高碳回火马氏体型钢课件

高碳回火马氏体型钢

——切削刃具钢概述失效分析与性能要求使用性能与组织的关系工艺性能与组织、成分的关系刃具的使用组织及其成分设计概述切削刃具钢是一类用以制造各种切削刀具的钢种，如车刀、铣刀、钻头和锯片等。切削刃具钢在外力的作用下，强制的使钢件坯料的局部产生塑性变形，并进而使之与基体断裂开来。使用性能与组织的关系耐磨性硬度红硬性切断抗力强度和塑性、韧性耐磨性刃具在工作时的失效主要是它的韧部与切屑及钢件表面的金属间相互滑动所产生的磨损造成的。耐磨性通常是根据试样间的滑动磨损试验来评价的。试验结果表明，在淬火马氏体中未固溶碳化物对钢的耐磨性有着很大的作用。未固溶碳化物越多，耐磨性越好。因此，钢中常加入W、V和Cr等元素来提高耐磨性，至于未固溶碳化物究竟加入多少为好还是一个问题。高碳钢通常采用正火和碳化物球化退火来调整碳化物的形态和分布，这种组织在正常的淬火和回火处理后便可获得在回火马氏体基体上均匀分布着粒状碳化物和未固溶渗碳体的组织。高速切削钢经正常热处理后为隐晶马氏体和未固溶的M6C、M2C和MC型碳化物，其M6C量较多，M2C和MC是回火过程中沉淀出来的，及二次硬化碳化物，这些含有未固溶碳化物或二次硬化碳化物的回火马氏体组织对于切削刀具抗滑动磨损是很有利的。高碳的低温回火马氏体和淬火马氏体的硬度基本相同，但是这两者的硬化机制是有些差异的。低温回火高碳马氏体的硬度除了间隙固溶的作用外，还有共格的ε－碳化物沉淀的重要贡献。这时所获得的实际硬化效果维持不变，然而由于碳化物的沉淀使塑性和韧性得到了改善。因此，为获得高的硬度，综合利用间隙固溶强化机制和碳化物沉淀强化机制是合理的。马氏体置换固溶P、Si和Mn也可附加的增高硬度，相应的加入重量百分比1%，约分别提高200、100和90HB。红硬性红硬性是指刃具钢当其温度达到一定温度以后，如500℃—600℃，仍能保持住高的塑变抗力的性能，因此它是表征刃具钢能在较高温度下保持住某种组织结构而不转化的性能。为了使钢具有马氏体组织形态的热稳定性，就要使钢具有高的马氏体组织的回复和再结晶抗力。W、Mo、Cr、V、Nb和Co等元素在α—Fe的置换固溶可提高α—Fe原子的自扩散激活能，阻碍位错攀移和交滑移，阻碍位错网络的连接，从而延迟回复再结晶过程。在钢中均匀分布的过剩碳化物(M3C,M6C)细粒可以提高硬度和耐磨性而这些碳化物很不稳定，在升高温度时易于聚集长大，因而这种未固溶碳化物对红硬性贡献不大。W、V、Ti和Nb等元素在渗碳体中的固溶量非常小，Mo和Cr在其中的固溶量也有限，当它们在钢的含量超过在渗碳体中的固溶量便有可能在高温回火时以特殊碳化物M2C或MC方式在马氏体基体上均匀的析出，由于它们只在高温回火的条件下才能沉淀出来，说明它们在较高的温度下是稳定的。强度和塑性、韧性当Fe—C合金的C量超过0.60％，继续提高C量对合金的淬火组织硬度改变不多，但影响其淬火和低温回火组织的强度和塑性、韧性。协调强度、塑性和韧性可以一下几个方面来考虑：（1）保持奥氏体起始的细晶粒状态，从而得到细的马氏体组织；（2）控制未固溶碳化物的形态和分布，避免产生网状碳化物；（3）严格控制钢中的杂质元素的量，S≤0.020％，P≤0.030％工艺性能与组织、成分的关系刃具钢在加工工艺性能上要求：

（1）良好的冷热塑性形变加工性、切削和磨削加工性。（2）在加热时，低的过热敏感性，以及低的脱碳敏感。（3）高的淬透性和淬硬性。（4）低的热处理变形和开裂倾向性。（5）好的热成型性。

过共析钢的粒状珠光体组织硬度约为160—250HB，显然粒状珠光体是有利于切削加工组织状态。另外，此性能还与成分有关，如V含量会使磨削性变坏。粗大的马氏体组织增大脆性断裂的倾向性，是刃具崩刃的一个原因，均匀的粒状珠光体组织的过热倾向性小，经适当的淬火处理后可得到隐晶马氏体。另外在钢中加入V、Cr、W等元素可以克服过热敏感性的缺点。刃具的使用组织及其成分设计高硬度、高磨损抗力刃具用钢较高硬度、较高强度和适当韧性的刃具用钢高红硬性、耐磨性和适当韧性的刃具钢高硬度、高磨损抗力刃具用钢

在不连续切削或连续低速切削时，刃具的温度升高不致超过250℃，其所期望的性能主要是高硬度、磨损抗力以及适宜的韧性，故建议使用组织采用隐晶的低温回火马氏体和在其上均匀分布的未固溶渗碳体或合金渗碳体。成分设计首先考虑的就是C量的确定：

（1）回火马氏体间隙固溶C量（2）未固溶渗碳体量（3）ε－碳化物量。回火马氏体间隙固溶C量不必高于0.40%，可取0.25%—0.40%，未固溶渗碳体量和回火ε－碳化物量分别相当于0.2%和0.5%—0.6%。因此，这类钢的C量达到1.0—1.2%，以至1.3%。至于合金元素要考虑淬透性，细化晶粒，抗回火稳定性和碳化物的均匀分布等因素。高红硬性、耐磨性和适当韧性的刃具钢

应用于连续高速切削或加工硬度高和韧性好的钢材的刃具必须具有高的红硬性和耐磨性，以及适当的韧性，在这类刃具工作时，其韧部的温度可达500℃—600℃或更高。针对这类刃具在红硬性上的特殊要求，建议以下两种使用组织设计方案：

（1）固溶着一定C量和合金元素的马氏体基体＋二次硬化物＋未固溶碳化物。（2）马氏体基体＋金属间化合物在第一种方案中，对红硬性起作用的组织因素是具有抗回复再结晶的高稳定的马氏体基体和二次硬化碳化物。就碳化物类型而言，主要为M6C型