上海材料研究所分析培训--第六章工模具钢的金相检验

上海材料研究所1工模具钢的金相检验上海材料研究所检测中心上海市金属材料质量监督检验站上海失效分析与安全评估中心巴发海上海材料研究所2内容碳素工具钢合金工具钢刃具量具钢模具钢上海材料研究所3一、碳素工具钢成分及牌号性能及用途组织及缺陷上海材料研究所4成分及牌号1.碳含量质量分数0.7-1.3%之间2.T7，T8，T9…T13等上海材料研究所51.硬度高，耐磨，可切削加工2.红硬性差3.制作形状简单，截面小，切削速度不高的工具，手工锯条、锉刀、铰刀、丝锥、板牙、凿子及形状简单的冷加工冲头、拉丝模等。性能及用途上海材料研究所6组织1.原材料组织评定：片状珠光体和网状渗碳体原材料组织状态：锻造后退火态—片状珠光体+网状渗碳体组织要求：预处理→球状退火GB/T1298-86合格级别（φ＜60mm）T7、T8、T9，1~5级，T10、T11、T12、T13，2~4级老标准：1～3级以细片状珠光体，4～6级以小球状或球状珠光体，7～10级以粗片状珠光体新标准：1～2级以细片状珠光体，3级以小球状或球状珠光体，6级粗片状珠光体网状碳化物（GB/T1298-86第二级别图，共分4级）Φ≤60mm2级60＜Φ≤100mm3级Φ＞100mm协议允许破碎网状，不允许封闭网上海材料研究所7不正常的退火显微组织1.脱碳层全脱碳层：全部为铁素体组织，深度由试样边缘到出现珠光体或其他组织的部分。部分脱碳层：深度由全脱碳层的终端到心部组织出现为止脱碳层的总厚度：全脱碳层和部分脱碳层之和。上海材料研究所8脱碳热轧、锻造单边总脱碳≤（0.25+10.5%D）冷拉D＜16mm1.5%DD＞16mm1.3%D高频淬火1%D上海材料研究所9脱碳层全脱碳层：铁素体部分脱碳层：（1）铁素体及片状珠光体；（2）片状及球状光体；未脱碳层：球状珠光体上海材料研究所10上海材料研究所11不正常的退火显微组织2.网状碳化物：冷却过程中，二次碳化物沿晶界析出而成网状3.石墨碳形成原因：1.退火温度过高；2.保温时间过长；3.冷却缓慢；4.多次退火特点：1.灰黑色点状或不规则形状；2.周围铁素体较多；缺点：使强度降低，脆性增加，易产生折断；上海材料研究所12上海材料研究所13上海材料研究所14不正常的淬火组织１欠热处理原因：淬火温度低，或保温时间不足；组织特点：出现未转变的细珠光体或极细珠光体（过去称托氏体），整体为：马氏体+未溶珠光体+渗碳体；缺点：硬度偏低，影响耐磨性，降低寿命改善：重新热处理淬火获得正常淬火组织上海材料研究所15上海材料研究所16不正常的淬火组织２过热和过烧组织原因：淬火温度过高；组织特点：马氏体针叶粗大，残余奥氏体增多，渗碳体颗粒减少；过热严重时则为过烧：除马氏体非常粗大外，还会有晶界烧熔现象；缺点：降低耐磨性、切削性和寿命，蹦刃和断裂；上海材料研究所17淬火状态：横截面上由表及里：马氏体→马氏体+极细珠光体→极细珠光体→细珠光体→珠光体马氏体针长：ZBJ36003-1987，一般以≤3级为合格极细珠光体：未淬硬区组织（一般不允许在刀具表面上存在）回火组织：回火马氏体+颗粒状碳化物低温人工时效和冷处理的必要性上海材料研究所18二、合金工具钢合金工具钢的化学成分合金工具钢的退火组织及其评定合金工具钢的淬火组织及其评定合金工具钢的回火组织上海材料研究所19合金工具钢合金工具钢的化学成分(GB/T1299-2000)合金工具钢是在碳素工具钢的基础加入一种或几种合金元素而成的钢。常加入元素：Cr，Mn，Si，W，V等常用量刃具钢有：9SiCr，8MnSi，Cr06等冷作模具钢：Cr12,Cr12MoV,9Mn2V,CrWMn热作模具钢：5CrMnMo,5CrNiMo,3Cr2W8V耐冲击钢：4CrW2Si,6CrW2Si上海材料研究所20合金工具钢合金工具钢的退火组织及其评定(合金工具钢GB/T1299-2000)1.珠光体（1～6级）、网状碳化物（1～4级）和脱碳层的金相评定和碳素工具钢基本相同(细节并不完全相同)。2.退火态必须检验共晶碳化物不均匀度（Cr12/6W6Mo5Cr4V等）:GB/T1299-2000规定按照GB/T14979-1994第四评级图评定上海材料研究所21GB/T14979-1994-第四级别上海材料研究所22上海材料研究所23合金工具钢淬火组织及其评定马氏体多呈丛集状，不如碳素工具钢的马氏体针叶清晰。淬、回火组织及其评定1）刃具和量具——低温回火：回火马氏体，细小颗粒状碳化物2）合金量具须进行冷处理和低温人工时效，以减少残余奥氏体，稳定尺寸。上海材料研究所24三、量、刃具钢铬钢（Cr2）碳化物颗粒均匀，淬透性好硅-铬钢（9SiCr）回火稳定性好铬-钨钢加入强碳化物形成元素，耐磨性提高铬-钨-锰钢不变形钢，有碳化物液析和碳化物网状上海材料研究所25量、刃具钢２按GB/T1299-20009SiCr退火后珠光体的级别2~4级Cr-W-Mn网状碳化物≮3级脱碳层热轧、锻造退火≯0.25+1%D、0.20+2%D冷拉≯1.5%D、2.0%DZBJ36003-1987各种量刃具钢M≯3.5上海材料研究所26四、模具钢的金相检验冷作模具钢热作模具钢塑料专用模具钢上海材料研究所27冷作模具钢高的硬度，强度，良好的耐磨型和韧性显微组织特点：1）有充分的剩余碳化物，且分布均匀，圆整，细小。2）马氏体均匀，细小。3）奥氏体晶粒均匀，细小。分类：1）碳素工具钢；2）低合金工模具钢；3）莱氏体钢；4）基体钢P106金相检验项目P106-107：共晶碳化物不均匀度（GB/T14979）；珠光体；二次碳化物；淬火组织及晶粒度上海材料研究所28Cr12过烧＞1050℃（1000-1050）上海材料研究所29例Cr12MoV检验实例试样的显微组织为回火马氏体、少量残余奥氏体以及呈变形网状分布共晶碳化物，见图1，2。共晶碳化物不均匀度按GB/T14979-1994标准中第4级别图评定约为4~5级。上海材料研究所30上海材料研究所31试样基体组织为细针状回火马氏体+残余奥氏体+颗粒状碳化物，参照GB/T14979-1994标准第四套评级图进行评定，试样碳化物不均匀度评为1级（图1），按JB/T7713-2007标准，试样碳化物级别评为1级，马氏体级别评为2级（图2）。上海材料研究所32例３上海材料研究所33热作模具钢高的热强性，热疲劳性和韧性于反复急冷急热工况下工作，高达700℃。含碳量一般低于冷作模具钢。分类：1）高韧性热作模具钢：5CrMnMo，5CrNiMo等2）高热强性热作模具钢：3Cr2W8V，Y4，Y10等3）强韧兼备热作模具钢：4Cr5MoSiV1（H13），4Cr3Mo3等上海材料研究所34金相检验标准：GB/T18254-2002(高碳铬轴承钢)ZJB36003-1987(工具钢热处理检验)，GB/T1299-2000(合金工具钢技术条件)JB/T8420-2008热作模具钢显微组织评级原材料带状，＜２级退火组织检验：点状及细粒状珠光体和共晶碳化物碳化物检验（共晶碳化物，网状碳化物，球化质量（H11）等）淬、回火组织检验，一般要求马氏体细小，针长≤4级，晶粒度细于8级。上海材料研究所35例H13检验实例模具为电渣精炼H13锻件，锻后热处理工艺为1030±5℃气淬或油淬，530±5℃2次回火，硬度HRC52-55。模具表面进行了氮化处理，规定氮化后总渗层深度≥0.15mm，氮化后表面硬度900～1200HV。氮化深度约为0.66mm，化合物层厚度约为0.09mm，氮化层疏松级别为2级。基体显微组织为细针马氏体+残余奥氏体。根据热作模具钢显微组织标准JB/T8420-2008基体马氏体评定为3级上海材料研究所36上海材料研究所37H13典型流程锻造→球化退火→粗加工→去应力处理（６５０℃）→精加工→最终热处理→钳修→打光→渗氮→装配可根据实际需要确定不同的回火温度回火充分性判据上海材料研究所38塑料专用模具钢特点：形状复杂，尺寸精度和表面粗糙度要求均较高（磨抛后要求达到晶面），材料类型较为特殊要求：精炼、易切削、预硬和时效硬化1）控制非金属夹杂物，2级以下；2）硬度要求不高，调质40-45HRC之间；3）加入S，P，Se，Pb等元素，增加切削性能上海材料研究所39高速工具钢的检验高速工具钢的分类及化学成分高速工具钢的显微组织上海材料研究所40高速工具钢的分类及化学成分高硬度，耐磨性和红硬性，同时具有足够的强度和韧性。高速钢长期工作于500-600℃，硬度仍可保证在HRC60以上，而碳素工具钢工作于250-300℃时，硬度变会明显降低，丧失其切削性能。分类：1）W系：W18Cr4V，1270-1300℃淬火2）W-Mo系：W6Mo5Cr4V2，1220-1240℃淬火3）高碳高矾系：W6MoCr4V3，1220-1240℃淬火4）Co高速钢：W2Mo9Cr4VCo8，HRC68-70，1170-1200℃淬火5）Al高速钢：W10Mo4Cr4V3Al，HRC68-70，1230-1260℃淬火Co和Al均为非碳化物形成元素，绝大部分溶入固溶体中，增加硬度和红硬性。上海材料研究所41高速工具钢的显微组织退火组织索氏体和碳化物。退火态一般要进行脱碳层的测定。GB/T9943-2008(高速工具钢棒技术条件)共晶碳化物不均匀度（带状和网状两个系列1～8级）（注意取样和热处理）脱碳层上海材料研究所42淬火、回火组织淬火组织：马氏体+碳化物+30%左右的残奥。※马氏体为隐针型，浸蚀后呈白色。淬火晶粒度是检验热处理质量的重要标志。回火组织：回火马氏体，碳化物及残余奥氏体。回火程度的区分，如何辨别过热过烧，如何辨别上海材料研究所43淬火组织图例上海材料研究所44高速工具钢的过热过烧过热组织：1）部分碳化物变形，呈棱角状；2）部分碳化物拖尾3）部分线段状4）部分半网状或明显网状过烧组织：出现铸态黑色组织（高温包晶反应不完全产物）及共晶莱氏体过烧与过热的主要区别是：过热组织主要出现次生莱氏体，莱氏体呈细小骨骼状存在于晶界上。上海材料研究所45[e-mail],021-65531122-27(失效分析)