T10碳素工具钢论文初稿

时间：2024-12-20 04:48:12 来源：企鹅电竞电脑版网址

  球化退火的目的是得到球化体组织，这是任何一种钢具有最佳塑性和最低硬度的一种组织，良好的塑性是由于有一个连续的、塑性良好的铁素体基体。在珠光体中，片状渗碳体将铁素体分割开，从而能更有效的阻止形变。因此，珠光体的硬度较高、塑性较低。球化体组织的良好塑性对于低碳钢和中碳钢的冷成形很重要，而它的低硬度对于工具钢和轴承钢在最终热处理前的切削加工也很重要。许多合金结构钢，尤其是碳含量较高（0.5％--0.6％）时，如果得到部分球化组织，硬度也会促进降低，使切削加工性有很大改善。因此，球化退火的应用是很广泛。球化体组织也是钢中最稳定的组织，因为球状渗碳体的单位体积界面面积最小，因而具有最低的界面能。

  2006年，张勇、刘清梅等人采用功率超声对T10钢的凝固过程做处理，分析了功率超声对T10钢凝固组织和凝固冷却曲线的影响，并在此基础上探索了超声空化和声流效应对T10钢凝固过程的作用机理.根据结果得出，功率超声能够细化T10钢凝固组织、缩短凝固时间、降低凝固开始温度，超声波功率为700W时得到均匀细小的等轴晶[13]。

  表10为常用工具钢等温球化退火的工艺规范，由表知T10钢的Ac1为730℃，Acm为800℃，Ar1为700℃，根据T10钢的相应特性和本实验的一些要求，最终决定采用等温球化退火。

  表11中给出了等温球化退火的工艺曲线钢的广泛应用，大多数高校，科研院所，工厂都有关于T10钢的研究。2000年，席慧智、杨世伟等人研究了T10钢低温盐浴渗铬工艺，使得在860℃一下对T10钢进行盐浴渗铬，并获得较厚的渗铬层渗层表面硬度可达1300～1500HV，表面铬浓度在65%～81％范围内[11]。

  由相变热力学理论可知，在球化退火过程中，碳化物由片状转变为球状是一个能量降低的过程。当原始组织的片状珠光体愈细小时，Байду номын сангаас片状碳化物的相界面积愈大，界面能愈高。故碳化物球化的驱动力愈大，即球化的倾向性愈大，因而球化率愈高此外，由于细片状珠光体在奥氏体化加热时，碳化物片的溶解速度较快，因而使碳化物片在较低的加热温度和较短的保温时间内就可以溶解并球化[7]。因此喷水冷却所得到的细状珠光体组织，即使采用730℃*1h这种较低的奥氏体化温度和较短时间的球化退火工艺也能够完全球化而砂冷和空冷式样在这种退火条件下只能部分球化，想要完全球化则需要采用较高加热温度和较长时间的球化退火工艺。因此，细化原始珠光体组织，对于提高球化退火时的碳化物球化率的效果是极为显著的。但是，细片状珠光体原始组织的T10钢工件在较高温度下长时间加热的球化退火过程中，由于大量碳化物的溶解以及球化核心的减少，同时也由于奥氏体晶粒的长大而形成片状珠光体[8]。

  随着磷含量的增加，钢材的强度、屈强比、硬度均提高，而塑性和韧性明显降低。特别是温度愈低，对塑性和韧性的影响愈大，显著加大钢材的冷脆性。

  磷也使钢材的可焊性明显降低。但磷可提高钢材的耐磨性和耐蚀性，故在经过合理的冶金工艺之后，低合金钢中也将磷可配合其他元素作为合金元素使用。

  T10碳素工具钢,强度及耐磨性均较T8和T9高，但热硬性低,淬透性不高且淬火变形大，晶粒细，在淬火加热时不易过热，仍能保持细晶粒组织，淬火后钢中有未溶的过剩碳化物，所以耐磨性高，用来制造具有锋利刀口和有少许韧性的工具。适于制造切削条件较差、耐磨性要求比较高且不受突然和剧烈冲击振动而需要一定的韧性及具有锋利刃口的各种工具，也可用作不受较大冲击的耐磨零件。

  （3）加热到高于Ac1温度，然后以极慢的冷速（10—20℃/h）炉冷或在稍低于Ar1温度保温较长时间在冷却到室温。

  （4）对过共析钢，先进行奥氏体化使碳化物充分溶解（加热温度选择在保证碳化物溶解的下限），随即以较高速度冷却以防止网状碳化物析出，然后再按（1）或（2）方式球化退火。

  （5）工件在一定温度（或室温）下形变然后在小于Ac1温度长时间保温进行球化退火。

  由奥氏体转变为球化体的退火工艺有三种：①加热到Ac1以上20℃左右，然后以3—5℃/h的速度控制冷却到Ar1以下一定温度，即一般的球化退火；②加热到Ac1以上20℃左右，然后在略低于A1的温度等温保持，随后冷却之，又称等温球化退火；③在A1上、下20℃左右交替保温，随后冷却之，又称周期球化退火。

  实践证明【35】，奥氏体的成分愈不均匀，退火后愈容易得到球化体组织。对于过共析钢，其中含有未溶解的碳化物，在加热过程中，未溶解的碳化物就会由片状逐渐转变为球状，而在随后的慢冷或等温保持中，不均匀奥氏体中的高碳处，会成为碳化物的形核位置，从而使一部分碳化物直接长成球状。另一部分仍以片状成长的碳化物则在随后的慢冷或等温保持过程中逐渐球化。我们大家都知道，第二相颗粒在基体中的溶解度与其曲率半径有关，曲率半径越小的颗粒在基体中的溶解度越大。根据这一原理，小颗粒会溶解，大颗粒会长大。这一原理也可以解释片状碳化物发生破碎和变圆的过程。

  为了使钢中碳化物球状化而进行的退火谓之球化退火。球化退火大多数都用在w（c）＞0.6％的各种高碳工具钢、模具钢、轴承钢，低中碳钢为了改善冷变形工艺性，有时也进行球化退火。

  由球化退火过程中碳化物的球化机理可知，粒状珠光体的形成，重点是奥氏体化的状态，即在奥氏体中保留大量未溶的碳化物颗粒以及存在奥氏体的碳浓度不均匀性。这样才可以使碳化物均匀弥散地析出并球化。从而形成粒状珠光体[9]。当原始组织的珠光体愈细小时，则在奥氏体化过程中溶解后的碳化物颗粒愈多。同时奥氏体晶粒内的化学成分愈不均匀，因而使碳化物的球化核心愈多。球化退火后的碳化物粒度愈细小、分布愈均匀[10]。

  T10是最常见的一种碳素工具钢，韧度适中，生产所带来的成本低，经热处理后硬度能达到60HRC以上，但是，此钢淬透性低，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[1]。

  T10钢应用较广，适于制造切削条件较差、耐磨性要求比较高且不受突然和剧烈冲击振动而需要一定的韧性及具有锋利刃口的各种工具，如车刀、刨刀、钻头、丝锥、扩孔刀具、螺丝板牙、铣刀手锯锯条、还能制作冷镦模、冲模、拉丝模、铝合金用冷挤压凹模、纸品下料模、塑料成型模具、小尺寸冷切边模及冲孔模，低精度而形状简单的量具（如卡板等），也可用作不受较大冲击的耐磨零件等。

  2009年，桂林电子科技大学，郑英，高原采用双辉等离子渗铬技术，首先在560℃对T10钢进行不同时间的渗铬，再对已渗铬试样进行4h离子氮化，研究了该工艺对渗镀铬层硬化效果的影响[14]。

  T10钢作为一种常用的工具钢被大范围的使用在各种刀具和模具等，因而对T10钢的耐磨性、硬度、强度、塑性、疲劳强度等性能均有一定要求，而这些性能要求的实现都与碳化物的形态、大小以及分布有关[15]。细化碳化物是T10钢强韧化的重要方法，因此多年来人们不断地寻求细化碳化物的新工艺来代替现在生产常用的球化退火工艺。到目前为止，细化碳化物的工艺已经有许多种，它们都可以有明显效果地的细化碳化物，并使碳化物颗粒的圆整度及分布均匀性比球化退火组织要好。但是，这些新工艺各有一些不足之处，如工艺较复杂，生产所带来的成本较高，易造成锻件开裂以及不适合大批量生产等。因而使这些工艺在现在生产中未被广泛采用。目前，工具钢锻造后仍广泛采用的是球化退火工艺，即锻后空冷下来，接着进行球化退火。但空冷方式对于截面尺寸较大的工件和锻后堆放空冷的情况来说，冷却速度过于缓慢，使原始组织中珠光体片较粗大，甚至会出现网状碳化物。这种原始组织经球化退火后，其碳化物粒度较粗大，分布亦不均匀，而且原始组织中的网状碳化物也不能被消除，从而对后续工序及产品质量产生极为不利的影响。为此本文通过实验的方法来探讨T10钢的原始组织对球化退火组织的影响，为实际生产寻找更有实用价值的细化碳化物的新途径。

  随着含碳量的增加，钢材的焊接性能变差（含碳量大于0.3%的钢材，可焊性显著下降），冷脆性和时效敏感性增大，耐大气锈蚀性下降。

  一般工程所用碳素钢均为低碳钢，即含碳量小于0.25%；工程所用低合金钢，其含碳量小于0.52%。

  硅含量较低（小于1.0%）时，能提高钢材的强度和硬度以及耐蚀性，而对塑性和韧性无明显影响。但当硅含量超过1.0%时，将明显降低钢材的塑性和韧性，增大冷脆性实效敏感性，并降低可焊性。

  锰具有很强的脱氧去硫能力，能消除或减轻氧、硫所引起的热脆性，大大改善钢材的热加工性能，同时能提高钢材的强度和硬度，但塑性和韧性略有降低。但钢材中含锰量太高，则会降低钢材的塑性、韧性和可焊性。锰是我国低合金结构钢中的主要合金元素。

  2003年，太原理工大学的池成忠、袁庆龙等人用双辉等离子渗金属技术，在880～900℃温度下，对T10钢进行了表面渗铬试验，分析了渗铬改性层的表观形貌和相结构，测量了渗铬改性层的成分.根据结果得出，在880～900℃温度下，对T10钢进行双辉等离子渗铬，可得到铬沉积层、铬渗镀层等形式的渗铬改性层.通过调节工艺参数，可对渗铬改性层形式来控制[12]。

  获得球化体的途径主要有三种：①珠光体的球化；②由奥氏体转变为球化体；③马氏体在低于并接近A1的温度分解。

  珠光体在高亚临界温度（即低于并接近A1的温度）长时间保温的球化过程最慢，特别是当片层间距较大时。图所示为0.74C—0.71Si钢从700—580℃之间进行等温转变，形成粗、中、细三种珠光体后，再在700℃进行球化退火时，碳化物已球化的百分数与时间的关系【36】。由图能够准确的看出，即使是很细的珠光体（在580℃等温形成，片层间距为0.14μm），完全球化也需要250h以上。

  硫的存在会加大钢材的热脆性，降低钢材的各种机械性能，也使钢材的可焊性、冲击韧性、耐疲劳性和抗腐蚀性等均降低。为消除硫的这些危害，可在钢中加入适量的锰。

  球化退火是使钢中片状碳化物通过退火成为球状，大多数都用在共析或过共析成分的钢，目的是降低硬度、改善切削加工性及降低淬火易开裂性等[5]。由热力学原理可知，钢中碳化物从片状转化为球状，是表面积减少的过程，也是能量降低的过程，因此，片状碳化物具有自发进行球化和聚集长大的倾向。在加热到Ａｃ１以上不高的温度保温时，片状碳化物(cem)溶断成质点，在随后的缓慢冷却过程中碳吸附其上，并逐渐长大成颗粒状的球化组织，这就是碳化物的球化过程，但这样的一个过程需要相当长的时间．从片状碳化物转变为球状碳化物，经过了碳化物的粒化和球化这两个过程．在加热过程中实现了碳化物的粒化过程，即片状碳化物细小粒状碳化物的转变过程，它是以界面能的减少及Pｌ(片状珠光体)向γ转变的相变为驱动力，使片状碳化物断开、尖角溶解，从而成为细小的碳化物质点分布在成分不均匀的γ晶内；在冷却过程中实现了碳化物的球化过程，即粒状碳化物向球状碳化物的转变过程，以未溶碳化物质点为晶核，过冷奥氏体分解出的碳化物沉积在碳化物质点的表面上，而且优先沉积在碳化物表面的凹陷处和表面曲率半径大的部位，从而使碳化物逐渐趋于球状[6]。

  1．碳。碳是决定钢材性能的最重要元素。碳对钢材性能的影响如图（1）所示：当钢中含碳量在0.8%以下时，随着含碳量的增加，钢材的强度和硬度提高，而塑性和韧性降低；但当含碳量在1.0%以上时，随着含碳量的增加，钢材的强度反而下降[3]。