1、 工具鋼熱處理工藝-組織-性能的系統分析(綜合性實驗)一、實驗目的1.掌握工具鋼熱處理中成分工藝組織性能內在關系；2.通過實驗，掌握材料的系統分析方法。3.了解工具鋼不同工藝條件下的常見組織。二、實驗原理工具鋼主要用于制造各種切削刀具，模具和量具。所以要有高的硬度和耐磨性、高的強度和沖擊韌性等。常用的工具鋼有T10、9CrSi、Cr12MoV、W18Cr4V等。T10是普通碳素工具鋼，淬火回火態組織為：回火馬氏體顆粒狀碳化物滲碳體少量殘余奧氏體。9CrSi是低合金工具鋼，淬火回火態組織為：回火馬氏體顆粒狀碳化物滲碳體。Cr12MoV是模具鋼，淬火回火態組織為：回火馬氏體塊狀碳化物滲碳體。下面以

2、高速鋼為例，介紹其熱處理工藝特點,顯微組織與性能的關系。鑄態的高速鋼的顯微組織黑色組織為共析相；白色組織是馬氏體和殘余奧氏體；魚骨狀組織是共晶萊氏體。鑄態高速鋼的顯微組織中，碳化物粗大，且很不均勻，不能直接使用，必須進行反復鍛造。鍛造后還須進行退火。退火的目的： 消除鍛造應力，降低硬度便于切削加工； 為淬火組織做好組織上的準備。因為原組織為馬氏體、屈氏體、或索氏體的高速鋼，未經退火，淬火時可能引起萘狀斷口。退火溫度宜為860880，加熱時間為34小時左右，為了縮短退火時間，一般采用等溫退火，即：860880加熱34小時，爐冷到700750等溫46小時。鍛造退火組織：在索氏體基體上分布著粗大的初

3、生碳化物和較細的次生碳化物（碳化物呈白亮點）。 高速鋼的淬火工藝的特點：主要是加熱淬火溫度高。目的是盡可能多的使碳和合金溶入奧氏體。高速鋼的淬火方法有油淬、分級、等溫、空冷等。以W18Cr4V為例，淬火溫度在12701290，淬火組織是由（6070%）馬氏體和（2530%）殘余奧氏體及接近10%的加熱時未溶的碳化物組成，晶粒度910級。硬度6364HRC。當淬火溫度不足，在12401260時，碳化物大部分未溶入奧氏體，晶粒度為1112級。硬度6263HRC。當淬火溫度過高，在13001310時，碳化物數量減少，晶粒度78級。硬度6465HRC。當淬火加熱溫度達1320左右時，晶界開始熔化，出現

4、共晶萊氏體和共析相，此時過燒。當兩次淬火之間未經充分退火，易產生萘狀斷口，斷口呈魚鱗狀白色閃光，如萘光，晶粒粗大，或大小不勻。為了進一步減少變形并提高韌性，對于形狀復雜，碳化物偏析嚴重的刀具可用等溫淬火。等溫溫度為240280左右，其組織為4050%下貝氏體和20%馬氏體和3545%殘余奧氏體及未溶碳化物。高速鋼回火工藝的特點，主要是回火溫度高，回火次數多，回火溫度在560570時，硬度和強度可達到最大值。由于淬火高速鋼中殘余奧氏體數量較多，經一次回火后，仍有10%的未轉變，硬度6465HRC。再進行兩次回火，才能基本轉變完。第一次回火對淬火馬氏體起回火作用，而在回火冷卻中殘余奧氏體轉變成馬氏

5、體時又產生了新的應力，所以需要第二次回火，而第二次回火后由產生新的應力，還需要第三次回火進一步消除應力，有利于提高鋼的強度和韌性，所以高速鋼的典型回火規定是560，回火三次，每次1小時，回火后鋼的硬度比淬火后略高，約在6366HRC，得到組織是回火馬氏體和未溶碳化物和12%殘余奧氏體。三、實驗設備及試樣1.設備：4X型金相顯微鏡；洛氏硬度計。2.試樣： 1）9CrSi、Cr12MoV的金相試樣一套；2）W18Cr4V經不同溫度淬火回火的硬度試樣一套。3）W18Cr4V經不同溫度回火的硬度試樣一套。四、實驗內容1 觀察分析工具鋼不同溫度淬火-回火下的顯微組織，見表1。觀察分析高速鋼不同溫度淬火下

6、的顯微組織，見表2。2 硬度測試：不同淬火溫度的W18Cr4V試樣，相同淬火溫度不同回火溫度的W18Cr4V試樣。將試驗結果填空入表3和表4。表1工具鋼不同熱處理工藝制度下的顯微組織序號材料名稱處理工藝顯微組織浸蝕劑29CrSi淬火+回火回火馬氏體顆粒狀碳化物滲碳體3硝酸酒精溶液3W18Cr4V鑄態共晶萊氏體+黑色組織+馬氏體+殘余奧氏體3硝酸酒精溶液4 退火索氏體碳化物3硝酸酒精溶液51280淬火（60 70%）馬氏體（25 30%）奧氏體（殘余2 3%）10未溶碳化物30硝酸酒精溶液61280淬火560回火三次回火馬氏體+碳化物+少量殘余奧氏體3硝酸酒精溶液7Cr12MoV退火索氏體碳化物

7、3硝酸酒精溶液8淬火+回火隱晶馬氏體碳化物3硝酸酒精溶液表2 W18Cr4V高速鋼不同溫度淬火后的金相試樣淬火溫度/顯微組織11220隱晶馬氏體殘余奧氏體未溶碳化物（奧氏體晶粒不明顯、碳化物極少部分溶入奧氏體）21240隱晶馬氏體殘余奧氏體未溶碳化物（奧氏體晶粒細小、碳化物大部分未溶入奧氏體）31260隱晶馬氏體殘余奧氏體未溶碳化物（奧氏體晶粒小、碳化物部分未溶入奧氏體）41280隱晶馬氏體（6070）殘余奧氏體（2530）10未溶碳化物51290隱晶馬氏體（6572）殘余奧氏體（2030）8未溶碳化物61300隱晶馬氏體殘余奧氏體未溶碳化物（奧氏體晶粒粗大、碳化物數量小于5%）71310隱晶

8、馬氏體殘余奧氏體未溶碳化物（奧氏體晶粒異常長大、碳化物聚集到晶界、呈角狀）81320晶界開始熔化、出現共晶萊氏體和共析相五、實驗報告與綜合分析1.實驗目的。2.畫出所觀察試樣的顯微組織示意圖，并標明材料、狀態、顯微組織、腐蝕劑、放大倍數。3.繪出高速鋼的硬度與不同淬火加熱溫度，以及不同回火溫度的關系曲線。4.根據成分特點，以高速鋼為例對熱處理工藝組織性能進行系統分析。（1）通過對W18Cr4V各種狀態顯微組織的觀察，在組織上如何區別鑄態和過燒組織、退火和回火組織、不同溫度的淬火組織、充分回火與不充分回火的組織，并進行分析其原因。（2）高速鋼W18Cr4V的AC1在800左右，但淬火加熱溫度一般在12501280，淬火加熱溫度為什么這樣高?（3）高速鋼在淬火加熱時，有可能會產生欠熱、過熱和過燒現象，根據金相組織上的特征，進行分析?（4）W18Cr4V在560長時間一次回火，是否可以代替