【转帖】高速钢工具表面亮白层分析

2　试样的制备
试样材质均为河冶科技股份有限公司生产的M2钢。淬火试样自盐浴炉淬火硬度低的试样中切取，制成金相试样，抛光后用10%硝酸酒精浸蚀进行金相组织、电子探针研究。磨削试样采用生产过程中磨削缺陷样品；真空淬火试样取自生产过程中表面硬度偏低的样品。将上述样品分别制备成金相试样，抛光后用4%硝酸酒精溶液浸蚀后，进行硬度、电子探针、扫描电镜分析。

3　试验结果与分析
3.1　淬火引起的亮白层淬火引起的表面亮白层特点是晶粒异常粗大，为脱碳；而内部晶粒细小，是正常的淬火组织，两者之间存在一层很薄的过渡层(图1)。经正常回火后，最外层仍为白亮层。在脱碳层内仅有少量大颗粒碳化物，细小碳化物几乎没有，过渡区的碳化物颗粒也减少。用电子探针研究了基体碳含量，表1给出了脱碳层(大晶粒区)、过渡层和心部(正常淬火组织区)三个区域基体碳含量的测定值(进行点测定时避开碳化物，以10秒碳计数作为测定值，每区至少测3个点，求平均值)。从表1数据可以看出，大晶粒脱碳层基体碳计数仅稍低于正常区域基体的碳计数，过渡区和正常区基体的碳计数相差很少。由此可见，淬火脱碳层基体的碳含量并未减少很多，而碳化物则大量减少，脱碳层的显微硬度很低。

图1　淬火脱碳层(放大倍数100倍)

3.2　磨削引起的亮白层
磨削引起的亮白层，有时有较清晰的晶粒，有时没有，分析认为这与磨削时的进刀量有关。用电子探针研究其碳含量，测定时避开碳化物，仍以10秒碳计数作为测定值，每区至少测3个点，取其平均值。试验结果是表面亮白层基体的碳计数为1059，与正常区域的1062基本相同，这说明在磨制过程中并未发生脱碳，因此排除了脱碳的可能。再对亮白层与正常区域进行硬度测定，其硬度为66.0HRC，正常区域硬度为64.5HRC，较正常区域增加1.5HRC。硬度的升高是由于磨制过程中，磨削热和磨削机械力的作用，使被磨削工件的表层组织发生了变化。由于大量磨削热的产生，使表层瞬间温度可达1000℃，发生了再淬火。此再淬火区域经浸蚀后为亮白区(难浸蚀)，当表层温度达更高时，会出现明显的晶粒(图2)。

图2　磨削形成的表面亮白层(放大倍数500倍)

3.3　真空淬火引起的亮白层
(1)用金相显微镜对试样进行金相组织观察，发现最外层为白亮组织且某些部位晶粒清晰可见，中间层为针状马氏体区，其余层为正常组织即回火马氏体基体上分布着碳化物颗粒。
(2)显微硬度测定。用显微硬度计对试样的亮白区域、针状马氏体区域、正常组织区域进行显微硬度(负荷200g)测定，结果为：白亮区域硬度为528HV，针状马氏体区域硬度为557HV，正常组织区域硬度为672HV。
(3)扫描电镜分析。用日立S-4300型扫描电镜分别对试样的边部以及正常组织区域进行扫描电镜分析，其化学成分及各元素含量见表2。

(4)洛氏硬度测定。

用HRq-150型硬度计对试样进行了常规洛氏硬度测定，其硬度为62.5HRC；深磨后，其硬度为65.0HRC。可见表层硬度明显低于内部硬度。由上述络氏、维氏硬度试验结果可以看出，试样边缘的硬度明显低于正常组织区域，说明边部区域在热处理过程中可能发生了脱碳或增碳。由于冷轧钢带锯条厚度小，各生产厂家多采用真空油淬以减小工件的变形，减少氧化，获得光亮的表面。但是真空油淬的工件表面又易出现亮白层，此亮白层会使工件的寿命大大降低。由表2可以看出，表层碳含量明显高于心部，说明在热处理过程中发生了增碳，因为高速钢含有大量碳化物形成元素，且在奥氏体状态对碳的吸收能力很强，淬火油又是由碳、氢、氧组成的有机化合物，而此化合物易于分解。当高速钢在真空高温加热时，由于钢材在真空加热时被净化成清洁和活性很强的表面，因而即使油蒸气膜的存在只是瞬间，也很容易渗入碳原子。

另一方面，油中的碳和氧生成一氧化碳后而引起以下反应：
2CO=[C]+CO2这个活性碳原子渗入了高速钢表面，使表面碳含量增高；部分形成高碳马氏体，部分以碳化物的形式析出。高速钢淬火后必须经过回火，一是对淬火马氏体起到回火作用，即由淬火马氏体转变为回火马氏体，提高强韧性；二是淬火时未转变的残余奥氏体转变为马氏体，再经回火转变为回火马氏体，碳含量越高，未转变的残余奥氏体越多。然而由于表层碳含量的增高，使此高碳层的马氏体点下降，淬火后存在大量的未转变高碳残余奥氏体。此残余奥氏体在正常的回火温度和回火时间内很难转变，在回火后的受浸蚀性与本体不同，呈现通常认为“回火不足”的缺陷组织，形成亮白层，在回火后表现为白亮组织；而碳化物析出较多的部位则表现为回火不充分组织。

4　结论

(1)淬火形成的脱碳亮白层，晶粒粗大；磨削形成的白亮层，晶粒与正常区域差别不大；真空淬火形成的亮白层，晶粒与正常区域无明显区别，但亮白层与正常区域之间存在针状马氏体区，而淬火脱碳层、磨削亮白层则无此特征。
(2)淬火脱碳层硬度较正常区域低很多，磨削亮白层硬度较正常区域高，真空淬火亮白层硬度较正常区域低。
(3)淬火亮白层碳化物大量减少，基体碳含量并未减少太多；磨削亮白层碳化物未减少，基体碳含量基本不变；真空淬火亮白层碳含量明显增高。
 本文摘自：郎英翠“高速钢工具表面亮白层分析”

10秒碳计数的测定值应该提供误差分析，不知道重复性怎么样？

请问是篇小论文么。能否整理的更全面一些