尹金枝 羅秀艷 李喜月 張偉

摘要：碳素工具鋼原料來源易取得，切削加工性良好，熱處理后可以得到高硬度和高耐磨性。本文以T10鋼為例研究碳素工具鋼的性能。T10鋼淬透性低，且耐熱性差（250℃），在淬火加熱時不易過熱，仍保持細晶粒，韌性尚可，強度及耐磨性均較T7-T9高些，但熱硬性低，淬透性仍然不高，淬火變形大。本文主要圍繞T10的四組淬火處理實驗及一組對比實驗進行金相與硬度的對比。

關鍵詞：碳素工具鋼；T10鋼；熱處理；淬火介質(zhì)；金相組織圖

引言

T10鋼優(yōu)點是可加工性好，來源容易；但淬透性低、耐磨性一般、淬火變形大。因鋼中含合金元素微量，耐回火性差，硬化層淺，因而承載能力有限[1]。雖有較高的硬度和耐磨性，但小截面工件韌性不足，大截面工件有殘存網(wǎng)狀碳化物傾向。

T10鋼在淬火加熱（通常達800℃）時不致于過熱，淬火后鋼中有過剩未溶碳化物，所以比T8鋼具有更高的耐磨性，但淬火變形收縮明顯。由于淬透性差，硬化層往往只有1.5～5mm；一般采用220～250℃回火時綜合性能較佳。熱處理時變形比較大，故只適宜制造小尺寸、形狀簡單、受輕載荷的模具[2]。

1 化學成分

碳C：0.95～1.04（質(zhì)量分數(shù)，%）、硅Si：≤0.35、錳Mn：≤0.40、硫S：≤0.020、磷P：≤0.030、鉻Cr：允許殘余含量≤0.25 、鎳Ni：允許殘余含量≤0.20、銅Cu：允許殘余含量≤0.30。

2 淬火加熱溫度的選擇

淬火時的具體加熱溫度主要取決于鋼的含碳量，可根據(jù)Fe-Fe3C相圖確定對于T10鋼（過共析鋼），Ac1為730℃，其加熱溫度為 Ac1 + 30～50℃，即770℃、780℃、790℃。若加熱溫度不足（低于Ac1），則淬火組織中將出現(xiàn)鐵素體而造成強度及硬度的降低。

3 保溫時間的確定

淬火加熱時間是將試樣加熱到淬火溫度所需的時間及在淬火溫度停留保溫所需時間的總和[3]。加熱時間與鋼的成分、工件的形狀尺寸、所需的加熱介質(zhì)及加熱方法等因素有關，一般可按照經(jīng)驗公式來估算。溫時間的經(jīng)驗公式為：t=αKD（分鐘），其中：D是工件有效厚度，單位為mm； K是加熱系數(shù)，一般K=1.5～2.0分鐘/mm。

T10淬火處理：770-790，淬火介質(zhì)水、油、冰水、醋。

4 實驗結果

實驗后測得T10經(jīng)過四種熱處理工藝后的硬度對比如下表所示。

硬度對比分析：

T10鋼在處理前的硬度普遍在165～175HBW之間，在經(jīng)過淬火處理后硬度普遍在60～64HRC之間，即在780℃時即使是不同的淬火介質(zhì)（水、冰、醋、油）處理后T10鋼的硬度都能得到提高，也表明單就對于提高T10鋼的硬度方面來講本實驗的不同淬火介質(zhì)都是可以的。

金相組織分析：

通過本實驗對水、冰水、油、醋和對比試樣金相組織圖的分析。發(fā)現(xiàn)淬火介質(zhì)為油，冰水的晶粒致密度較醋，水晶粒致密度好一點，且油的晶粒致密度較冰好一些 。但單對于本實驗來說相差并不大。

5 總結

通過本實驗對硬度和金相組織的結合分析發(fā)現(xiàn)淬火介質(zhì)排序為油，冰水，水，醋。再進一步說明如果結合實行生產(chǎn)冰水，醋（醋中含醋酸有可能會損壞鋼材表面）淬火有很大的局限性即工廠化大型零件淬火的可行為水淬為主。小型零件淬火水淬油淬均可，但要是對鋼材表面有較高的要求推薦油淬。

參考文獻

[1]吳晶.丁紅燕金屬材料實驗指導[M].江蘇：鎮(zhèn)江市江蘇大學出版社.2009.

[2]邵紅紅.金屬組織控制技術與設備[M].北京：北京大學出版社.2011.

[3]趙步青.工具用鋼熱處理手冊[M].北京：北京市機械工業(yè)出版社.2014