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主题：【转帖】高速钢工具表面亮白层分析

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发表于：2009/06/10 16:27:40 楼主 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
该帖子已被userwuq设置为精华；
摘  要：从金相组织、显微硬度、10秒碳计数等方面对高速钢工具淬火、磨削、真空淬火热处理形成的表面亮白层进行了分析。
关键词：高速钢；工具；亮白色

1　前言
      高速钢主要用于切削刀具的生产，刀具的切削性能及耐磨性不仅与钢的原始组织有关，还与后序的热处理及加工过程有关。在保证钢材原始组织符合要求的情况下，刀具的热处理及随后的冷加工就显得尤为重要。笔者在高速钢工具检验及用户提出的质量异议试样分析中发现，某些刀具表面存在亮白层，分析认为刀具的切削和耐磨性能差恰与表面存在的亮白层有关。实验结果表明，高速钢刀具形成亮白层的原因有：淬火引起的脱碳层；磨削时吃刀量过大，致使表面温度过高，发生再淬火；真空淬火引起的表面增碳。基于目前许多生产厂家及使用厂家检验手段有限(仅限于硬度计和金相显微镜)，在现有设备的基础上正确区分亮白层的属性是目前急待解决的问题。为此，本文对上述三种试样进行了分析，对其金相组织特征对照比较，力图找到用普通金相显微镜就能准确判断亮白层形成原因的有效方法。
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2009/6/10 16:28:17 沙发 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
2　试样的制备
    试样材质均为河冶科技股份有限公司生产的M2钢。淬火试样自盐浴炉淬火硬度低的试样中切取，制成金相试样，抛光后用10%硝酸酒精浸蚀进行金相组织、电子探针研究。磨削试样采用生产过程中磨削缺陷样品；真空淬火试样取自生产过程中表面硬度偏低的样品。将上述样品分别制备成金相试样，抛光后用4%硝酸酒精溶液浸蚀后，进行硬度、电子探针、扫描电镜分析。

3　试验结果与分析
3.1　淬火引起的亮白层淬火引起的表面亮白层特点是晶粒异常粗大，为脱碳；而内部晶粒细小，是正常的淬火组织，两者之间存在一层很薄的过渡层(图1)。经正常回火后，最外层仍为白亮层。在脱碳层内仅有少量大颗粒碳化物，细小碳化物几乎没有，过渡区的碳化物颗粒也减少。用电子探针研究了基体碳含量，表1给出了脱碳层(大晶粒区)、过渡层和心部(正常淬火组织区)三个区域基体碳含量的测定值(进行点测定时避开碳化物，以10秒碳计数作为测定值，每区至少测3个点，求平均值)。从表1数据可以看出，大晶粒脱碳层基体碳计数仅稍低于正常区域基体的碳计数，过渡区和正常区基体的碳计数相差很少。由此可见，淬火脱碳层基体的碳含量并未减少很多，而碳化物则大量减少，脱碳层的显微硬度很低。
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2009/6/10 16:32:12 板凳 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊





                                图1　淬火脱碳层(放大倍数100倍)
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2009/6/10 16:33:15 马扎 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
3.2　磨削引起的亮白层
      磨削引起的亮白层，有时有较清晰的晶粒，有时没有，分析认为这与磨削时的进刀量有关。用电子探针研究其碳含量，测定时避开碳化物，仍以10秒碳计数作为测定值，每区至少测3个点，取其平均值。试验结果是表面亮白层基体的碳计数为1059，与正常区域的1062基本相同，这说明在磨制过程中并未发生脱碳，因此排除了脱碳的可能。再对亮白层与正常区域进行硬度测定，其硬度为66.0HRC，正常区域硬度为64.5HRC，较正常区域增加1.5HRC。硬度的升高是由于磨制过程中，磨削热和磨削机械力的作用，使被磨削工件的表层组织发生了变化。由于大量磨削热的产生，使表层瞬间温度可达1000℃，发生了再淬火。此再淬火区域经浸蚀后为亮白区(难浸蚀)，当表层温度达更高时，会出现明显的晶粒(图2)。
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2009/6/10 16:35:31 地毯 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊



图2　磨削形成的表面亮白层(放大倍数500倍)
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2009/6/10 16:36:03 地板 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
3.3　真空淬火引起的亮白层
(1)用金相显微镜对试样进行金相组织观察，发现最外层为白亮组织且某些部位晶粒清晰可见，中间层为针状马氏体区，其余层为正常组织即回火马氏体基体上分布着碳化物颗粒。
(2)显微硬度测定。用显微硬度计对试样的亮白区域、针状马氏体区域、正常组织区域进行显微硬度(负荷200g)测定，结果为：白亮区域硬度为528HV，针状马氏体区域硬度为557HV，正常组织区域硬度为672HV。
(3)扫描电镜分析。用日立S-4300型扫描电镜分别对试样的边部以及正常组织区域进行扫描电镜分析，其化学成分及各元素含量见表2。
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2009/6/10 16:39:07 6楼 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊


(4)洛氏硬度测定。

    用HRq-150型硬度计对试样进行了常规洛氏硬度测定，其硬度为62.5HRC；深磨后，其硬度为65.0HRC。可见表层硬度明显低于内部硬度。由上述络氏、维氏硬度试验结果可以看出，试样边缘的硬度明显低于正常组织区域，说明边部区域在热处理过程中可能发生了脱碳或增碳。由于冷轧钢带锯条厚度小，各生产厂家多采用真空油淬以减小工件的变形，减少氧化，获得光亮的表面。但是真空油淬的工件表面又易出现亮白层，此亮白层会使工件的寿命大大降低。由表2可以看出，表层碳含量明显高于心部，说明在热处理过程中发生了增碳，因为高速钢含有大量碳化物形成元素，且在奥氏体状态对碳的吸收能力很强，淬火油又是由碳、氢、氧组成的有机化合物，而此化合物易于分解。当高速钢在真空高温加热时，由于钢材在真空加热时被净化成清洁和活性很强的表面，因而即使油蒸气膜的存在只是瞬间，也很容易渗入碳原子。
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2009/6/10 16:39:55 7楼 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
另一方面，油中的碳和氧生成一氧化碳后而引起以下反应：
2CO=[C]+CO2这个活性碳原子渗入了高速钢表面，使表面碳含量增高；部分形成高碳马氏体，部分以碳化物的形式析出。高速钢淬火后必须经过回火，一是对淬火马氏体起到回火作用，即由淬火马氏体转变为回火马氏体，提高强韧性；二是淬火时未转变的残余奥氏体转变为马氏体，再经回火转变为回火马氏体，碳含量越高，未转变的残余奥氏体越多。然而由于表层碳含量的增高，使此高碳层的马氏体点下降，淬火后存在大量的未转变高碳残余奥氏体。此残余奥氏体在正常的回火温度和回火时间内很难转变，在回火后的受浸蚀性与本体不同，呈现通常认为“回火不足”的缺陷组织，形成亮白层，在回火后表现为白亮组织；而碳化物析出较多的部位则表现为回火不充分组织。

4　结论

(1)淬火形成的脱碳亮白层，晶粒粗大；磨削形成的白亮层，晶粒与正常区域差别不大；真空淬火形成的亮白层，晶粒与正常区域无明显区别，但亮白层与正常区域之间存在针状马氏体区，而淬火脱碳层、磨削亮白层则无此特征。
(2)淬火脱碳层硬度较正常区域低很多，磨削亮白层硬度较正常区域高，真空淬火亮白层硬度较正常区域低。
(3)淬火亮白层碳化物大量减少，基体碳含量并未减少太多；磨削亮白层碳化物未减少，基体碳含量基本不变；真空淬火亮白层碳含量明显增高。
               本文摘自：郎英翠“高速钢工具表面亮白层分析”
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大笨狗
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2009/6/10 18:11:49 8楼 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
10秒碳计数的测定值应该提供误差分析，不知道重复性怎么样？
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xinghun1982
xinghun1982
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2009/6/10 18:48:17 9楼 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
请问是篇小论文么。能否整理的更全面一些
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︶ㄣ青蟲CC
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2009/6/10 19:05:16 10楼 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
原文由 userwuq 发表:
10秒碳计数的测定值应该提供误差分析，不知道重复性怎么样？

不清楚！！
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