Tool steel

高合金工具钢金相制备

为适应客户的特定应用而生产的高合金工具钢正变得越来越多。 因此,质量控制团队需要对高合金工具钢进行金相制备和分析的数量也越来越大。 高合金工具钢的金相制备和分析有哪些重要注意事项?

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高合金工具钢的主要特点

根据化学成分,钢大致可分为三类:
  • 碳钢
  • 含少量合金元素的低合金钢
  • 合金元素含量超过 6% 的高合金钢

工具钢是一种高合金钢,含有大量的合金元素,如铬、镍、钒、钨或钼。 这些合金元素用于提高钢的耐磨性、韧性、强度或硬度,或使其具有特殊的性能,如耐腐蚀和耐热性、高温下保持硬度以及低温下保持强度等。

高合金工具钢生产中的金相分析

在高合金工具钢生产中,金相分析是保证高品质产品的关键。 高合金工具钢金相分析主要用于:
  • 测定工具钢中碳化物的分布和尺寸
  • 检测淬火钢和回火钢的脱碳
  • 检测显微偏析和掺杂物等级

工具钢
图 1: 塑料模具钢,经 5% 苦酸浸蚀液蚀刻,在高倍放大下可观测到非晶马氏体中有单个针状和片状晶粒(放大倍数:1000x,DIC)

克服高合金工具钢金相制备的困难

避免热损坏
由于高合金工具钢的热处理性是一个质量标准,为确保真正代表实际微观结构,必须避免切割过程中的热影响。 切割大的剖面时,制备步骤必须非常小心。

工具钢
图 2: 由于切割条件错误导致的热损坏 

保护碳化物和掺杂物
高合金工具钢研磨和抛光的主要难点在于保证碳化物和非金属掺杂物的保留。 在冷加工工具钢中,初级碳化物很大,在研磨过程中容易断裂。 在完全退火条件下,二级碳化物很细,很容易从较软的基体中被拉出。

工具钢
图 3: 断裂的初级碳化物(放大倍数:200x) 


高合金工具钢的大批量处理
对于高合金工具钢生产中的质量控制团队而言,处理大量样品需要很有效地组织工作流程、自动化设备和标准程序。

 

有关高合金工具钢的切割和镶嵌的建议


切割

大多数高合金工具钢样品是采用粗糙的机械方法,从厚板和初轧机材料切割成标准尺寸。 重要的热处理样品切割或失效分析通常采用金相切割机进行。

高合金工具钢对热损坏极为敏感:
  • 必须特别注意选择适当的切割轮。
  • 冷却必须充分,以防止热损坏。
  • 推荐使用较软的氧化铝或树脂粘结立方氮化硼切割轮。
镶样

高合金工具钢试样可以不镶样,或进行热镶样或冷镶样。
  • 经过表面处理需要良好边缘保护的样品应使用纤维增强树脂 (DuroFast) 进行热压镶样。
  • 不需要边缘保护的样品,如果尺寸适合样品夹,可以不镶样。
  • 处理大量样品时,对样品尺寸进行标准化具有优势。 这时,推荐使用矩形硅橡胶镶样杯 (FlexiForm)。 为避免污染,使用收缩率有限的冷镶样树脂也很重要。
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