碳素工具钢中碳化物微细化热处理工艺

尹金枝 罗秀艳 李喜月 张伟

摘要：碳素工具钢原料来源易取得，切削加工性良好，热处理后可以得到高硬度和高耐磨性。本文以T10钢为例研究碳素工具钢的性能。T10钢淬透性低，且耐热性差（250℃），在淬火加热时不易过热，仍保持细晶粒，韧性尚可，强度及耐磨性均较T7-T9高些，但热硬性低，淬透性仍然不高，淬火变形大。本文主要围绕T10的四组淬火处理实验及一组对比实验进行金相与硬度的对比。

关键词：碳素工具钢；T10钢；热处理；淬火介质；金相组织图

引言

T10钢优点是可加工性好，来源容易；但淬透性低、耐磨性一般、淬火变形大。因钢中含合金元素微量，耐回火性差，硬化层浅，因而承载能力有限[1]。虽有较高的硬度和耐磨性，但小截面工件韧性不足，大截面工件有残存网状碳化物倾向。

T10钢在淬火加热（通常达800℃）时不致于过热，淬火后钢中有过剩未溶碳化物，所以比T8钢具有更高的耐磨性，但淬火变形收缩明显。由于淬透性差，硬化层往往只有1.5～5mm；一般采用220～250℃回火时综合性能较佳。热处理时变形比较大，故只适宜制造小尺寸、形状简单、受轻载荷的模具[2]。

1 化学成分

碳C：0.95～1.04（质量分数，%）、硅Si：≤0.35、锰Mn：≤0.40、硫S：≤0.020、磷P：≤0.030、铬Cr：允许残余含量≤0.25 、镍Ni：允许残余含量≤0.20、铜Cu：允许残余含量≤0.30。

2 淬火加热温度的选择

淬火时的具体加热温度主要取决于钢的含碳量，可根据Fe-Fe3C相图确定对于T10钢（过共析钢），Ac1为730℃，其加热温度为 Ac1 + 30～50℃，即770℃、780℃、790℃。若加热温度不足（低于Ac1），则淬火组织中将出现铁素体而造成强度及硬度的降低。

3 保温时间的确定

淬火加熱时间是将试样加热到淬火温度所需的时间及在淬火温度停留保温所需时间的总和[3]。加热时间与钢的成分、工件的形状尺寸、所需的加热介质及加热方法等因素有关，一般可按照经验公式来估算。温时间的经验公式为：t=αKD（分钟），其中：D是工件有效厚度，单位为mm； K是加热系数，一般K=1.5～2.0分钟/mm。

T10淬火处理：770-790，淬火介质水、油、冰水、醋。

4 实验结果

实验后测得T10经过四种热处理工艺后的硬度对比如下表所示。

硬度对比分析：

T10钢在处理前的硬度普遍在165～175HBW之间，在经过淬火处理后硬度普遍在60～64HRC之间，即在780℃时即使是不同的淬火介质（水、冰、醋、油）处理后T10钢的硬度都能得到提高，也表明单就对于提高T10钢的硬度方面来讲本实验的不同淬火介质都是可以的。

金相组织分析：

通过本实验对水、冰水、油、醋和对比试样金相组织图的分析。发现淬火介质为油，冰水的晶粒致密度较醋，水晶粒致密度好一点，且油的晶粒致密度较冰好一些 。但单对于本实验来说相差并不大。

5 总结

通过本实验对硬度和金相组织的结合分析发现淬火介质排序为油，冰水，水，醋。再进一步说明如果结合实行生产冰水，醋（醋中含醋酸有可能会损坏钢材表面）淬火有很大的局限性即工厂化大型零件淬火的可行为水淬为主。小型零件淬火水淬油淬均可，但要是对钢材表面有较高的要求推荐油淬。

参考文献

[1]吴晶.丁红燕金属材料实验指导[M].江苏：镇江市江苏大学出版社.2009.

[2]邵红红.金属组织控制技术与设备[M].北京：北京大学出版社.2011.

[3]赵步青.工具用钢热处理手册[M].北京：北京市机械工业出版社.2014