15,基本成分类似于T10A钢,成分一个差别是添加1.5%铬元素,明显增加了材料的淬透性,工件的耐磨性也明显提高。因为GCr15的碳化物为 (Fe,Cr)3C合金渗碳体,即渗碳体Fe3C中的部分铁原子被生成碳化物能力更强的铬元素所置换,随之形成更强的Cr-C原子的键合,使得强化第二相效果更加明显,同时又提高了基体马氏体合金化程度。另一方面,这些低合金工具钢的二次渗碳体网状更加稳定,相应的热处理正火工艺要调整,如GCr15钢消除粗大的网状碳化物采用锻后正火处理,正火温度为930~950℃,这是因为铬元素扩散系数小,铬元素均匀化困难,同时虽然碳元素高温扩散系数是铬元素的104~106倍,但是添加的铬元素减缓了碳元素扩散系数。为避免正火冷却时网状碳化物再次析出,冷却速度不能小于40~50℃/min,小型薄壁圈可在静止空气中冷却,较大锻件采用鼓风或喷雾冷却。  
图4 共晶碳化物网状 Cr12
    高速钢如W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2和一些高合金工模具钢如3Cr2W8V、Cr12MoV、H13的碳化物网状特点与前述情况不同,因为合金含量高,钢的共晶碳浓度明显降低,钢水凝固时首先析出奥氏体(高温铁素体),随着温度降低到共晶温度,在奥氏体树枝晶周围形成网状(鱼骨状)共晶莱氏体,所以按分类属于莱氏体钢,这类钢碳化物网状是莱氏体,经常伴生液析块状碳化物,并且沿轧制方向拉长呈网状、断续网状和带状。这类钢中含有大量碳化物生成元素,特别是钨、钼、钒等强碳化物生成元素生成MC、M2C、M3C型的碳化物,具有高熔点、高硬度、高耐磨性特点,用以制作高强度高硬度耐磨性良好的刃具和模具。为了降低碳化物网状对工件机械性能的损伤,这类钢的锻造工艺技术要求十分高以达到破碎碳化物网状的要求,对始锻和终锻温度、锻打载荷和锻造比的掌控均有严格要求。如Cr12MoV高碳高铬模具钢,一般的轴向镦粗、拔长法使坯料心部的变形量不大,无法完全消除组织中的碳化物网状和粗大块状碳化物组织,制成的模具会产生显微组织的不均匀和力学性能的各向异性,增加淬火开裂和使用脆断的倾向。一般应采用变向锻造法如十字镦拔法和三向镦拔法,而且要严格按照正确的锻造操作规程进行。镦拔的次数应视碳化物不均匀的级别和对锻件碳化物不均匀级别的技术要求确定。操作过程中应严格执行“二轻一重”的锻造方法,在保证击碎碳化物的同时防止裂纹产生。拔长进给量每次不少于原始毛坯直径或边长的2/3,压下量应均匀一致,不能在坯料表面造成任何硬性压痕,翻转应勤快均匀,要避免对坯料同一部位反复锤击,以防锤击变形能量变成热能,使金属局部升温过热,引起开裂。终锻后应随炉缓冷,严禁空冷或放置在潮湿地面冷却。锻件在冷却后,应尽快进行球化退火处理。
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