碳元素的作用及应用

碳是支承高速钢特性的主干元素，是维系合金元素的核心。碳在高速钢中所起的作用有以下几个方面。

1.碳与铬、钨、钼、钒、铌形成碳化物

高速钢中碳能同Cr、W、Mo、V、Nb结合，形成M₆C、MC、M₂₃C₆、M₇C₃和M₂C等多种类型的碳化物。高速钢中碳化物的物理特性列于表10-3。从表中数据可知：这些碳化物具有很高的硬度和熔点，是保持高速钢高硬度、高耐磨性的基础。碳除形成简单化合物外，还能形成复合型碳化物，其数量（质量分数）最多可达到35%。这些碳化物在淬火奥氏体化时，约50%溶入奥氏体。回火时以细小弥散状自基体中析出，使钢产生二次硬化。保持钢的使用硬度和韧性。

表10-3 高速钢中碳化物的物理特性

高速钢中碳化物的类型随含碳量不同而改变形态。图10-1示出高速钢含碳量与碳化物含量的关系。

2.碳对高速钢淬火硬度的影响

当钢中合金元素一定时，含碳量不高（处于含量的中上限以下时）的情况下，淬火硬度随淬火温度的升高而增加。当钢中含碳量达到上限含量或平衡含量时，淬火硬度随淬火温度升高产生下降趋势。这是因为淬火后，残留奥氏体量增加的缘故，即部分游离碳溶入奥氏体，增加了奥氏体的稳定性。因此，每个高速钢号中，根据碳化物形成元素的含量来平衡碳含量。碳对钢的淬火硬度起到决定性的作用。

图10-2示出碳对W18Cr4V钢淬火硬度的影响。通过图中曲线可以说明上面讲述的内容。

图10-1 高速钢含碳量与碳化物含量的关系

3.碳对高速钢回火硬度的影响(www.xing528.com)

图10-3示出碳对W6Mo5Cr4V2钢回火硬度的影响。W6Mo5Cr4V2钢的含碳量（质量分数）为0.95%～1.05%。在此含碳量范围内，不同的淬火温度下，随着含碳量的增高，回火硬度升高。含碳量超过上限后，随着含碳量增高，回火硬度逐渐下降。但是，获得最高硬度的回火温度，则随含碳量的增加而升高。

4.碳对高速钢韧度的影响

钢中合金元素含量一定时，随着含碳量的增加，钢的室温冲击韧度下降。图10-4示出碳对高速钢（W18Cr4V）室温冲击韧度的影响。

图10-2 碳对W18Cr4V钢淬火硬度的影响

综上所述，碳对高速钢的多项性能都产生明显的影响。但是，当碳含量超过一定值后，就产生不利影响。因此，必须对高速钢中含碳量进行严格控制，使碳充分发挥有利作用。

图10-3 碳对W6Mo5Cr4V2钢回火硬度的影响

图10-4 碳对高速钢冲击韧度的影响