【文章內(nèi)容簡介】 所用型號為 P2，對金相試樣進(jìn)行拋光處理，消除磨面上的磨痕及金屬擾亂層，以便制出平整、光亮、無痕的金相磨面，如圖 所示。6 / 30圖 金相試樣拋光機(jī)（6）4XB 型金相顯微鏡對試樣進(jìn)行顯金相微組織觀察和分析，如下圖 所示。圖 4XB 型金相顯微鏡的外形結(jié)構(gòu)圖（7） 金相分析儀選用 GX60DS 型金相綜合分析系統(tǒng)，配備有高倍、中倍、低倍三個(gè)高質(zhì)量物鏡和數(shù)碼視頻采集與處理硬件，并配套有專用的微機(jī)和金相分析專業(yè)軟件。觀察金相顯微組織，拍照保存特征相圖，金相分析儀如圖 所示。7 / 30圖 金相分析儀 試驗(yàn)過程試驗(yàn)通過對 T10A 鋼分別進(jìn)行等溫球化退火和普通球化退火處理，然后對熱處理后的 T10A 鋼進(jìn)行硬度測試和顯微組織分析，來研究完全退火與正火工藝處理對 T10A鋼的組織和性能的影響。采用的具體工藝流程如圖 所示。 圖 T10A 等溫球化退火與普通球化退火工藝對比分析試驗(yàn)流程圖 試樣的準(zhǔn)備原材料試樣是將給定的材料（尺寸為 φ30mm 的 T10A 鋼棒）制備為可供后續(xù)試驗(yàn)運(yùn)用的試樣。本次試驗(yàn)共做這樣的試樣 6 個(gè)，為后面的試驗(yàn)做好充分的準(zhǔn)備。 試樣的熱處理工藝過程及原理(1）T10A 鋼的特點(diǎn)T10A 鋼的特點(diǎn)：此鋼強(qiáng)度及耐磨性均較 T8 和 T9 高，但熱硬性低、淬透性不高且淬火變形大。適于制造切削條件差、耐磨性要求較高，且不受劇烈振動，需要一定韌性及具有鋒利刀口的各種工具，如車刀、刨刀、鉆頭、切紙機(jī)、低精度而外形簡單的量具(如卡板等)，可用作不受較大沖擊的耐磨。通用低淬透性冷作模具鋼，高級高8 / 30碳工具鋼，優(yōu)點(diǎn)是可加工性能好，價(jià)格便宜，來源容易，但是淬透性較差，淬火變形大，因?yàn)殇撝泻泻辖鹪厣伲鼗鹂沽Φ?，因而承載能力低。雖有高的硬度和耐磨度，但是小截面工件韌性不足，大截面段坯有殘余網(wǎng)狀碳化物傾向。完全球化的最低加熱溫度 740℃，最佳等溫溫度 690～720℃ 。(2）T10A 球化退火組織轉(zhuǎn)變規(guī)律 加 熱 時(shí) 奧 氏 體 成 分 越 不 均 勻 ， 退 火 后 越 容 易 得 到 球 化 組 織 。 將 過 共 析 鋼 為 片狀 珠 光 體 加 熱 到 略 高 于 Ac1溫度短時(shí)間保溫后，得到奧氏體加未溶滲碳體。此時(shí)滲碳體已不是完整的片狀，而是厚薄不均凹凸不平，有些地方已經(jīng)溶解斷開。延長保溫時(shí)間，這些未溶滲碳體將逐漸趨于球化。將鋼從加熱溫度緩冷至 Ar1以下，奧氏體將同時(shí)析出碳化物及鐵素體（即珠光體轉(zhuǎn)變） 。加熱時(shí)形成球狀碳化物質(zhì)點(diǎn)以及奧氏體中含碳量較高的部分將成為碳化物核心。長大成球狀碳化物。最終得到在鐵素體基體上均勻分布著球狀碳化物的球狀珠光體。(3）球化退火工藝及目的球化退火的具體工藝有：①普通（緩冷）球化退火，緩冷適用于多數(shù)鋼種，尤其是裝爐量大時(shí)，操作比較方便，但生產(chǎn)周期長；②等溫球化退火，適用于多數(shù)鋼種，特別是難于球化的鋼以及球化質(zhì)量要求高的鋼（如滾動軸承鋼） ；其生產(chǎn)周期比普通球化退火短，不過需要有能夠控制共析轉(zhuǎn)變前冷卻速率的爐子；③周期球化退火，適用于原始組織為片層狀珠光體組織的鋼，其生產(chǎn)周期也比普通球化退火短，不過在設(shè)備裝爐量大的條件下，很難按控制要求改變溫度，故在生產(chǎn)中未廣泛采用；④低溫球化退火，適用于經(jīng)過冷形變加工的鋼以及淬火硬化過的鋼（后者通常稱為高溫軟化回火） ；⑤形變球化退火，形變加工對球化有加速作用，將形變加工與球化結(jié)合起來，可縮短球化時(shí)間。它適用于冷、熱形變成形的鋼件和鋼材（如帶材）是在 Acm 或 Ac3 與 Ac1 之間進(jìn)行短時(shí)間、大形變量的熱形變加工者。 本實(shí)驗(yàn)由于時(shí)間及設(shè)備原因主要研究普通球化退火和等溫球化退火對 T10A 對組織和硬度的影響球化退火是使鋼獲得彌散分布于鐵索體基體上的細(xì)粒狀(球狀）碳化物組織。其目的為改善切削性能，減小淬火時(shí)的變形開裂傾向性，為鍛件得到相當(dāng)均勻的最終性能。球化退火主要應(yīng)用于軸承零件、刀具、冷作模具等的預(yù)備熱處理，以改善切削加工性能及加工精度，消除網(wǎng)狀碳化物所引起的工具的脆斷和刃口崩落，提高軸承的接觸疲勞壽命等。中碳及中碳合金鋼只當(dāng)要求硬度極低而韌性極高（例如用于冷沖壓坯料）時(shí)，才用球化退火，低碳鋼—般不進(jìn)行球化退火，否則由于硬度過低（160～170HBS）反而使切削加上性能變壞。在工具鋼及軸承鋼碳化物球化的概念中，應(yīng)該包括一次碳化物、二次碳化物(由奧9 / 30氏體中析出)及共析碳化物這三方面的球化。一次碳化物系鑄錠柱晶偏析所引起的亞穩(wěn)定奧氏體結(jié)晶產(chǎn)物，顆粒尺寸較大，常沿軋制方向分布，形成偏析碳化物帶，硬度高、脆性大，易造成淬火裂紋，使鋼的耐磨性變差，以至工件在使用中造成表面脫落或中心破裂。一次碳化物的球化主要需要合理的鍛造工藝，例如反復(fù)拉拔(相當(dāng)大的總鍛造比在十幾、二十幾以上)和適當(dāng)?shù)母邷財(cái)U(kuò)散退火來得到。 二次碳化物及共析鋼化物的球化與鍛造過程有關(guān)。為了使退火后能獲得均勻分布的粒狀碳化物，鍛造后的組織應(yīng)為細(xì)片狀珠光體及細(xì)小網(wǎng)狀碳化物(或含有少量馬氏體)。如果終鍛溫度過高或冷卻太慢，則易引起大網(wǎng)狀碳化物，退火中無法消除。如退火溫度太低(＜800℃)，碳化物易沿晶界變形方向析出而形成線條狀組織，退火后將有方向性，使工性能變壞。珠光體片較細(xì)時(shí)，球化退火時(shí)可采用較低的溫度和較短的時(shí)間。退火溫度愈低，則溶解的碳化物數(shù)量越多，容易獲得均勻分布的細(xì)粒狀珠光體組織。珠光體片較粗時(shí)，在正常退火工藝情況 T2 不易獲得均勻的細(xì)粒狀珠光體。因此，為了得到良好的球化組織，必須嚴(yán)格控制鍛造工藝過程。球化退火的目的：①軟化毛坯。球狀碳化物比片狀碳化物切削阻力要小，車刀對球狀碳化物切削的幾率也比片狀的要小有利于切削加工。②為淬火提供理想的預(yù)備組織。碳化物球化后在淬火加熱時(shí)不易熔解未溶的碳化物起阻礙晶粒長大的作用細(xì)化了淬火馬氏體組織，提高了材料的韌性。(4）影響球化質(zhì)量的因素①化學(xué)成份的影響。碳素工具鋼隨著含碳量的增加，碳化物的數(shù)量增多，可獲得球狀碳化物的奧氏化的加熱溫度范圍增大。②原始組織的影響。奧氏體越細(xì)，在奧氏體化時(shí)的殘留碳化物顆粒也越多，冷卻時(shí)的球化核心也越多，球化效果越好，反之球化效果越差。③加熱溫度和加熱時(shí)間的影響。 當(dāng)加熱溫度比較低(如稍高于 Ac1)且加熱時(shí)間較短時(shí)，原片狀珠光體中的碳化物溶解不夠充分，退火后將得到細(xì)粒狀加細(xì)片狀混合的珠光體組織，通常稱為“欠熱組織” 當(dāng)球化退火加熱溫度過高時(shí)，碳化物大量解入奧氏體．殘留碳化物數(shù)量減少，奧氏體成分趨向均勻，因形成球狀碳化物的核心減少，退火后將得到部分或全部粗大片狀珠光體，這就是“過熱組織” 。欠熱組織和過熱組織相比較，欠熱組織層片間的尺寸短小，當(dāng)珠光體片層間距稍大時(shí)．片的尺寸仍然短小彎曲；過熱組織的片間距大、片長且直，即使片間距小，片的形態(tài)仍然是長而直的。④冷卻速度的影響 在球化的冷卻條下、冷卻速度慢或等溫溫度高時(shí)，碳化物顆粒聚集尺寸增大；冷卻速快或等溫溫度低時(shí)，因過冷度增大，碳化物形核率增加，加之聚集不充分，所得碳化物的顆粒細(xì)小 [15]。 10 / 30表 T10A 鋼的牌號、化學(xué)成分和力學(xué)性能化 學(xué) 成 分（% ）鋼號C Si Mn P ST10A ～ ≤ ≤ ≤ ≤冷卻速度是影響球化效果的又一因素。冷卻速度的大小直接影響到粒狀碳化物的顆粒大小和均勻性，當(dāng)加熱溫度一定時(shí)，冷卻速度越小，奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變時(shí)在高溫區(qū)經(jīng)歷時(shí)間越長，析出的碳化物進(jìn)行擴(kuò)散、聚集的時(shí)間就會越充分，形成的碳化物顆粒就越大而且均勻；反之，就會得到硬度偏高的細(xì)粒狀組織，對切削加工不利。 (5)球化退火球化過程球化過程。球化過程是一個(gè)比較緩慢的過程。原始組織為球狀珠光體的鋼,剛加熱到 Ac1以上溫度時(shí)，珠光體中的片狀碳化物開始溶解，而又未完全溶解。出于溫度低，擴(kuò)散過程進(jìn)行得緩慢，此時(shí)，一片碳化物逐漸斷開，呈許多細(xì)小的鏈狀或點(diǎn)狀,彌散分布在奧氏體基體上。未完全溶解的碳化物導(dǎo)致奧氏體的成分極不均勻，在隨后緩冷過程中，或以原有的碳化物質(zhì)點(diǎn)為核心，或在奧氏體中碳原子富集的地方產(chǎn)生核心，均勻地形成顆粒狀碳化物。剛形成的碳化物顆粒很小，在保溫或緩冷過程中發(fā)生聚集，長大成較大的顆粒。由此可見，球化過程需要碳原子作較長距離的擴(kuò)散遷移，最終形成球化組織。(6)試樣的等溫退火工藝等溫球化退火工藝是將共析鋼或過共折鋼加熱到 Ac1+(20～30℃)，保溫適當(dāng)時(shí)間，然后冷卻到則低于 Ar1，以下的溫度，等溫保持一定時(shí)間(使等溫轉(zhuǎn)變進(jìn)行完畢)，然后爐冷或空冷的球化退火工藝，如果原始組織個(gè)網(wǎng)狀碳化物較嚴(yán)重，則需加熱到略高于Acm 的溫度，使網(wǎng)狀碳化物溶人奧氏體，然后再較鉸地冷卻到 Arl 以下溫度進(jìn)行等溫球化退火。在等溫球化退火工藝的制訂中，奧氏體化溫度及等溫轉(zhuǎn)變溫度十分重要。奧氏體化溫度較高，未溶碳化物數(shù)量較少，奧氏體晶粒較大，而且其中碳濃度的分布也較均勻，因而和利于球化過程的進(jìn)行。等溫轉(zhuǎn)變溫度較低別，碳(及合金元素)在奧氏體中擴(kuò)散較困難，也不利于球化過程的進(jìn)行。只有當(dāng)奧氏體化溫度較低，等溫轉(zhuǎn)變溫度較高的處理規(guī)程下，才能得到球化組織 [9]。11 / 30 加熱溫度的經(jīng)驗(yàn)公式熱處理工藝 加熱溫度/℃ 保熱時(shí)間/h 等溫溫度/℃ 等溫時(shí)間/h等溫球化退火普通球化退火Ac1+(2040)Ac1+(2040)2～32～3Ac1 以下 10無4～6無查熱處理