碳素工具钢成本低、冷热加工工艺性能好，在手动工具和机动低速切削工具上有较广泛的应用。但碳素工具钢的淬透性低、组织稳定性差且无热硬性、综合力学性能欠佳，故一般只用于尺寸不大、形状简单、要求不高的低速切削工具。此类钢的碳含量范围为0.65%~1.35%（质量分数）。在中国国家标准GB/T 1298—2008中共有8个牌号碳素工具钢。其中碳含量较低的T7钢具有良好的韧性，但耐磨性不高，适于制作切削软材料的刃具和承受冲击负荷的工具，如木工工具、镰刀、錾子、锤子等。T8钢具有较好的韧性和较高的硬度，适于制作冲头、剪刀，也可制作木工工具，经球化退火得到球状碳化物均匀分布在铁素体基体上，即球状珠光体，如图3-1~图3-3所示。T8钢淬火易过热，其淬火过热组织如图3-4~图3-6所示，即粗大针、片状马氏体和大量残留奥氏体组织。T10钢退火后为片状珠光体及沿晶界分布的细网状渗碳体组织，如图3-7~图3-11所示，图3-11所示中还可看见由于高温长时间退火而部分析出的石墨。图3-12所示为T10钢表面感应淬火后，表面具有粗大针状马氏体及较多残留奥氏体的组织。图3-13~图3-17所示为T10钢经淬油后得到马氏体、残留奥氏体、淬火托氏体及少量羽毛状贝氏体。图3-18~图3-23所示为T10钢淬水后得到针状马氏体、残留奥氏体和沿晶界析出的淬火托氏体。图3-24~图3-25所示为T10钢退火的缺陷组织，由于加热温度过高，引起晶粒长大，形成珠光体和网状及大块状碳化物。图3-26~图3-29所示为T10钢正火后缺陷组织，由于加热温度过高，得到珠光体和粗大网状渗碳体及针状魏氏组织。图3-30~图3-34所示为T10钢由于淬火冷却速度过慢导致欠淬透组织，基体为针状马氏体，其上分布细小颗粒碳化物和针状贝氏体及网状碳化物。图3-35~图3-40所示为T10钢淬火过热组织，粗大针状马氏体和大量残留奥氏体。图3-41和图3-42所示为T10钢退火所得的过共析魏氏组织渗碳体、片状珠光体和球状夹杂物组织。T10钢耐磨性较好，应用范围较广，适于制作切削条件较差、耐磨性要求较高的金属切削工具，以及冷冲模具和测量工具，如车刀、刨刀、铣刀、搓丝板、拉丝模、刻纹錾子、卡尺和塞规等。图3-43和图3-44所示为T12退火后得到的片状珠光体和沿晶界分布的网状渗碳体，图3-45和图3-46所示为T12钢经球化退火后得到的球状珠光体和沿晶界分布的网状渗碳体，图3-47所示是T12钢用苦味酸热蚀得到的珠光体和二次渗碳体。图3-48和图3-49所示为T12钢淬火过烧组织。T12钢硬度高、耐磨性好，但是韧性低，可以用于制作不受冲击的，要求硬度高、耐磨性好的切削工具和测量工具，如刮刀、钻头、铰刀、扩孔钻、丝锥、板牙和千分尺等。T13钢是碳素工具钢中碳含量最高的钢种，其硬度极高，但韧性低，不能承受冲击载荷，只适于制作切削高硬度材料的刃具和加工坚硬岩石的工具，如锉刀、刻刀、拉丝模具、雕刻工具等。
工具钢热加工过程一般都要经过锻造、锻后球化退火、淬火回火处理。碳素工具钢锻后组织是片状珠光体+网状渗碳体。为消除网状渗碳体，便于机械加工，并为后续淬火处理做组织准备，需进行球化退火，球化退火后的组织为粒状珠光体，允许有少量片状珠光体。最终热处理淬火+低温回火后的组织为回火马氏体+残留奥氏体+颗粒状渗碳体。
图3-1a 500×
图3-1b 500×
图号：3-1 材料：T8
处理工艺：球化退火 浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液
组织说明：基体组织为较细的球粒状珠光体。球粒状碳化物匀分布在铁素体基体上，即称之为球状珠光体。
图3-2a 500×
图3-2b 500×
图号：3-2 材料：T8
处理工艺：球化退火 浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液
组织说明：基体组织为中等球粒状珠光体，属正常的球化退火组织。
图3-3a 500×
图3-3b 500×
图号：3-3 材料：T8
处理工艺：退火 浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液
组织说明：细片状及中等片状珠光体。
图3-4a 500×
图3-4b 1000×
图号：3-4 材料：T8
处理工艺：1000℃淬火 浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液
组织说明：粗大针、片状马氏体+大量残留奥氏体及少量钛化物夹杂（咖啡色块状）。由于淬火温度过高，马氏体特别粗大，属淬火过热组织。
图3-5a 500×
图3-5b 1000×
图号：3-5 材料：T8
处理工艺：淬火+400℃回火 浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液
组织说明：粗大针、片状马氏体+大量残留奥氏体。由于淬火温度过高，马氏体特别粗大，属淬火过热组织。
图3-6a 500×
图3-6b 1000×
图号：3-6 材料：T8
处理工艺：淬火+400℃回火 浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液
组织说明：粗大针、片状马氏体+大量残留奥氏体。由于淬火温度过高，马氏体特别粗大，并形成较多马氏体微裂纹，属严重淬火过热组织。
图3-7a 500×
图3-7b 500×
图号：3-7 材料：T10
处理工艺：球化退火 浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液
组织说明：基体组织为较细球粒状珠光体，属正常的球化退火组织。
图3-8a 500×
图3-8b 800×
图号：3-8 材料：T10
处理工艺：球化退火 浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液
组织说明：基体组织为球粒状珠光体及少量粗片状珠光体，属轻度过热球化退火组织。
图3-9a 500×
图3-9b 500×
图号：3-9 材料：T10
处理工艺：完全退火 浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液
组织说明：粗片状珠光体+晶界细网状二次渗碳体。
图3-10a 500×
图3-10b 500×
图号：3-10 材料：T10
处理工艺：完全退火 浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液
组织说明：中等片状珠光体+晶界细网状二次渗碳体。
图3-11a 500×
图3-11b 500×
图号：3-11 材料：T10
处理工艺：扩散退火 浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液
组织说明：中等片状珠光体+晶界细网状渗碳体+石墨（深色）。由于高温长时间退火及缓慢冷却，使钢中的碳部分析出形成石墨。
图3-12a 25×
图3-12b 800×
图号：图3-12 材料：T10
处理工艺：表面感应淬火 浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液
组织说明：图3-12a为低倍下所显示的感应淬火层深度及组织。图3-12b为感应淬火层高倍组织。粗大针片状马氏体+较多残余奥氏体。由于淬火温度高，碳化物已全部溶解，因而组织粗大。且由于淬火组织应力大，马氏体片间形成微裂纹。
图3-13a 500×
图3-13b 500×
图号：3-13 材料：T10
处理工艺：淬油 浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液
组织说明：马氏体+残留奥氏体+淬火托氏体（黑色）及少量羽毛状贝氏体（蓝色）。由于淬火冷却速度过慢，沿晶界产生大量淬火托氏体及少量羽毛状贝氏体。
图3-14a 500×
图3-14b 800×
图号：3-14 材料：T10
处理工艺：淬油 浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液
组织说明：针状马氏体+残留奥氏体+托氏体（黑色）及少量羽毛状贝氏体（绿色）。由于淬火冷却速度不足，因此沿晶界析出较多托氏体及少量上贝氏体组织。
图3-15a 500×
图3-15b 800×
图号：3-15 材料：T10
处理工艺：淬油 浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液
组织说明：针状马氏体+残留奥氏体+托氏体（黑色）。由于淬火冷却速度慢，因此沿晶界析出较多淬火托氏体。
图3-16a 500×
图3-16b 1000×
图号：3-16 材料：T10
处理工艺：淬油 浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液
组织说明：针状马氏体+残留奥氏体。
图3-17a 500×
图3-17b 1000×
图号：3-17 材料：T10
处理工艺：淬油 浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液
组织说明：针状马氏体+残留奥氏体+晶界球状托氏体（黑色）及少量羽毛状贝氏体。由于淬火冷却速度不足，因此沿晶界析出托氏体及上贝氏体组织。
图3-18a 500×
图3-18b 500×
图号：3-18 材料：T10
处理工艺：淬水 浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液
组织说明：针状马氏体+残留奥氏体+托氏体（黑色）。由于淬火冷却速度慢，因此沿晶界析出较多淬火托氏体。
图3-19a 500×
图3-19b 800×
图号：3-19 材料：T10
处理工艺：淬水 浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液
组织说明：粗大针状马氏体+残留奥氏体+淬火托氏体（黑色）。由于淬火温度较高，马氏体针叶较长。又因为冷却速度不足，沿晶界析出少量淬火托氏体。
图3-20a 500×
图3-20b 800×
图号：3-20 材料：T10
处理工艺：淬水 浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液
组织说明：粗大针状马氏体+残留奥氏体+淬火托氏体（黑色）。由于淬火温度较高，马氏体粗大。又因为冷却速度不足，沿晶界析出较多淬火托氏体。
图3-21a 500×
图3-21b 1000×
图号：3-21 材料：T10
处理工艺：淬水 浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液
组织说明：粗大针状马氏体+残留奥氏体+淬火托氏体（黑色）及羽毛状贝氏体。由于淬火温度较高，马氏体粗大。又因为冷却速度不足，沿晶界析出少量淬火托氏体及羽毛状贝氏体。
图3-22a 500×
图3-22b 800×
图号：3-22 材料：T10
处理工艺：淬水 浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液
组织说明：粗大针状马氏体+残留奥氏体+极少量淬火托氏体（黑色）。由于淬火温度高，马氏体特别粗大，属热淬火组织。
图3-23a 500×
图3-23b 800×
图号：3-23 材料：T10
处理工艺：淬水 浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液
组织说明：粗大针状马氏体+残留奥氏体+少量淬火托氏体（黑色）。由于淬火温度高，组织应力大，沿晶界产生淬火裂纹。
图3-24a 500×
图3-24b 500×
图号：3-24 材料：T10
处理工艺：退火 浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液
组织说明：珠光体+网状及大块状碳化物（黄色）。因加热温度过高，引起晶粒长大，并在缓慢冷却过程中，碳化物沿晶界析出，形成网状碳化物。
图3-25a 800×
(www.xing528.com)
图3-25b 800×
图号：3-25 材料：T10
处理工艺：退火 浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液
组织说明：珠光体+网状及大块状碳化物（黄色）。因加热温度过高，引起晶粒长大，并在缓慢冷却过程中，碳化物沿晶界析出，形成网状碳化物。
图3-26a 500×
图3-26b 800×
图号：3-26 材料：T10
处理工艺：正火 浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液
组织说明：粗大针条状渗碳体（黄色条状）+片状珠光体。由于控温表失灵，导致加热温度过高，在一定冷却条件下，由于碳化物沿奥氏体的一定晶面析出，形成过共析魏氏组织渗碳体。
图3-27a 500×
图3-27b 500×
图号：3-27 材料：T10
处理工艺：正火 浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液
组织说明：粗大网状及针状渗碳体（黄色）+片状珠光体。由于加热温度过高，形成粗大网状渗碳体及针状魏氏组织渗碳体。
图3-28a 500×
图3-28b 500×
图号：3-28 材料：T10
处理工艺：正火 浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液
组织说明：粗大针条状渗碳体（黄色条状），其余为片状珠光体。由于加热温度过高，在一定冷却条件下，形成过共析魏氏组织渗碳体。
图3-29a 500×
图3-29b 500×
图号：3-29 材料：T10
处理工艺：正火 浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液
组织说明：粗大网状及针状渗碳体（橘黄色），其余为片状珠光体。由于加热温度过高，碳化物沿晶界形成粗大网状及针状魏氏组织。
图3-30a 500×
图3-30b 500×
图号：3-30 材料：T10
处理工艺：淬火 浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液
组织说明：基体为针状马氏体+细小颗粒碳化物（绿色）+针状贝氏体（蓝色）+网状碳化物（浅黄色网状）。由于淬火冷却速度过慢，沿晶界析出网状碳化物，并形成部分针状贝氏体组织。
图3-31a 800×
图3-31b 800×
图号：3-31 材料：T10
处理工艺：淬火 浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液
组织说明：基体为针状马氏体+细小颗粒碳化物（绿色）+针状贝氏体（蓝色）。由于淬火冷却速度不足，形成部分贝氏体组织。
图3-32a 800×
图3-32b 800×
图号：3-32 材料：T10
处理工艺：淬火 浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液
组织说明：基体为针状马氏体+细小颗粒碳化物（黑色）+针状贝氏体（绿色）+网状碳化物（浅黄色）。由于淬火冷却速度过慢，沿晶界析出网状碳化物，并形成部分针状贝氏体组织。
图3-33a 500×
图3-33b 500×
图号：3-33 材料：T10
处理工艺：950℃淬火 浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液
组织说明：针状马氏体+残留奥氏体+托氏体（沿晶界分布蓝色和褐色块等细片状组织）。由于淬火冷却速度严重不足，沿晶界形成大量淬火托氏体。
图3-34a 500×
图3-34b 800×
图号：3-34 材料：T10
处理工艺：950℃淬火 浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液
组织说明：针状马氏体+上贝氏体（绿色和橘红色羽毛状）+残留奥氏体+托氏体（蓝、字、绿色的球团状）。由于淬火冷却速度严重不足，沿晶界形成大量淬火托氏体及贝氏体。
图3-35a 500×
图3-35b 800×
图号：3-35 材料：T10
处理工艺：淬火 浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液
组织说明：粗大针状马氏体及针状马氏体，其余为残留奥氏体。由于淬火温度较高，部分马氏体针叶较长。
图3-36a 500×
图3-36b 500×
图号：3-36 材料：T10
处理工艺：淬火 浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液
组织说明：针状马氏体+残留奥氏体+晶界断续网状碳化物（明黄色）。由于淬火温度高，在晶界处又有网状碳化物，在淬火冷却时，此处组织应力大，因而在该处形成淬火裂纹。
图3-37a 800×
图3-37b 800×
图号：3-37 材料：T10
处理工艺：淬火 浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液
组织说明：粗大片状马氏体+大量残留奥氏体。由于仪表失控，淬火加热温度过高，碳化物已全部溶解，马氏体组织特别粗大。属严重淬火过热组织。
图3-38a 800×
图3-38b 800×
图号：3-38 材料：T10
处理工艺：淬火 浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液
组织说明：粗大针状马氏体+大量残留奥氏体。由于仪表失控，淬火加热温度过高，碳化物已全部溶解，因而组织特别粗大。属严重淬火过热组织。
图3-39a 800×
图3-39b 800×
图号：3-39 材料：T10
处理工艺：淬火 浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液
组织说明：粗大针状马氏体+大量残留奥氏体。由于淬火温度过高，马氏体针叶极为粗大，属严重淬火过热组织。
图3-40a 800×
图3-40b 800×
图号：3-40 材料：T10
处理工艺：淬火 浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液
组织说明：粗大针状马氏体+大量残留奥氏体。由于淬火温度过高，马氏体针叶极为粗大，属严重淬火过热组织。
图3-41a 800×
图3-41b 800×
图号：3-41 材料：T10
处理工艺：退火 浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液
组织说明：过共析魏氏组织渗碳体（白色针状）+块状、球状夹杂物（深绿色），其余为片状珠光体。
图3-42a 800×
图3-42b 800×
图号：3-42 材料：T10
处理工艺：退火 浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液
组织说明：过共析魏氏组织渗碳体（白色）+片状珠光体+球状夹杂物（深绿色）。
图3-43a 500×
图3-43b 500×
图号：3-43 材料：T12
处理工艺：完全退火 浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液
组织说明：片状珠光体+晶界细网状渗碳体（橘黄色）。
图3-44a 500×
图3-44b 500×
图号：3-44 材料：T12
处理工艺：完全退火 浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液+热染色
组织说明：片状珠光体（蓝、红色片层）+晶界细网状渗碳体（红色网状组织）。
图3-45a 500×
图3-45b 1000×
图号：3-45 材料：T12
处理工艺：球化退火 浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液
组织说明：球粒状珠光体+晶界网状渗碳体（橘黄色颗粒呈网状分布）。这种组织球化温度正常，因原组织中有明显网状渗碳体析出，应先正火消除网状渗碳体后，再进行球化退火处理。
图3-46a 500×
图3-46b 800×
图号：3-46 材料：T12
处理工艺：球化退火 浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液
组织说明：球粒状珠光体+晶界网状渗碳体（橘黄色颗粒呈网状分布）。这种组织球化温度正常，因原组织中有明显网状渗碳体析出，应先正火消除网状渗碳体后，再进行球化退火处理。
图3-47a 100×
图3-47b 100×
图号：3-47 材料：T12
处理工艺：完全退火 浸蚀方法：苦味酸热蚀
组织说明：珠光体（黄、棕色）+二次渗碳体（黑色网状）
图3-48a 500×
图3-48b 500×
图号：3-48 材料：T12
处理工艺：淬火过烧 浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液
组织说明：粗大针状马氏体（棕色）+大量残留奥氏体（明黄色）。由于仪表失控，加热温度过高，晶粒极为粗大呈六角形，晶界氧化开裂。属严重淬火过烧组织。
图3-49b 500×
图3-49b 1000×
图号：3-49 材料：T12
处理工艺：淬火过烧 浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液
组织说明：为图3-48过烧组织中的粗大针状马氏体及微裂纹。
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