工具钢热处理工艺组织性能的系统分析模板.doc

工具钢热处理工艺-组织-性能系统分析
(综合性试验)
一、试验目标
1.掌握工具钢热处理中成份—工艺—组织—性能内在关系；
2.经过试验，掌握材料系统分析方法。
3.了解工具钢不一样工艺条件下常见组织。

二、试验原理
工具钢关键用于制造多种切削刀具，模具和量具。所以要有高硬度和耐磨性、高强度和冲击韧性等。常见工具钢有T10、9CrSi、Cr12MoV、W18Cr4V等。T10是一般碳素工具钢，淬火－回火态组织为：回火马氏体＋颗粒状碳化物渗碳体＋少许残余奥氏体。9CrSi是低合金工具钢，淬火－回火态组织为：回火马氏体＋颗粒状碳化物渗碳体。Cr12MoV是模具钢，淬火－回火态组织为：回火马氏体＋块状碳化物渗碳体。下面以高速钢为例，介绍其热处理工艺特点,显微组织和性能关系。
铸态高速钢显微组织黑色组织为δ共析相；白色组织是马氏体和残余奥氏体；鱼骨状组织是共晶莱氏体。铸态高速钢显微组织中，碳化物粗大，且很不均匀，不能直接使用，必需进行反复铸造。铸造后还须进行退火。退火目标：① 消除铸造应力，降低硬度便于切削加工；② 为淬火组织做好组织上准备。因为原组织为马氏体、屈氏体、或索氏体高速钢，未经退火，淬火时可能引发萘状断口。退火温度宜为860～880℃，加热时间为3～4小时左右，为了缩短退火时间，通常采取等温退火，即：860～880℃加热3～4小时，炉冷到700～750℃等温4～6小时。铸造退火组织：在索氏体基体上分布着粗大初生碳化物和较细次生碳化物（碳化物呈白亮点）。
高速钢淬火工艺特点：关键是加热淬火温度高。目标是尽可能多使碳和合金溶入奥氏体。高速钢淬火方法有油淬、分级、等温、空冷等。以W18Cr4V为例，淬火温度在1270℃～1290℃，淬火组织是由（60～70%）马氏体和（25～30%）残余奥氏体及靠近10%加热时未溶碳化物组成，晶粒度9～10级。硬度63～64HRC。当淬火温度不足，在1240℃～1260℃时，碳化物大部分未溶入奥氏体，晶粒度为11～12级。硬度62～63HRC。当淬火温度过高，在1300℃～1310℃时，碳化物数量降低，晶粒度7～8级。硬度64～65HRC。当淬火加热温度达1320℃左右时，晶界开始熔化，出现共晶莱氏体和δ共析相，此时过烧。当两次淬火之间未经充足退火，易产生萘状断口，断口呈鱼鳞状白色闪光，如萘光，晶粒粗大，或大小不匀。为了深入降低变形并提升韧性，对于形状复杂，碳化物偏析严重刀具可用等温淬火。等温温度为240～280℃左右，其组织为40～50%下贝氏体和20%马氏体和35～45%残余奥氏体及未溶碳化物。
高速钢回火工艺特点，关键是回火温度高，回火次数多，回火温度在560～570℃时，硬度和强度可达成最大值。因为淬火高速钢中残余奥氏体数量较多，经一次回火后，仍有10%未转变，硬度64～65HRC。再进行两次回火，才能基础转变完。第一次回火对淬火马氏体起回火作用，而在回火冷却中残余奥氏体转变成马氏体时又产生了新应力，所以需要第二次回火，而第二次回火后由产生新应力，还需要第三次回火深入消除应力，有利于提升钢强度和韧性，所以高速钢经典回火要求是560℃，回火三次，每次1小时，回火后钢硬度比淬火后略高，约在63～66HRC，得到组织是回火马氏体和未溶碳化物和1～2%残余奥氏体。

三、试验设备及试样
1.设备：4X型金相显微镜；洛氏硬度计。
2.试样： 1）9CrSi、Cr12MoV金相试样一套；
2）W18Cr4V经不一样温度淬火—回火硬度试样一套。
3）W18Cr4V经不一样温度回火硬度试样一套。
四、试验内容
1． 观察分析工具钢不一样温度淬火-回火下显微组织，见表1。观察分析高速钢不一样温度淬火下显微组织，见表2。
2． 硬度测试：不一样淬火温度W18Cr4V试样，相同淬火温度不一样回火温度
W18Cr4V试样。将试验结果填空入表3和表4。

表1工具钢不一样热处理工艺制度下显微组织
序号
材料名称
处理工艺
显微组织
浸蚀剂
2
9CrSi
淬火+回火
回火马氏体＋颗粒状碳化物渗碳体
3％硝酸酒精溶液
3
W18Cr4V
铸态
共晶莱氏体+黑色组织
+马氏体+残余奥氏体
3％硝酸酒精溶液
4
退火
索氏体＋碳化物
3％硝酸酒精溶液
5
1280℃淬火
（60 ～70%）马氏体＋（25 ～30%）奥氏体（残余2 ～3%）＋10％未溶碳化物
30％硝酸酒精溶液
6
1280℃淬火560℃回火三次
回火马氏体+碳化物+少许残余奥氏体
3％硝酸酒精溶液
7
Cr12MoV
退火
索氏体＋碳化物
3％硝酸酒精溶液
8
淬火+回火
隐晶马氏体＋碳化物
3％硝酸酒精溶液

表2 W18Cr4V高速钢不一样温度淬火后金相试样
№
淬火温度/℃
显微组织
1
1220
隐晶马氏体＋残余奥氏体＋未溶碳化物
（奥氏体晶粒不显著、碳化物极少部分溶入奥氏体）
2
1240
隐晶马氏体＋残余奥氏体＋未溶碳化物
（奥氏体晶粒细小、碳化物大部分未溶入奥氏体）
3
1260
隐晶马氏体＋残余奥氏体＋未溶碳化物
（奥氏体晶粒小、碳化物部分未溶入奥氏体）
4
1280
隐晶马氏体（60～70％）＋残余奥氏体（25～30％）
＋10％未溶碳化物
5
1290
隐晶马氏体（65～72％）＋残余奥氏体（20～30％）
＋8％未溶碳化物
6
1300
隐晶马氏体＋残余奥氏体＋未溶碳化物
（奥氏体晶粒粗大、碳化物数量小于5%）
7
1310
隐晶马氏体＋残余奥氏体＋未溶碳化物
（奥氏体晶粒异常长大、碳化物聚集到晶界、呈角状）
8
1320
晶界开始熔化、出现共晶莱氏体和δ共析相

五、试验汇报和综合分析
1.试验目标。
2.画出所观察试样显微组织示意图，并标明材料、状态、显微组织、腐
蚀剂、放大倍数。
3.绘出高速钢硬度和不一样淬火加热温度，和不一样回火温度关系曲线。
4.依据成份特点，以高速钢为例对热处理工艺—组织—性能进行系统分析。
（1）经过对W18Cr4V多种状态显微组织观察，在组织上怎样区分铸态和过烧组织、退火和回火组织、不一样温度淬火组织、充足回火和不充足回火组织，并进行分析其原因。
（2）高速钢W18Cr4VAC1在800℃左右，但淬火加热温度通常在1250~1280℃，淬火加热温度为何这么高?
（3）高速钢在淬火加热时，有可能会产生欠热、过热和过烧现象，依据金相组织上特征，进行分析?
（4）W18Cr4V在560℃长时间一次回火，是否能够替换3次回火？

表 3 硬度和淬火温度关系表
淬火温度/℃
1220
1240
1260
1280
硬度

淬火温度/℃
1290
1300
1310
1320
硬度

表 4 硬度和回火温度关系
淬火温度
/ ℃
回火温度 / ℃
200
300
400
500
570
600
650
硬度/ HRC
1240

1280

1310