上海材料研究所分析培訓(xùn)--第六章工模具鋼的金相檢驗(yàn)

1、工模具鋼的金相檢驗(yàn)工模具鋼的金相檢驗(yàn)上海材料研究所檢測中心上海材料研究所檢測中心上海市金屬材料質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站上海市金屬材料質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站上海失效分析與安全評(píng)估中心上海失效分析與安全評(píng)估中心巴發(fā)海巴發(fā)海1內(nèi)容 碳素工具鋼 合金工具鋼 刃具量具鋼 模具鋼2一、碳素工具鋼一、碳素工具鋼 成分及牌號(hào)成分及牌號(hào) 性能及用途性能及用途 組織及缺陷組織及缺陷3成分及牌號(hào)成分及牌號(hào)1. 碳含量質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.7-1.3%之間2. T7，T8，T9T13等41. 硬度高，耐磨，可切削加工2. 紅硬性差3. 制作形狀簡單，截面小，切削速度不高的工具，手工鋸條、銼刀、鉸刀、絲錐、板牙、鑿子及形狀簡單的冷加工沖頭、拉絲模

2、等。性能及用途5組織1. 原材料組織評(píng)定：片狀珠光體和網(wǎng)狀滲碳體原材料組織狀態(tài)：鍛造后退火態(tài)片狀珠光體+網(wǎng)狀滲碳體組織要求：預(yù)處理 球狀退火 GB/T1298-86合格級(jí)別（60mm）T7、T8、T9，15級(jí) ，T10、T11、T12、T13，24級(jí)老標(biāo)準(zhǔn)：13級(jí)以細(xì)片狀珠光體，4 6級(jí)以小球狀或球狀珠光體，710級(jí)以粗片狀珠光體新標(biāo)準(zhǔn)： 12級(jí)以細(xì)片狀珠光體，3級(jí)以小球狀或球狀珠光體，6級(jí)粗片狀珠光體網(wǎng)狀碳化物（GB/T 1298-86第二級(jí)別圖，共分4級(jí)）60mm 2級(jí)60100mm3級(jí)100mm 協(xié)議允許破碎網(wǎng)狀，不允許封閉網(wǎng)6不正常的退火顯微組織1. 脫碳層全脫碳層：全部為鐵素體組織，

3、深度由試樣邊緣到出現(xiàn)珠光體或其他組織的部分。部分脫碳層：深度由全脫碳層的終端到心部組織出現(xiàn)為止脫碳層的總厚度：全脫碳層和部分脫碳層之和。7 脫碳熱軋、鍛造單邊總脫碳 （0.25+10.5%D）冷拉 D 16mm 1.5%D D 16mm 1.3%D高頻淬火 1%D 8脫碳層全脫碳層：鐵素體部分脫碳層：（1）鐵素體及片狀珠光體； （2）片狀及球狀光體； 未脫碳層：球狀珠光體910不正常的退火顯微組織2.網(wǎng)狀碳化物：冷卻過程中，二次碳化物沿晶界析出而成網(wǎng)狀3.石墨碳形成原因：1.退火溫度過高；2.保溫時(shí)間過長；3.冷卻緩慢；4.多次退火特點(diǎn)：1.灰黑色點(diǎn)狀或不規(guī)則形狀；2.周圍鐵素體較多；缺點(diǎn)：使

4、強(qiáng)度降低，脆性增加，易產(chǎn)生折斷；111213不正常的淬火組織 欠熱處理原因：淬火溫度低，或保溫時(shí)間不足；組織特點(diǎn)：出現(xiàn)未轉(zhuǎn)變的細(xì)珠光體或極細(xì)珠光體（過去稱托氏體），整體為：馬氏體+未溶珠光體+滲碳體；缺點(diǎn)：硬度偏低，影響耐磨性，降低壽命改善：重新熱處理淬火獲得正常淬火組織1415不正常的淬火組織 過熱和過燒組織原因：淬火溫度過高；組織特點(diǎn)：馬氏體針葉粗大，殘余奧氏體增多，滲碳體顆粒減少；過熱嚴(yán)重時(shí)則為過燒：除馬氏體非常粗大外，還會(huì)有晶界燒熔現(xiàn)象；缺點(diǎn)：降低耐磨性、切削性和壽命，蹦刃和斷裂；16 淬火狀態(tài)：橫截面上由表及里：馬氏體馬氏體+極細(xì)珠光體極細(xì)珠光體細(xì)珠光體珠光體馬氏體針長： ZBJ36

5、003-1987， 一般以3級(jí)為合格極細(xì)珠光體：未淬硬區(qū)組織（一般不允許在刀具表面上存在）回火組織：回火馬氏體+顆粒狀碳化物低溫人工時(shí)效和冷處理的必要性17二、合金工具鋼二、合金工具鋼 合金工具鋼的化學(xué)成分 合金工具鋼的退火組織及其評(píng)定 合金工具鋼的淬火組織及其評(píng)定 合金工具鋼的回火組織18合金工具鋼合金工具鋼 合金工具鋼的化學(xué)成分(GB/T1299-2000)合金工具鋼是在碳素工具鋼的基礎(chǔ)加入一種或幾種合金元素而成的鋼。常加入元素：Cr，Mn，Si，W，V等 常用量刃具鋼有：9SiCr，8MnSi，Cr06等 冷作模具鋼：Cr12,Cr12MoV, 9Mn2V,CrWMn 熱作模具鋼：5Cr

6、MnMo,5CrNiMo,3Cr2W8V 耐沖擊鋼：4CrW2Si,6CrW2Si19合金工具鋼合金工具鋼 合金工具鋼的退火組織及其評(píng)定(合金工具鋼GB/T 1299-2000) 1. 珠光體（16級(jí)） 、網(wǎng)狀碳化物（14級(jí)）和脫碳層的金相評(píng)定和碳素工具鋼基本相同(細(xì)節(jié)并不完全相同)。 2. 退火態(tài)必須檢驗(yàn)共晶碳化物不均勻度（Cr12/6W6Mo5Cr4V等）: GB/T 1299-2000規(guī)定按照GB/T 14979-1994第四評(píng)級(jí)圖評(píng)定20GB/T 14979-1994-第四級(jí)別2122合金工具鋼合金工具鋼 淬火組織及其評(píng)定 馬氏體多呈叢集狀，不如碳素工具鋼的馬氏體針葉清晰。 淬、回火組

7、織及其評(píng)定1）刃具和量具低溫回火：回火馬氏體，細(xì)小顆粒狀碳化物2）合金量具須進(jìn)行冷處理和低溫人工時(shí)效，以減少殘余奧氏體，穩(wěn)定尺寸。23三、量、刃具鋼三、量、刃具鋼 鉻鋼（Cr2）碳化物顆粒均勻，淬透性好 硅-鉻鋼（9SiCr）回火穩(wěn)定性好 鉻-鎢鋼加入強(qiáng)碳化物形成元素，耐磨性提高 鉻-鎢-錳鋼不變形鋼，有碳化物液析和碳化物網(wǎng)狀24量、刃具鋼 按GB/T 1299-20009SiCr退火后珠光體的級(jí)別24級(jí)Cr-W-Mn 網(wǎng)狀碳化物 3級(jí) 脫碳層熱軋、鍛造退火 0.25+1%D、 0.20+2%D冷拉 1.5%D、 2.0%D ZBJ36003-1987各種量刃具鋼 M 3.525四、模具鋼的金

8、相檢驗(yàn)四、模具鋼的金相檢驗(yàn) 冷作模具鋼 熱作模具鋼 塑料專用模具鋼26冷作模具鋼 高的硬度，強(qiáng)度，良好的耐磨型和韌性 顯微組織特點(diǎn)：1）有充分的剩余碳化物，且分布均勻，圓整，細(xì)小。2）馬氏體均勻，細(xì)小。3）奧氏體晶粒均勻，細(xì)小。 分類：1）碳素工具鋼；2）低合金工模具鋼；3）萊氏體鋼；4）基體鋼P(yáng)106 金相檢驗(yàn)項(xiàng)目P106-107 ：共晶碳化物不均勻度（GB/T 14979） ；珠光體；二次碳化物；淬火組織及晶粒度27Cr12過燒1050（1000-1050）28例Cr12MoV檢驗(yàn)實(shí)例 試樣的顯微組織為回火馬氏體、少量殘余奧氏體以及呈變形網(wǎng)狀分布共晶碳化物，見圖1，2。共晶碳化物不均勻度按

9、GB/T14979-1994標(biāo)準(zhǔn)中第4級(jí)別圖評(píng)定約為45級(jí)。 2930 試樣基體組織為細(xì)針狀回火馬氏體+殘余奧氏體+顆粒狀碳化物，參照GB/T 14979-1994標(biāo)準(zhǔn)第四套評(píng)級(jí)圖進(jìn)行評(píng)定，試樣碳化物不均勻度評(píng)為1級(jí)（圖1），按JB/T 7713-2007標(biāo)準(zhǔn)，試樣碳化物級(jí)別評(píng)為1級(jí)，馬氏體級(jí)別評(píng)為2級(jí)（圖2）。 31例32熱作模具鋼 高的熱強(qiáng)性，熱疲勞性和韌性于反復(fù)急冷急熱工況下工作，高達(dá)700。含碳量一般低于冷作模具鋼。 分類：1）高韌性熱作模具鋼：5CrMnMo，5CrNiMo等2）高熱強(qiáng)性熱作模具鋼：3Cr2W8V，Y4，Y10等3）強(qiáng)韌兼?zhèn)錈嶙髂＞咪摚?Cr5MoSiV1（H13），

10、 4Cr3Mo3等33金相檢驗(yàn) 標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 18254-2002(高碳鉻軸承鋼) ZJB36003-1987(工具鋼熱處理檢驗(yàn))，GB/T1299-2000(合金工具鋼技術(shù)條件) JB/T 8420-2008 熱作模具鋼顯微組織評(píng)級(jí) 原材料帶狀，級(jí) 退火組織檢驗(yàn)：點(diǎn)狀及細(xì)粒狀珠光體和共晶碳化物 碳化物檢驗(yàn)（共晶碳化物，網(wǎng)狀碳化物，球化質(zhì)量（H11）等） 淬、回火組織檢驗(yàn)，一般要求馬氏體細(xì)小，針長4級(jí)，晶粒度細(xì)于8級(jí)。34例H13檢驗(yàn)實(shí)例 模具為電渣精煉H13鍛件，鍛后熱處理工藝為10305氣淬或油淬， 53052次回火，硬度HRC52-55。模具表面進(jìn)行了氮化處理，規(guī)定氮化后總滲層深度0.

11、15mm，氮化后表面硬度9001200HV。 氮化深度約為0.66mm，化合物層厚度約為0.09mm，氮化層疏松級(jí)別為2級(jí)?；w顯微組織為細(xì)針馬氏體+殘余奧氏體。根據(jù)熱作模具鋼顯微組織標(biāo)準(zhǔn)JB/T 8420-2008基體馬氏體評(píng)定為3級(jí) 3536H13典型流程 鍛造球化退火粗加工去應(yīng)力處理（）精加工最終熱處理鉗修打光滲氮裝配 可根據(jù)實(shí)際需要確定不同的回火溫度 回火充分性判據(jù)37塑料專用模具鋼塑料專用模具鋼 特點(diǎn)：形狀復(fù)雜，尺寸精度和表面粗糙度要求均較高（磨拋后要求達(dá)到晶面），材料類型較為特殊 要求：精煉、易切削、預(yù)硬和時(shí)效硬化1）控制非金屬夾雜物，2級(jí)以下；2）硬度要求不高，調(diào)質(zhì)40-45HR

12、C之間；3）加入S，P，Se，Pb等元素，增加切削性能38高速工具鋼的檢驗(yàn)高速工具鋼的檢驗(yàn) 高速工具鋼的分類及化學(xué)成分 高速工具鋼的顯微組織39高速工具鋼的分類及化學(xué)成分 高硬度，耐磨性和紅硬性，同時(shí)具有足夠的強(qiáng)度和韌性。 高速鋼長期工作于500-600，硬度仍可保證在HRC60以上，而 碳素工具鋼工作于250-300 時(shí)，硬度變會(huì)明顯降低，喪失其切削性能。 分類：1）W系：W18Cr4V，1270-1300 淬火2）W-Mo系：W6Mo5Cr4V2，1220-1240 淬火3）高碳高礬系：W6MoCr4V3， 1220-1240 淬火4）Co高速鋼：W2Mo9Cr4VCo8，HRC68-70，1170-1200 淬火5）Al高速鋼： W10Mo4Cr4V3Al，HRC68-70，1230-1260 淬火Co和Al均為非碳化物形成元素，絕大部分溶入固溶體中，增加硬度和紅硬性。40高速工具鋼的顯微組織 退火組織索氏體和碳化物。退火態(tài)一般要進(jìn)行脫碳層的測定。GB/T 9943-2008(高速工具鋼棒技術(shù)條件)共晶碳化物不均勻度（帶狀和網(wǎng)狀兩個(gè)系列18級(jí)）（注意取樣和熱處理）脫碳層41淬火、回火組織 淬火組織：馬氏體+碳化物+30%左右的殘奧。 馬氏體為隱針型，浸蝕后呈白色。淬火晶粒度是檢驗(yàn)熱處理質(zhì)量的重要標(biāo)志。 回火組織：回火馬