2023年-工具钢热处理工艺组织性能的系统分析.docx

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1、工具钢热处理工艺组织性能的系统分析（综合性实验）一、实验目的1 .掌握工具钢热处理中成分一工艺一组织一性能内在关系；2 .通过实验，掌握材料的系统分析方法。3 .了解工具钢不同工艺条件下的常见组织。二、实验原理工具钢主要用于制造各种切削刀具，模具和量具。所以要有高的硬度和耐磨 性、高的强度和冲击韧性等。常用的工具钢有T10、9CrSi、Crl2MoV, W18Cr4V 等。T10是普通碳素工具钢，淬火一回火态组织为：回火马氏体+颗粒状碳化物 渗碳体+少量残余奥氏体。9CrSi是低合金工具钢，淬火一回火态组织为：回火 马氏体+颗粒状碳化物渗碳体。Crl2MoV是模具钢，淬火一回火态组织为：回火

2、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 组织与性能的关系。铸态的高速钢的显微组织黑色组织为6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。铸态高速钢的显微组织中，碳化物粗大，且很 不均匀，不能直接使用，必须进行反复锻造。锻造后还须进行退火。退火的目的： 消除锻造应力，降低硬度便于切削加工； 为淬火组织做好组织上的准备。 因为原组织为马氏体、屈氏体、或索氏体的高速钢，未经退火，淬火时可能引起 蔡状断口。退火温度宜为860880,加热时间为34小时左右，为了缩短退 火时间，一般采用等温退火，即：860880加热34小时，炉冷到700-750 等温4

3、6小时。锻造退火组织：在索氏体基体上分布着粗大的初生碳化物和较 细的次生碳化物（碳化物呈白亮点）。高速钢的淬火工艺的特点：主要是加热淬火温度高。目的是尽可能多的使碳 和合金溶入奥氏体。高速钢的淬火方法有油淬、分级、等温、空冷等。以W18Cr4V 为例，淬火温度在12701290,淬火组织是由（6070%）马氏体和（25 30%）残余奥氏体及接近10%的加热时未溶的碳化物组成，晶粒度9-10级。硬 度6364HRC。当淬火温度不足，在1240c1260时，碳化物大部分未溶入奥 氏体，晶粒度为1112级。硬度6263HRC。当淬火温度过高，在1300C1310c 时，碳化物数量减少，晶粒度78级。

4、硬度6465HRC。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8共析相，此时过烧。当两次淬火之 间未经充分退火，易产生蔡状断口，断口呈鱼鳞状白色闪光，如蔡光，晶粒粗大， 或大小不匀。为了进一步减少变形并提高韧性，对于形状复杂，碳化物偏析严重 的刀具可用等温淬火。等温温度为240280左右，其组织为4050%下贝氏体 和20%马氏体和3545%残余奥氏体及未溶碳化物。高速钢回火工艺的特点，主要是回火温度高，回火次数多，回火温度在 560570C时，硬度和强度可达到最大值。由于淬火高速钢中残余奥氏体数量较 多，经一次回火后，仍有10%的未转变，硬度6465HRC。再进行两次回

5、火，才 能基本转变完。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的应力，所以需要第二次回火，而第二次回火后由 产生新的应力，还需要第三次回火进一步消除应力，有利于提高钢的强度和韧性, 所以高速钢的典型回火规定是560C,回火三次，每次1小时，回火后钢的硬度 比淬火后略高，约在6366HRC,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、实验设备及试样1 .设备：4X型金相显微镜；洛氏硬度计。2 .试样：1) 9CrSi Crl2MoV的金相试样一套；2) W18Cr4V经不同温度淬火一回火的硬度试样一套。3) W18Cr4V经不同温度回火

6、的硬度试样一套。四、实验内容1 .观察分析工具钢不同温度淬火-回火下的显微组织，见表lo观察分析高 速钢不同温度淬火下的显微组织，见表2。2 .硬度测试：不同淬火温度的W18Cr4V试样，相同淬火温度不同回火温度 的W18Cr4V试样。将试验结果填空入表3和表4。表1工具钢不同热处理工艺制度下的显微组织序 号材料名称处理工艺显微组织浸蚀剂29CrSi淬火+回火回火马氏体十颗粒状碳 化物渗碳体3%硝酸酒精溶液3W18Cr4V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51280淬火（60 -70%）马氏体十（25 -30%）奥氏体（残余23%

7、）+10%未溶碳 化物30 %硝酸酒精溶液61280C淬火 560 回火三次回火马氏体+碳化物+少 量残余奥氏体3%硝酸酒精溶液7Crl2MoV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高速钢不同温度淬火后的金相试样No淬火温度/显微组织11220隐晶马氏体+残余奥氏体+未溶碳化物（奥氏体晶粒不明显、碳化物极少部分溶入奥氏体）21240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）31260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）41280隐晶马氏体（6070%） +

8、残余奥氏体（2530%） + 10%未溶碳化物51290隐晶马氏体（6572%） +残余奥氏体（2030%） +8%未溶碳化物61300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%）71310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）81320晶界开始熔化、出现共晶莱氏体和5共析相五、实验报告与综合分析1 .实验目的。2 .画出所观察试样的显微组织示意图，并标明材料、状态、显微组织、腐 蚀剂、放大倍数。3 .绘出高速钢的硬度与不同淬火加热温度，以及不同回火温度的关系曲线。4 .根据成分特点，以高速钢为例对热处理工艺一组织一性能

9、进行系统分析。(1)通过对W18Cr4V各种状态显微组织的观察，在组织上如何区别铸态和 过烧组织、退火和回火组织、不同温度的淬火组织、充分回火与不充分回火的组 织，并进行分析其原因。(2)高速钢W18Cr4V的Aci在800C左右，但淬火加热温度一般在 12501280,淬火加热温度为什么这样高？(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，根据金 相组织上的特征，进行分析？(4) W18Cr4V在560长时间一次回火，是否可以代替3次回火？表3硬度与淬火温度关系表淬火温度/1220124012601280硬度淬火温度/1290130013101320硬度表4硬度与回火温度关系淬火温度 / 回火温度/ 200300400500570600650硬度/ HRC124012801310