工具钢加热时碳化物的溶解

工具钢在加热时除形成奥氏体外，还伴随着另一个组织变化，那就是碳化物的溶解。随加热温度的升高碳化物逐渐溶入基体中。

工具钢在加热温度超过A₁点温度时，珠光体开始转变成奥氏体，碳化物逐步溶入奥氏体，当温度超过A_cm温度时，碳化物完全溶入奥氏体。工具钢通常在淬火时不会让碳化物完全溶解，碳素工具钢与普通的合金工具钢大约还有3%～6%的碳化物没有溶解；Cr12型工具钢大约还有8%～9%的碳化物没有溶解；高速钢还有10%以上的碳化物没有溶解。

图2-6 高速钢W6Mo5Cr4V2的奥氏体化过程（1000×）

a）退火状态 b）1530℉（832℃）×30min，淬火并回火状态 c）1600℉（871℃）×1h，淬火并回火状态d）2100℉（1149℃）×15min，淬火并回火（两次）状态 e）2250℉（1232℃）×2min，淬火并回火（两次）状态

图2-7所示为w（C）=1.05%的碳素工具钢加热时碳化物减少的情况。图2-7a所示为加热1400℉（760℃），保温1h后水冷的显微组织，图2-7b所示为加热到1650℉（899℃），保温0.5h后，水淬后的显微组织。比较两图，可见加热温度升高后碳化物数量明显减少。

图2-7 碳素工具钢加热时碳化物的溶解（750×）

a）1400℉（760℃）×1h，水冷淬火 b）1650℉（899℃）×0.5h，水冷淬火

图2-8所示为合金工具钢A2[化学成分（质量分数，%）：C1.0、Cr5、Mo1.0]加热时碳化物数量减少的情况。这是一种易切削钢，图中黑色长条状物是硫化物。图2-8a所示为加热到1525℉（830℃），保温1h后水冷淬火的显微组织。图2-8b所示为加热到1775℉（968℃），保温0.5h后，水冷淬火的显微组织。比较两图，可见加热温度升高后碳化物数量明显减少。(www.xing528.com)

图2-8 合金工具钢A2加热时碳化物溶解情况（750×）

a）1525℉（830℃）×1h b）1775℉（968℃）×0.5h水淬

图2-9所示为高碳高铬工具钢D2[化学成分（质量分数，%）：C1.5、Cr12、Mo1.0、V1.0]加热时碳化物数量减少的情况。图2-9a所示为加热到1575℉（857℃），保温1h后水冷淬火的显微组织。图2-9b所示为1875℉（1024℃），保温0.5h后水冷淬火的显微组织。比较两图，可见加热温度升高后碳化物数量明显减少。

图2-9 高碳高铬工具钢D2加热时碳化物溶解情况（750×）

a）1575℉（857℃）×1h b）1875℉（1024℃）×0.5h水淬

高速钢中碳化物的类型不同，因此在淬火加热状态下溶解的情况也不同。在W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2高速钢中，M₂₃C₆（以Cr为主的碳化物）碳化物从900℃开始溶解，1100℃基本溶解完了；M₆C碳化物1150以上的温度逐渐溶解；MC碳化物在1200℃以上才少量溶解，通常淬火后仍然有大量MC碳化物未被溶解。

图2-10所示为高速钢W6Mo5Cr4V2加热温度较高时碳化物溶解和形成角状碳化物的情况。图2-10a所示为W6Mo5Cr4V2在2225℉（1218℃）加热后正常的残留碳化物。如图2-10b所示，在2275℉（1246℃），5min加热后碳化物数量明显减少，并且形成了角状碳化物。如图2-10c所示，当加热温度升高到2300℉（1260℃），保温5min后产生了碳化物拖尾现象。