真空条件下高速钢中脱碳层的变化

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处 理 过 程 中会 形 成 较 大 的脱 碳 层 . 成 的 原 因 形 主 要 是存 在 碳 的 扩 散 .
散的结果是使与脱碳层相接 的基体 中碳化物及 其周 围的游 离碳之间 的平衡 被破 坏 , 碳化物发 生分解 . 分解产 生的游离碳 向边缘扩 散, 合金 而 元素溶解 在基 体 中, 从而使边缘 的碳 含量与 中 心 的碳含量之 间的含量差缩 小 , 形成 了比初脱 碳 层 大 得 多 的脱 碳 层 . 图 5 M2 1 6 0 倍 电镜照片 , 是 A 的 00 从照片 可 以看 出 ,中心 的碳 化 物 数 量 明显 多 于 边 缘 的
铜 种
W9 M2 M2 Al

07 .8 0B .2 11 .3
S i
03 .6 03 .0 03 .5
Mn 03 .4 03 .2
P 00 3 .2 00 8 .2
S 00 l . 1 00 0 . 1
Cr 39 .4 39 .4
f a 0 fW 9 r 嘣 Do
样 的氧化失重值和 脱碳深度值 的平均 值作为实
验结果.
1 . 4碳含量分布测定 用车床 ( 可精确到 0 1 mm) 0 沿试样径 向每 隔 O Ⅱ 考虑试样 的大小对 切削后 的碎屑够 .1 2 m( 化学分析用 ) 1 , 车 刀 将车 下的碎屑进行化学分 析, 得到 0 m 内碳 的平 均含量 , . m 2 可将其视为 O m 内碳 的中心 含量 , Oo m 的测定值 . m 2 如  ̄. m 2 可 看 作 01 . mm处 的实 验 值 . 始 样 测 2个 值 , 原 热 处理后 的试 样测 3个值 .
4 mi 成 0405 Ⅱ 0 n形 . ̄ .Ⅱ n初 脱 碳 层 的 3种 高速 钢
1 试样制备及实验 方法
I 试样制备 . 1
试 样作 为原始样 , 后在 1 P 的真 空条件下将 然 . a 3 根据 高速钢生产 中退火 试样材料取 自W9M2M2 1 种 高速钢退 试 样密封在石英管 中. , , A 3 所 火态 的商品材 , 中 M2M2 1 其 , A 为直 径 1 n'圆 2 ' 工 艺 并 结 合 实 验 室 实验 制 度 ,制 定 了 如 图 1 l / / 3
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第2 2卷 第 4期 20 00年 8月
北 京 科 技 大 学 学 报
J u n l f les yo S i c dT cn lg ej g o r a o Unv rJ f ce e n eh ooyB iu t n a J
散来消除或减 小这种碳 浓度差 .
量 . 次质量之差 ( m 为样 品的氧化 失重 . 了 2 △ ) 为 直接考察温度 和时 间对钢基体 的影 响, 按公式
A △ 将氧 化失 重转 换成单位 面积氧化 损 r
失 量 A , 中 s为 试 样 热 处理 前 的表 面 积 . r式 测 定 氧 化 层 厚 度 后 .将 试 样 的 1个端 面抛
碳 化 物 数量 且边 缘 的小 颗 粒 碳 化 物 数 量 明显 减
从动 力学 角度而言 , 有初脱碳层 的试 样就 与基体之 间存 在着一定 的碳浓度 差, 为碳 的扩 散提供 了动力 . 由于不存在氧化性气 氛, 故可把 碳 的扩散过程 分为如下 2 个步骤 : () 离碳 由高含量处 向低 含量 处扩散 . 1游 ( 高含量处 由于碳 的扩 散, 2 ) 使得 碳化物和 基 体 中 的碳 之 间 的平 衡 被 打 破 , 化 物 进 行 分 碳 解 , 生更多 的游离态 的碳 . 产 高 速钢 中存 在 不 同 组成 的碳 化 物 ,这 些 成 分不 同的碳化物 , 稳定性也不 同, 碳化物 的分解 情况 也 不 同 . 但可 以认 为 高 速 钢 中 的 碳 化 物 和 游 离 碳之 间存 在 一 个 平 衡 , 是 由于 存在 这个 正 平衡 , 才使得碳化物 分解 . 当存在碳浓 度差时 , 在 高温条件 下游离碳就 要 向试 样边缘扩散 , 扩
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真空条件下 高速钢 中脱碳层 的变化
z一 7 百度文库7

曹 杰 项祥 长
关 词 堂 键 退 :一 . 耋
分类号 T 24 G1 .5 4
李 生 秦茶 乃 联 :

1 ) 北京科技大学冶金学 院, 北京 1 0 3 2河北省冶金研究院 . 0 8 ) 0 石家庄 0 0 3 50 1
裹1 wg M2M2 13种高速钢 的化 学元素含量( , , A 质量分数)
Ta j ec mp st n o h e b e1 Th o o i o ft r eki do U g p ̄d se  ̄ W 9 M 2 M 2 i n f i hl l t e , , , AI %
光, 经硝酸酒精浸蚀后 . 在金相显微镜下测量试 样径 向脱碳深度 . 个试样测 4点, 每 取平 均值.
摄 后 ,取 同一 温 度 同一 时 间处 理 的 2 试 个
距 离边 缘径 向深度/ mm 田2 W9的碳质量分数( c与径 向深度关系 w)
矾g 0 Th ea o ew ̄l t er d a e t n ∞ er lt n b t i l h a il p h a d ma d
少, 这也证 明了碳化物 在高速钢热处 理过程 中 要 分 解 且 小颗 粒 的 碳 化 物 首 先 分 解 . 中 的 淬 图 火态试样指 的是预处理 的试 样 , 退火 态指 的是 真空封 的试样 . 图中可 以看 出退火 态试样 中 从 心 比淬火 态试 样 中心的碳化 物数量要 多 , 且小 颗粒 的碳化物增加 . 这是 因为在退火温 度下, 试 样 中心 有 更 多 碳 化 物 析 出 ; 样 边 缘 的 碳 化 物 试 情况 也不 同, 退火态 的碳 化物 比淬火 态 的碳化 物要大得 多 , 其原 因是在 退火温度下 长时间保 温 的结 果. 以退火 时, 果存 在初脱碳 层, 所 如 不 仅 可 形 成 更深 的脱 碳 层 , 且 会 使脱 碳 层 中的 而
进 行 失 重 计 算 和 脱 碳 层深 度 测 定 , 并测 定其 碳
长 而不 断增 加 . 生这种 现象 的原 因主要 是试 产 样在处理前 有 1 个脱 碳层 , 使得试 样边缘与 中 心存在 1 个碳 的浓度差 ( 即碳的质量分数差 , 下 同) 在 一 定 的温 度 和 保 温 时 间下 , 要 经 过 扩 , 碳
含量的分布 . 1 氧化和脱碳的测定 3 用精度为 1 o的电子天平称量试样热处理 /4 1 前 的质 量 .热 处 理 后 ,手 工 去 除试 样 表 面 氧 化 层, 并用 自配 的除 锈 液清 除试 样 表 面 , 保证 清 既
理 干 净 , 不 损 害 钢 的基 体 , 后 再 称量 试 样 质 又 然
F 1T e lS lfe eau e h n e f , h C T ̄ o tmp r tr a g o WgM2(】 n ll lt ' c 1 a dM2 I o ( mpr tr o ig i , 0 ) A C)t e a e l n t , h e u hd me 1
19 -11 收稿 曹 杰 男, 岁 , 士 9 9 —2 0 2 5 硕
要 在真空 条件 下对 3 有初 脱碳 层 的高速 钢进行 了退火 实验 , 察 了在 无氧 的条 件下高 种 考
速钢 中碳 的扩 散 , 出 了高 速钢 的脱碳 与高速 钢 中碳 化 物 的分 解和游 离碳 扩散 有关 . 指
朊 层,真 亲 室 ,
高速 钢 脱 碳 是 钢 中 的碳 与 氧 气 或 氧化 性 气
氛互 相作用 的结果,因此有氧存在或有氧化 性 气氛存在的情况下, 高速钢易形成脱碳层 . 在 M2 1 而 A 切成 ̄ 0 mx 0 1 m 2 mm 的试样, W9 成 切 7 无氧条件下 ,高速钢 的脱 碳层形成情况未见 文 m Ⅱ 2 m 1 r× 0 1 的试样 , 1 然后用工业 酒精 清洗表面 , 献报道 .本 文在真空条件下对有 初脱碳 层 的 3 种 高速 钢 进 行退 火 实验 ,研 究 了高速 钢 中碳 的
距 离边 缘径 向深 度/ m r a 围 4 .I MT 的碳质 ■分数( ) 向深度关系 A 与径
F - Th ea o 4 er lt n i f a to fm A】 r ci no n te rd a e t n ∞ a i l p ha d ma h d
Mo 3 1 .4 55 .0
V 14 .1 20 .2
W 90 .0 57 .8
03 .4
00 5 .2
00 5 .0
40 .6
50 .6
20 .3
56 .8
09 .6
r Ii / n n
f/ n mi
图1 W9 M2() M2 o 升降温曲线( , a和 A1C) 保温 时间为 l h 0)
距离边 缘径 向深度 , mm


2 实验结果
实 验测 定 的氧 化 失 重 大 约 为 10 , 与 文 5 gm , 献 【] 出 的 在 空 气 中热 处 理 结果 相 比 , 以 忽 1指 可
围3 M2的碳质■分数( d与径 向深度关系 w
Fi. Th dntn h ,e her da e t n  ̄ g3 er t o e n t a ild p ha d mal ¥ fa f no  ̄ c o fM 2 i
图5 M2 中碳化物 的分布图 A!
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京 科 技
大 学 学 报
20 年 第 4 00 期
示的热处理制度 , , , 2 1 高温下保温 W9 M2 M A 在 时 间 分 别 为 6,0和 1 h 1 4. 每 种 样 品取 2个 试 样 热 处 理 后 , 冷 , 后 空 然
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V L 2 N . D2 o 4
曹杰 等 : 真空条 件 下高速 钢 中脱碳层 的变 化
・0 ‘ 3 1
3 高速钢 中碳 的扩散
从 图 2 图 4 以看 出,在近似真 空条件 下  ̄ 可 也 即在无 氧条 件下 , 在初脱碳层 的试 样在 热 存
略不 计 . 实验 测定 的脱碳层值和化学 分析测定 的碳 含量分布值见 图 2 4  ̄.
从 实验 结果可 以看 出, 近似真空 的条件 在
下加 热高速钢 几乎不氧化 , 这是 国外一些厂家 用保 护性 气氛 生产高速钢 的原 因所在 . 产生少
量氧 化的原因可能是在封样 的时候, 石英管 内 残存少 量的氧 . 与空气介质 中加热的氧化失重 相 比, 这种氧 化小到可 以忽略. 当试样具有初 脱碳 层时 , 近似真空 的条 在 件下 , 碳经过扩散形成了更深 的脱碳层. 可见在 没有 氧 的情况 下. 只要 有初 脱碳层就会产 生更 深脱碳层且试样边缘 的碳含量随保温 时间的延
扩 散情 况 .
材 , 为直径 1 m l W9 0 n 圆材 . 学成分见表 1经 化 . 车 削去 除 原始 表面 的氧化 和 脱碳 层 ,将 M2 ,
在室温 下 阴干 .
1 实 验方 法 . 2
本实验是研究有初脱碳 层时碳 的扩散 ,所
以首先对试样进行 预处理 . 在 1 0 "下保温 将 0 1 C
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