实验九 高速钢、模具钢的组织观察与检验

高速工具钢低倍组织检验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、Mo、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。

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。

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。

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。

常规试验可能出现的问题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。

常用金属材料的显微组织观察一、实验目的1．观察各种常用合金钢，有色金属和铸铁的显微组织。

2．分析这些金属材料的组织和性能的关系及应用。

二、金属材料的显微组织观察及分析1．几种常用合金钢的显微组织合金钢依合金元素含量的不同，可分为三种：合金元素总量小于5％的称为低合金钢；合金元素为5～10％的称为中合金钢；合金元素大于10％的称为高合金钢。

1）一般合金结构钢、合金工具钢都是低合金钢。

由于加入合金元素，铁碳相图发生一些变动，但其平衡状态的显微组织与碳钢的显微组织并没有本质的区别。

低合金钢热处理后的显微组织与碳钢的显微组织也没有根本的不同，差别只是在于合金元素都使C曲线右移(除Co外)，即以较低的冷却速度可获得马氏体组织。

40Cr钢经调质处理后的显微组织是回火索氏体。

GCrl5钢(轴承钢)840℃油淬低温回火试样的显微组织，与T12钢780℃水淬低温回火试样的显微组织也是一样的，都得到回火马氏体＋碳化物十残余奥氏体组织。

图1、16Mn-淬火-x400马氏体16Mn钢属于碳锰钢，碳的含量在0.16%左右。

16Mn钢的合金含量较少，焊接性良好，焊前一般不必预热。

加入合金元素锰，使C曲线右移，在淬火处理后，组织为马氏体组织。

但由于16Mn钢的淬硬倾向比低碳钢稍大，所以在低温下（如冬季露天作业）或在大刚性、大厚度结构上焊接时，为防止出现冷裂纹，需采取预热措施。

图2、16Mn-正火-x400铁素体索氏体16Mn属于低碳钢，碳含量<0.16%，正火后组织为F+S。

在400倍显微镜下，索氏体基本上不可分辨。

16Mn钢是目前我国应用最广的低合金钢。

广泛应用于各种板材、钢管。

图3、65Mn-等温淬火-400下贝氏体65Mn，锰提高淬透性，但Mn含量过大会导致过热现象。

特性：经热处理后的综合力学性能优于碳钢，65Mn 钢板强度、硬度、弹性和淬透性均比65号钢高。

但有过热敏感性和回火脆性。

应用：用作小尺寸各种扁、圆弹簧、座垫弹簧、弹簧发条，也可制作弹簧环、气门簧、离合器簧片、刹车弹簧及冷拔钢丝冷卷螺旋弹簧。

模具材料的检验项目与试验方法模具材料的检验及试验大致可分为两类：一类是组织试验，包括宏观组织试验、微观组织试验、晶粒度试验等；另一类是材料试验或叫做机械试验，有硬度试验、拉伸试验、磨损试验等。

模具材料的主要检验项目见表6-2。

表6-2模具材料的主要检验项目一、化学成分JIS标准针对化学成分的检验有钢材的钢液分析法（JIS G0320）[6]和钢材的产品分析法及其允许偏差值（JIS G0321）[7]两种规定。

钢液分析法是对由钢包浇注到钢锭模后的未凝固钢液进行采样分析。

钢材从厂家出厂时附带的出厂证明书（出厂成绩表或检验单）中所记载的钢液分析结果即为此项数据。

每次熔炼都会出一份分析值报告，表示同一炉钢液的平均化学成分。

小型分析用试样经采样凝固后，按照JIS标准规定的分析法、火花放电发射光谱法、荧光X射线分析法等来进行分析。

产品分析法是对从轧制或锻造产品上切取的试样进行分析。

产品的分析值会因偏析而与钢液分析值有所不同，另外分析试样之间也会存在差异，所以钢材标准对超出所定钢液分析上下极限值的数值范围作了规定。

二、组织检验1.宏观组织检验（JIS G0553）[8]这是从钢材的横截面切取试样进行研磨，并用盐酸、氯化铜铵、硝酸酒精、硝酸水溶液等腐蚀后，对树枝状晶、钢锭花样、中心偏析、疏松、麻点、气泡、夹杂物等组织缺陷用肉眼进行判定的方法。

被观察面的表面粗糙度值通常需达到Ra30～3.5μm（JIS B 0601中评定轮廓的算数平均偏差）。

2.断口观察JIS标准中没有相应规定，这是在目标部位开出缺口并使之强行断裂后，用肉眼进行观察的方法。

从断口的纹理来推定开裂的起点和走向，可判别晶粒度和夹杂物等。

还有一种断面观察方法是扫描电镜（Scanning Electron Micros-ope，SEM）法。

其在材料制造阶段用不到，在此作为参考对其进行简单介绍。

扫描电镜法是将观察试样放到电子显微镜里进行电子束扫描，然后利用由此激发出的二次电子和背散射电子进行解析的方法，可清晰地观察到凹凸不平的断口。

实验十-特殊性能钢的组织观察与检验实验十特殊性能钢的组织观察与检验（验证性）一、实验目的及要求1.观察耐磨钢、耐热钢、不锈钢的显微组织特点。

2.了解耐磨钢、耐热钢、不锈钢所具有的特殊性能与化学成分、组织之间的关系。

3.了解相关检验方法和标准检验技术。

二、实验原理特殊性能钢是指加入了大量合金元素，使钢具有了一些特殊的物理性能和化学性能的钢，根据它们的性能特点，可分为耐磨钢、不锈钢、耐热钢、磁钢等（一）耐磨钢传统耐磨钢为ZGMn13俗称高锰钢。

高锰钢是在过共析钢中增加锰的含量（约11%〜14%）使Mn/C之比接近10/1,再经过水淬后得到室温单一奥氏体组织的钢。

在承受载荷和严重摩擦作用下，使钢发生显著硬化。

载荷越大，硬化程度越高，耐磨性能好。

如在静载荷下使用，它的耐磨性反而不高，因此适合制作承受剧烈冲击和在严重摩擦条件下工作的零件。

1、铸态组织由于机加工困难，一般铸造成型。

铸态组织应该为：奥氏体基体+少量珠光体型共析组织+ 大量分布在晶内和晶界上的碳化物。

(在高温时析出的碳化物在晶界呈网状或者局部呈块状；在较低温度析出的碳化物则在晶内呈针状、片状分布，或者以明显或不明显的渗碳体魏氏组织出现在在奥氏体基体上。

)碳化物较脆，一般不能直接使用。

2、热处理后的组织4般经过水韧处理。

水韧处理：将ZGMn13 铸件加热到高温(1000〜1100℃)保温一段时间，使铸态组织中的碳化物全部溶入基体奥氏体中，然后迅速淬水快冷使碳化物来不及从过饱和的奥氏体中析出，以获得均匀的单相奥氏体组织，这种处理称为水韧处理。

正常组织为过饱和的单相奥氏体，晶粒大小不均匀，也有少量均匀分布的粒状碳化物。

水韧处理后的碳化物有：未溶、析出、或过热碳化物。

3、铸造高锰钢的常见缺陷主要是分散分布的串状或串连成断续网状分布的显微疏松、气孔、非金属夹杂物及沿晶裂纹等。

4、铸造高锰钢的金相检验标准按照GB/T 13925-1992《铸造高锰钢金相》标准进行显微组织、碳化物、晶粒度和非金属夹杂物的评级。

实验九高速钢、模具钢的组织观察与检验(验证性)一、实验目的及要求1．掌握高速钢的金相检验方法。

2．掌握模具钢的金相检验方法。

3．正确使用金相标准，对金相组织进行评级。

二、实验原理（一）高速钢的金相组织高速工具钢以能进行高速切削而得名。

在高速切削时，车刀温度能达到500～600℃，而碳素工具钢、合金工具钢刀具在250～300℃时硬度将显著降低，失去切削能力。

技术要求：有较高的硬度、耐磨性和红硬性；在高速切削时，忍部受热至600℃左右，硬度仍未明显减低；制成的刀具在600℃加热4小时后冷却到室温，硬度仍能大于62HRC。

成分特点：C、W、Cr、V、Mo、Co、Al等，以提高热处理时的高淬透性和红硬性。

常用牌号及分类：①W系高速钢（如W18Cr4V） W系高速钢是使用用最早和使用较广的钢种。

含W的质量分数在12%～18%之间。

W能强烈形成碳化物的元素，有强烈的细化晶粒的作用。

该种钢淬火温度范围较广，不易过热，回火过程中析出的钨碳化物弥散分布于马氏体基体上，与钒的碳化物一起造成钢的二次硬化效应。

但是该种钢的碳化物不均匀度较为严重，热塑性较差，不易热塑成型，同时钨含量较高，不经济。

取而代之的是W-Mo系高速钢。

②W-Mo系高速钢（如W6Mo5Cr4V2） Mo在钢中的作用同W相似，能够提高钢的淬透性和红硬性，提高港的强度，造成二次硬化，按照质量百分比计算1%Mo可代替2%W。

Mo能降低钢结晶时的包晶反应温度，锻造后碳化物不均匀度较好。

但是钢的晶粒易于长大，过热敏感性高，故淬火加热温度范围较窄。

③高碳高钒高速钢（如W6MoCr4V3） V是造成高速钢红硬性的主要元素之一，也是强碳化物形成元素。

在提高V含量的同时，必须相应提高C含量，以形成V的碳化物。

由于VC具有较高的硬度和耐磨性，因此钢的可切削性能差，只用于制造形状简单的刀具。

④Co高速钢（如W2Mo9Cr4VCo8） Co是非碳化物形成元素，能够提高钢的合金度及红硬性。

模具钢材的检测方法导言：模具钢材是制造各种模具的基础材料，其质量直接影响到模具的使用寿命和制造质量。

为了确保模具钢材的质量，需要进行严格的检测。

本文将介绍模具钢材的常见检测方法。

一、化学成分分析化学成分分析是模具钢材检测的基础，通过测定钢材中的元素含量，判断其是否符合标准要求。

常用的化学成分分析方法有光谱法、化学分析法和光电子发射法等。

其中光谱法是最常用的方法，通过光谱仪测定钢材中各元素的相对含量，以判断其化学成分是否合格。

二、金相组织分析金相组织分析是模具钢材检测中的重要环节，通过对钢材的显微组织进行观察和分析，判断钢材的组织结构是否均匀、致密，是否存在夹杂物和缺陷等。

金相组织分析常用的方法有金相显微镜观察、显微硬度测试和显微组织分析等。

金相显微镜观察可以直观地了解钢材的组织结构，显微硬度测试可以评估钢材的硬度均匀性，显微组织分析可以进一步判断钢材的晶粒大小和相的分布情况。

三、机械性能测试机械性能测试是评估模具钢材力学性能的重要手段。

常用的机械性能测试包括拉伸试验、冲击试验和硬度测试等。

拉伸试验可以测定钢材的屈服强度、抗拉强度和延伸率等指标，冲击试验可以评估钢材的韧性，硬度测试可以表征钢材的硬度水平。

通过这些测试可以全面了解钢材的机械性能是否满足要求。

四、超声波检测超声波检测是一种非破坏性检测方法，通过超声波的传播和反射来检测钢材中的缺陷和异物。

超声波检测可以发现钢材中的气孔、夹杂物和裂纹等缺陷，对于提高模具钢材的质量至关重要。

超声波检测可以使用探头将超声波引入钢材中，通过接收回波信号来分析钢材的缺陷情况。

五、硬度分布测试硬度分布测试是模具钢材检测中的重要环节，通过测定钢材表面和内部的硬度分布情况，判断钢材的硬度均匀性。

常用的硬度分布测试方法有维氏硬度测试、布氏硬度测试和洛氏硬度测试等。

硬度分布测试可以通过在钢材表面或切割面上进行硬度测量，得到硬度数值的分布情况，进一步判断钢材的质量。

六、化学腐蚀测试化学腐蚀测试是模具钢材检测中的一项重要测试，通过将钢材置于特定腐蚀介质中，观察和测定钢材的腐蚀程度，判断其耐蚀性能。

钢的热处理后的组织观察与分析实验报告记录————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：2钢的热处理后的组织观察与分析实验报告一、实验目的1、观察热处理后钢的组织及其变化；2、研究加热温度、冷却速度、回火温度对碳钢性能的影响二、实验原理（一）钢的热处理工艺钢的热处理就是通过加热、保温和冷却三个步骤来改变其内部组织，而获得所需性能的一种加工工艺。

淬火、回火是钢件的重要热处理工艺。

所谓淬火就是将钢件加热到Ac或Ac1以上，保温后放入放入各种不同的冷却介质中快速冷却，以获得马氏体组织的热处理操作。

（1）淬火加热温度：根据Fe—Fe3C相图确定，如图1所示。

对亚共析钢，其加热温度为Ac3十30~50℃，淬火后的组织为均匀细小的马氏体。

如果加热温度不足(如低于Ac3)，则淬火组织中将出现铁素体，造成淬火后硬度不足。

对于共析钢、过共析钢其加热温度为Ac1＋30～50℃，淬火后的组织为隐晶马氏体与粒状二次渗碳体。

未溶的粒状二次渗碳体可以提高钢的硬度和耐磨性。

过高的加热温度(如高于Acm)，会因得到粗大的马氏体，过多的残余A而导致硬度和耐磨性的下降，脆性增。

（2）回火温度：回火温度决定于要求的组织及性能。

按加热温度不同，回火可分为三类：低温回火：在150～250℃回火，所得组织为回火马氏体。

硬度约为HRC57～60，其目的是降低淬火应力，减少钢的脆性并保持钢的高硬度。

一般用于切削工具、量具、滚动轴承以及渗碳和氰化件。

中温回火：在350~5000C回火，所得组织为回火屈氏体，硬度约为HRC40~48，其目的是获得高的弹性极限，同时有高的韧性。

因此它主要用于各种弹簧及热锻模。

高温回火：在500～650~；回火，所得组织为回火索氏体，硬度约为HRC25~35。

其目的是获得既有一定强度、硬度，又有良好的冲击韧性的综合机械性能，常把淬火后经高温回火的处理称力调质处理，因此一般用于各种重要零件，如柴油机连扦螺栓，汽车半轴以及机床主轴等。

一、实习背景随着我国经济的快速发展，建筑行业对钢材的需求量逐年增加。

为确保工程质量，对钢材进行严格检验是必不可少的环节。

为了提高自己的专业素养，更好地了解钢材检验过程，我于2021年7月至9月在XX钢铁检验中心进行了为期两个月的实习。

二、实习目的1. 了解钢材检验的基本流程和方法，掌握检验过程中的各项操作技能；2. 熟悉钢材质量标准，提高对钢材质量的判断能力；3. 培养严谨的工作态度和团队协作精神；4. 提升自身的综合素质，为今后从事相关工作打下坚实基础。

三、实习内容1. 钢材化学成分检验在实习期间，我参与了钢材化学成分检验工作。

该工作主要涉及以下步骤：（1）样品准备：将待检验的钢材样品按照规定要求进行切割、打磨、抛光等处理，确保样品表面光滑、无划痕。

（2）样品称重：使用精密天平称取一定质量的样品，确保称量准确。

（3）化学分析：将称量后的样品进行化学分析，通过原子吸收光谱仪、X射线荧光光谱仪等设备测定样品中的碳、硅、锰、磷、硫等元素含量。

（4）结果计算：根据化学分析结果，计算样品中各元素的含量，并与国家标准进行比较，判断样品是否符合质量要求。

2. 钢材力学性能检验力学性能检验是钢材检验的重要环节，主要包括以下内容：（1）拉伸试验：通过拉伸试验机对钢材样品进行拉伸，测定其抗拉强度、屈服强度、伸长率等力学性能指标。

（2）冲击试验：利用冲击试验机对钢材样品进行冲击试验，测定其冲击韧性。

（3）硬度试验：采用布氏硬度计、洛氏硬度计等设备对钢材样品进行硬度试验，测定其硬度值。

3. 钢材表面质量检验表面质量检验主要关注钢材样品的表面是否存在裂纹、锈蚀、夹杂等缺陷。

检验方法包括：（1）目视检查：通过肉眼观察样品表面，判断是否存在明显的缺陷。

（2）无损检测：利用超声波探伤仪、磁粉探伤仪等设备对样品进行无损检测，检测其内部是否存在缺陷。

四、实习收获1. 理论与实践相结合：通过实习，我对钢材检验的基本流程和方法有了更深入的了解，将所学理论知识与实际操作相结合，提高了自己的动手能力。