高速工具钢低倍组织检验

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随着机械工业的发展，现代金属的切削加工广泛采用较高的切削速度和大进刀量的快速切削方法，这就要求刃具材料必须具有较高的红硬性及耐磨性。另外，随着切削速度和进刀量的增大，刃具负荷增加，对于刃具材料的强度和韧性也提出越来越高的要求。碳素工具钢及低合金工具钢已经不能适应对刃具的高要求，而必须使用高碳高合金工具钢及特殊合金来制造刃具。高速工具钢是含有W、Bo、Cr、V等合金元素的高碳高合金工具钢，因其具有较高的硬度、较高的耐磨性和红硬性，被广泛用于制造各种中、高速的切削刀具，成为目前应用最广泛的钢种之一。 6 i& s/ ?- E9 U8 \: ^

而高速工具钢的锻造，对于刃具制造来说，又是十分重要的一道工序，因为其锻造性能的好坏，不但直接影响到刃具的质量，而且还影响到生产成本。高速工具钢低倍组织的优劣，对其锻造性能又将产生较大的影响。因此，对于高速工具钢低倍组织的检验结果的准确与否，就显得尤为重要。

常规试验

高速工具钢低倍组织检验是根据国标GB226-77《钢的低倍组织及缺陷酸蚀试验法》规定，采用热酸浸蚀法。

酸蚀检验的腐蚀属于电化学腐蚀。钢的化学成分不均匀性和缺陷之所以能用浸蚀来显示，是因为它们以不同的速度与浸蚀剂起反应。表面缺陷、夹杂物、偏析区等被浸蚀剂有选择性的浸蚀，表现出可见的浸蚀特征。 ! c' P1 t, Z2 V8 P, `

对于高速工具钢而言，最常用的浸蚀剂成分是1:1（溶剂比）的盐酸（相对密度1.19）水溶液，酸蚀温度为（75±5）℃，酸蚀时间为15～40min。 5 l+ m4 \/ h Q. j

试样经酸蚀实验后，规定不得有肉眼可见的缩孔、气泡、翻皮、内裂及夹杂物等缺陷存在，并且按照国标GB1979-80《结构钢低倍组织缺陷评级图》对照进行评定中心疏松、一般疏松和偏析的级别。

采用这种常规的试验方法对高速工具钢的低倍组织进行检验，操作起来比较容易，设备也比较简单，但是作者认为在实际操作中可能会出现一些问题。 0 L ^( v: _9 O& Z. n; K6 [

常规试验可能出现的问题

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酸蚀试验主要受到以下几个因素的影响^浸蚀剂成分、酸蚀时间、酸蚀温度及试样浸蚀面的光洁度。

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1. 酸蚀温度的影响 ) p, r) ] u; e, N' S1 d
   对于高速工具钢低倍组织检验来说，实验时所采用的加热设备一般都是普通电炉，通常无控温装置，只能依靠试验操作者的经验来控制酸蚀温度，因此，很难控制在（75±5）℃之间，极易造成酸蚀温度不准确。
   若酸蚀温度偏高，浸蚀过于激烈，对试样的腐蚀较深，缺陷组织被扩大_若酸蚀温度偏低，则反应迟缓，使缺陷组织不容易暴露出来。无论是酸蚀温度偏低或偏高，都会使暴露出的缺陷组织失真，造成试验结果不准确。
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2. 酸蚀时间的影响
   在试验的过程中，若酸蚀时间过长，试样存在的缺陷组织被扩大_若酸蚀时间过短，又使试样中存在的缺陷组织不容易显露出来。无论是酸蚀时间过长或过短，都会使显露出的缺陷组织失真，同样会造成试验结果不准确。
3. 浸蚀剂成分的影响 * s6 h9 a( K- d# M/ k
   对于高速工具钢低倍组织检验时所使用的酸液而言，应有时间的限定。
   对于新配制的酸液，在正常的酸蚀温度、酸蚀时间下，可以显露出试样存在的正常的缺陷组织；而在实际试验中，一般都习惯先将酸液配制好一些，保存起来以备随时使用。若配制好酸液放置的时间较长，或酸液成分不纯、过脏等，都会在试验过程中，使试样存在的缺陷组织不容易显露出来，造成判断失误，导致试验结果不准确。
4. 试样酸蚀面光洁度的影响 " u1 z6 A8 w% O. Z- N2 d ~
   对于试样而言，较粗糙的浸蚀面浸蚀时间应稍长些，否则易使试样存在的缺陷显露不充分；若浸蚀面的光洁度较高，浸蚀的时间应较短，否则可能使试样存在的缺陷被扩大，使试验结果不准确。最好在试验接近终了时，经常将试样取出冲洗，观察其是否达到要求的程度。
   具体操作方法是：将制好的试样先清除油污、擦洗干净，放入装有浸蚀剂的容器内加热，经检查能清晰地显示出宏观组织后，取出试样并迅速地浸没在热碱水中，同时用毛刷将试样检验面上的腐蚀产物全部刷掉，但要注意不要划伤和沾污浸蚀面，接着将试样放在热水中冲洗干净，最后用热风迅速吹干。
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5. 缺陷组织评级困难 2 d. }+ R# \% D- {
   按照国标GB1979-80标准图片评定中心疏松、一般疏松和偏析等缺陷组织的级别时，由于低倍组织的标准图片较为模糊，真实感、立体感觉差，暗点和孔隙的大小、几何形状几乎都无法显示出来。同时标准图片的级数只有4级，而高速工具钢低倍组织的合格级别规定为不大于1级，因此级差较小，造成对照标准图片进行对比、评级较困难。 ! N4 w+ [ t' q! J, c
   为了保证试验结果的准确性，可以对这种常规的试验方法加以改进，可尝试使用以下的试验方法。

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改进后的试验方法

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1. 标准试样对比法 2 Y- }2 |7 C4 o1 T. ?1 P
   可以事先制作两个高速工具钢的低倍组织不合格的“标准试样”，该试样是经过锻造后，证明会导致裂纹产生的高速工具钢的钢棒上截取的。 % h; B+ D0 _% Y5 D! \7 u2 ]8 S- x
   其中的一个“标准试样”用来作为标准评级用，可长期放置在盛有干燥剂（硅胶）的干燥瓶中保存，应注意其表面不得有锈斑、污迹等缺陷。每次试验后，都将待测试样与这个“标准试样”进行对比，若超出或相当它的评级结果，可视为不合格。 . \) I$ L. ], P7 h7 O! b
   另一个“标准试样”用来检验每次试验结果的准确性，它同时与待测试样一起进行酸蚀试验，待测试样所暴露出来的缺陷应与“标准试样”是一致的。若不一致，待测试样显露出的缺陷过深或过浅，则说明这次试验结果是不可靠的，需要调整试验的加热温度、加热时间，或重新更新酸液，冲洗进行试验。
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2. 低倍组织检验与金相组织检验相结合 - \( ?% x9 C) j. _- P4 D
   这里的金相组织检验是指在金相显微镜的放大倍数为100倍情况下进行。 - S. S: }) Q5 h/ v4 t1 Q* q
   实践证明，高速工具钢的低倍组织与其显微组织之间是有联系的。若高速工具钢的低倍组织中的点状偏析大于1级，在进行金相组织检验其共晶碳化不均匀度时，发现其共晶碳化物级别大约是7级左右，而且带状的碳化物和网状的碳化物的网角上都有严重堆积的大颗粒的碳化物。 ( K) G7 p& z* H2 x/ ~5 y
   在高速工具钢的低倍组织中，其点状偏析主要呈不同形状和大小的暗色斑点。这主要是由于钢材的化学成分偏析，合金碳化物大量聚集在一起，经酸蚀试验的热酸浸蚀后，合金碳化物会脱离其基体而在试样表面留下剥落的凹坑。在锻造时，在碳化物剥落的凹坑处，非常容易聚集扩展成为裂纹。而其点状偏析的严重程度，其实质就是碳化物剥落的轻重程度。对于存在碳化物剥落的试样，其共晶碳化物的不均匀度也是不合格的，因此，我们可以利用低倍组织检验相结合的方法，来进一步保证试验的准确性。

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结语

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对于高速工具钢的锻造而言，偏析不允许存在缺陷组织，相对而言，疏松对于高速工具钢锻造来说，要求的宽容度就要大一些。一般来说，若其心部疏松为5～2级的高速工具钢，在其锻造时一般不会产生裂纹，而对于不是均匀的一般疏松，又不是中心疏松，不集中在钢材的中心，且呈不规则的偏析分布，则在锻造时非常容易发生锻裂。 , |/ v/ Z7 a6 {$ E# w

高速工具钢低倍组织的优劣，将严重影响其锻造性能。因此要严格把好其低倍组织的检验关，通过对高速工具钢低倍组织检验的常规试验法的改进，可以进一步保证试验结果的准确性。

【MechNet】