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碳素工具钢简介

碳素工具钢依其杂质含量的不同，可分为优质钢（如T8、T12等）和高级优质钢(如T8A、T12A)两大类。高级优质钢S、P含量较优质钢为低，Mn、Si含量范围也较窄。所以钢材具有较好的性能。

碳素工具钢热处理后具有较高的硬度和耐磨性，冶炼方法较合金钢简单，价格便宜，广泛用于制造各种工具及零件。碳素工具钢的主要特点是淬透性较小，因而其使用范围受到一定限制。

一、    性能及用途

1、        性能

碳素工具钢由于其含碳量高，具有较多的碳化物，经热处理后具有较高的硬度（HRC60～65）,制成的刀具具有较好的耐磨性和一定的切削能力。但与合金工具钢相比，碳素工具钢的热硬性差，当工具相比，碳素工具钢的热硬性差，当工具的的切削温度高于200～250℃时，其硬度和耐磨性即急剧下降，这是它的主要缺点。此外，热处理的变形量较大及淬透性较小等也都是碳素工具钢不足的地方。

2、        用途

  广泛用于制造各种轻型切削工具，如操作时刀刃受热程度较低的手用刀具、低速及小进刀量之机用工具等（表1-2）。此外也用于制造部分量具及模具。

表1-2碳素工具钢的用途

二、    组织及缺陷

1、    退火状态的组织及缺陷

  退火状态的正常组织为分布均匀的球状珠光体。当钢被加热至稍高于Ac1温度并缓慢冷却时，奥氏体发生分解而形成球状组织。所形成组织的弥散程度随钢的加热温度、停留时间和冷却速度而不同。较慢的冷却或在较高的温度下的等温停留，可获得较粗大的球状珠光体。

   退火过程中所造成的缺陷，主要由以下几点：

（1）             片状和点状珠光体

片状和点状珠光体的产生，主要是由于退火不良。当退火加热温度较低或冷却速度较大，则形成点状珠光体。如退火加热温度过高，则由于溶解了大部分碳化物，减少了作为结晶核心的质点数量所以在冷却过程中形成片状组织，此时硬度较高，可切削性较差，淬火过热敏感性大，工具热处理后的变形量大。

（2）             网状碳化物

由于热加工终止温度过高，冷却速度较小，或退火温度过高，冷却过于缓慢，则会引起钢的晶粒长大。在冷却过程中，一部分在高温加热时融入奥氏体中的二次碳化物将沿晶界析出而形成网状碳化物。网状碳化物降低钢的机械性能，特别是冲击韧性的显著降低，使刀具在使用过程中易造成崩刃现象

（3）             石墨碳

石墨碳系指在钢的纤维组织中所出现的灰黑色点状或片状的石墨夹杂物，在钢的断口上表现为黑色或深灰色。石墨碳℃也可用化学分析方法作定性或定量的测定。

在下述情况下常会引起石墨碳的析出：热压力加工终止于高温（约1000℃）而随后又进行缓慢冷却，在750~800℃进行长时间的停留；或在700~720间进行长时间的退火。此外，如退火工艺不正确、多次退修退火等也会产生石墨碳。

石墨碳的存在对钢的基体起着分割的作用，降低了钢的强度，增加了钢的脆性。石墨碳出现在切削刃处会引起工具刃口的剥落，降低工具的耐用度。

（4）             脱碳

钢在退火过程中，由于加热温度过高和保温时间过长，会引起表面的脱碳。脱碳层之最严重部分为铁素体组织；其次是铁素体加片状珠光体、片状珠光体加球状珠光体。当 脱碳程度不很严重时，表面可能不出现单纯的铁素体组织。

2．淬火和回火状态的组织及缺陷

          碳素工具钢由于淬透性较差，一般应在水中淬火才能保证工具获得高的硬度和淬透深度。但为了减少工具淬火时的变形，也可采用先水后油的双液淬火，或用低温熔盐（150~200℃）淬火。经淬火的正常组织为针状马氏体、碳化物和残留奥氏体。截面较大的工具，虽在水中冷却，但只有表面层获得马氏体，而心部则为马氏体—

屈氏体，有时为100%马氏体。如果加热保温时间太短，有时还可能存在未转变的原始珠光体组织。

   碳素工具钢在淬火和回火后所产生的缺陷主要有下列几方面：

（1）   过热

过热系由于淬火温度过高或保温时间过长，而导致钢的组织粗大，工厂中判定淬火过热的方法通常是观察马氏体针叶的长度。针叶越长则过热程度越严重。一般钢的过热程度也可以从晶粒度的大小来衡量，但晶粒度的测定必须经特殊处理，所以不适合生产中应用。过热的工具，其物理性质和机械性能均较差。

（2）   裂纹

裂纹大都发生在用水淬火的工具，出现裂纹的原因主要是淬火温度选择不当、加热或冷却速度过大、淬火时冷却不均匀等。

（3）   会火不足

由于回火（150~180℃）加热时间不足，产生会火不足现象，其特征是磨面不易侵蚀，在显微组织中存在有未回火的针状马氏体。

正常回火后的金相组织必须是回火马氏体（黑色，看不见针状）和碳化物。

（4）   脱碳

淬火加热时，由于周围氧化气氛的作用，或在脱氧不良的溶盐中进行加热，使钢的表面含碳量较低。生产中所发现的脱碳现象一般均是部分脱碳；它的金相特征是表层过剩碳化物的减少。如果在刃磨时工具的切削面不经磨削，致脱碳层被去除，则工具的切削性能降低，容易损坏。