1 淬火晶粒度检验
高速钢淬火后的正常组织为马氏体 、碳化物及残 留奥氏体 。若用常规方法浸蚀后 , 隐针状的马氏体呈 白色 , 观察不到针的轮廓 ; 残留奥氏体浸蚀后也为白 色 , 所以无法与马氏体区别 , 因此高速钢淬火后的组 织中只能看到奥氏体晶粒的大小及碳化物颗粒 。
淬火晶粒度大小是衡量淬火加热温度高低及刀 具热处理质量的重要标志 。由于目前高温盐浴炉温 控还存在一些问题 (也有些单位采用微机群控 , 精 确度 ±2℃) , 钢材成分的波动 (混炉号材料淬火 )对 淬火温度确有影响 , 所以工具厂基本上都采用观察 晶粒度大小控制合适的淬火温度 。随着淬火温度的 升高 , 晶粒也逐渐增大 , 当温度高到一定程度 , 晶 粒边界的碳化物熔化析出 , 出现网状组织及次生莱 氏体 (过烧 ) 。淬火加热温度越低 , 则形成的晶粒也 越小 , 低到一定程度 , 则不形成晶界 , 说明淬火加 热温度严重不足 。
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在金相标准不列此项 , 工厂炉前检验也不重视 , 淬火 后硬度也早已不抽查了 , 但这并不意味着碳化物溶解 程度无关紧要 。实践证明 , 单从产品红硬性和耐磨性 考虑 , 检查碳化物溶解度比检查晶粒度要重要得多 。 因为采用钢号和尺寸一定的棒材制造同规格的刀具 时 , 碳化物的溶解度能直接反映产品的硬度及红硬 性 , 而晶粒度大小则不能说明 。淬火加热温度的高低 决定晶粒度大小 : 淬火加热温度高则晶粒度大 , 淬火 温度低则晶粒度小 。在正常的淬火状况下 , 晶粒大碳 化物溶解好些 , 晶粒小碳化物溶解差些 , 若只用正常 的淬火加热温度 , 而保温时间不够 , 即加热到额定温 度就出炉淬火或保温几秒钟就淬火 , 则晶粒的变化不 大或基本上一样 , 但碳化物的溶解程度肯定要比足够 保温时间差些 , 这时的晶粒度不能反映硬度和红硬性 了 , 它只能代表本身的特性 : 晶粒度大脆性大 。所以 检查碳化物溶解程度很有必要 。
采用特配的浸蚀剂 [ 1 ] 可以观察到高速钢淬火或 回火后马氏体针 。图 5为 M2钢经 1220 ℃加热油淬后 的金相组织 , 晶粒度为 9级 , 马氏体已清晰可辨 , 为 细 针 马 氏 体 , 针 长 为 115 ～ 210 级 。图 6 为 W 9Mo3C rV 钢经 1220 ℃加热油淬后的金相组织 , 马 氏体针特别清晰 , 奥氏体晶粒亦可判别 , 晶粒度 910～915级 , 马氏体针长 2 级左右 , 残留奥氏体也 可以定量评估 。
为了提高刀具产品在市场上的竞争力 , 各厂对炉 前淬火晶粒大小控制比较严 , 一般产品 W 系产品为 9～10级 ; W 2Mo系产品为 915 ～1015 级 ; 要求高红 硬性耐磨性的刀具 , 如车刀可控制在 810 ～815 级 ; 要求韧性高 , 如拉刀可控制在 10～11级 。如图 1 所
图 5 M2钢经 1220 ℃油淬后的金相组织 ×500
图 3 W 18Cr4V 钢铰刀淬火晶粒度 (1015级 ) ×500 图 4 W 18Cr4V 钢拉刀淬火晶粒度 (10级 ) ×500
图 6 W 9Mo3CrV 高速钢 1220 ℃加热淬火的组织 ×500
4 结语
从以上分析可知 , 高速钢刀具淬火不能光看晶粒 度 , 还要看碳化物的溶解程度 , 碳化物对高速钢非常 重要 , 不管是加热还是冷却 , 关键就是碳化物的转变 与转化 , 如过热程度就是根据碳化物的形态为判据 。 正因为冶炼高速钢有碳化物不均匀度与大颗粒等问 题 , 所以粉末高速钢应运而生 。如果淬火刀具晶粒度 适中 , 碳化物溶解充分 , 马氏体针粗细得当 , 此刀具 一定高寿命 。
早在 20世纪 60年代 , 山西长治某厂作刀具淬火 金相检查时 , 将晶粒度和碳化物溶解度定为必检项 目 , 那时用的金相法和淬火硬度法 (有经验的检验员 用锉刀能较准确地锉出刀刃硬度 , 误差不超过 015 HRC)同时控制和鉴定加热后碳化物的溶解程度 。现
第 6期
赵步青 , 等 : 高速钢刀具淬火后的金相检验
2 碳化物溶解度检验
碳化物溶解度也是高速钢淬火质量的衡量指标 , 所以国内一些用户将其列为受检项目 。例如在一颗晶 粒中 , 碳化物少于 8颗为良好 , 8～12 颗为一般 , 大 于 12颗为较差 。
图 1 W 18Cr4V 钢车刀淬火晶粒度 (815级 ) ×500
图 2 M2钢渐开线花键拉刀淬火晶粒度 (1015级 ) ×500
参考文献 : [ 1 ] 蔡美良 ,等 1新编工模具钢金相热处理 [M ] 1北京 :机械工业出版
社 , 1998: 971
ZHAO Bu2qing 中图分类号 : TG115121 + 3 文献标志码 : B 文章编号 : 025426051( 2010) 0620122202
在高速钢刀具产品检验中只有硬度这个数字化的 指标 (如 HSS钢刀具刃部要求 63～66 HRC) , 而对金 相组织并无严格要求 。其实 , 高速钢刀具的硬度要达 到要求的值并不困难 , 但要达到理想的金相组织 , 使 刀具拥有高寿命 , 可不是一件容易的事 。以下从 3方 面就高速钢刀具热处理的关键点 ———淬火炉前检验谈 点经验体会 , 不妥之处请同行批评指正 。
第 35卷 第 6期
2010年
6月
HEAT TREATM ENT OF M ETALS
Vol135 No16 June 2010
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
高速钢刀具淬火后的金相检验
赵步青 (江苏镇江拓普工具公司 ,江苏 镇江 212014)
M ota llograph ic exam ina tion for quenched h igh2speed steel tool
多年的刀具生产实践告诉我们 , 高速钢刀具在淬 火时 , 应在保证一定韧性的条件下 , 尽量使碳化物溶 入基体 , 以便在回火时获得最大的二次硬化效果 。
图 3和图 4分别为 W 18Cr4V 钢铰刀和拉刀的淬 火试样 , 它们的晶粒度都不大 , 但碳化物溶解情况良 好 , 刀具寿命高 。
3 淬火马氏体检验
收稿日期 : 2009211210 作者简介 :赵步青 (1943—) ,男 ,江苏阜宁人 ,高级工程师 ,本刊通讯员 , 发表论文 180余篇 ,出版专著两部 ,主要研究方向 : 工模具的热处理工 艺 。 E2mail: zsg4272@163. com
示为 W 18C r4V 钢车刀淬火晶粒度照片 , 图 2 为 M2 钢渐开线花键拉刀淬火晶粒度照片 。