合金工具钢成分分析标准物

工具钢常用于切割零件以及成品精加工，可大致分为：碳素工具钢（SK）、合金工具钢（SKS,SKD,SKT）以及高速工具钢（SKH）。其中由于高速工具钢所具备的突出的硬度、耐热性和耐磨损等性能，使其更适用于各型高速切割及高速钻孔工具。随着科学技术的迅速发展以及高难度应用场景的更迭出现，通用性能的高速工具钢已无法满足工业和科研需求，对于其机械性能的提升和精准控制提出了更严苛的要求，下文将举例介绍电子探针（EPMA）在高速工具钢中的应用。图1. 岛津场发射电子探针EPMA-8050G岛津EPMA-8050G型电子探针（图1）搭载高质量场发射电子光学系统，结合岛津特有的52.5°高X射线取出角和全聚焦晶体，可以实现：01优越的空间分辨率EPMA-8050G可达到的更高级别的二次电子图像分辨率3nm（加速电压30kV）。（加速电压10kV时20nm@10nA/50nm@100nA/150nm@1μA）02大束流更高灵敏度分析可实现其他仪器所不能达到的大束流（加速电压30kV时可达3μA）。在超微量元素的检测灵敏度上实现了质的飞跃，将元素面分析时超微量元素成分分布的可视化成为现实。岛津研发部门使用EPMA-8050G仪器对高速工具钢开展了表面元素面扫描（mapping）及相分析（phase diagram）等研究。高速工具钢的制作过程简单来说是在高温条件下将大量的V、Cr、Mo、W等合金元素与钢材混熔，淬火然后回火至500℃，这一过程中金属元素碳化物不断沉淀达到回火硬化的效果。依据合金元素组成的差异，高速工具钢可分为W系高速钢、Mo系高速钢以及V系高速钢。图2. 分别展示了Mo系高速工具钢表面钢本体元素（Fe、C、Si）及添加元素（Mo、V、Cr、W）的面分布情况。图2. 高速工具钢表面各元素面扫描图合金元素碳化物分析：在钢中同时加入多种特殊合金元素时，数量最多的合金元素往往以碳化物形式优先析出，如果加入数量一致的多种元素，则与碳亲和性更强的添加元素更多以碳化物形式沉淀。研究表明，对于添加多种具有强的碳亲和性碳化物形成元素的合金钢，根据合金元素的绝对含量和相对比例，从第一相碳化物析出到形成最后的多种稳定碳化物相，其中的碳化物沉淀类型、顺序以及其韧性和硬度的变化均遵循一个复杂的规律轨迹。从低温升至500℃的过程中，主要以M3C碳化物组织形式沉淀，当温度逐渐超过500℃以后，碳化物以Fe3C型结构为主，直至达到固溶极限以后，除Fe3C以外的合金元素碳化物开始析出。以本文中的Cr、V、W、Mo合金元素为例，Cr优先以Cr7C3形式与Fe3C同时沉淀，其他元素则随后在回火硬化阶段分别以V4C3、W2C和Mo2C形式析出。碳化物相分析：从元素mapping图中可以看出各合金元素碳化物并不是以单一物相产出的，而是多物相混合存在的。因此图3. 相图中展示的是主要物相的分布情况，而依据图4. 三元混合相图所展示的主要物相划分依据，当区域内V元素含量超过24 wt.%时该区域被划分为红色的V碳化物主物相区，以此类推当Mo含量超过18 wt.%时被划分为蓝色的Mo碳化物主物相区，当Cr含量大于24 wt.%时被划分为绿色的Cr碳化物主物相区，而黄色区域则代表富Fe基体且合金元素呈低含量固溶混合的区域，其中没有一种合金元素含量超过其碳化物主物相区划分阈值。图3. 相图图4. 三元混合相图图5. 则选择三对两两不共存的元素分别作为X/Y/Z轴的+/-两端元，其中X+/-分别代表Mo和Cr端元，Y+/-分别代表Fe和C端元，Z+/-分别代表V和W端元，因此XYZ 3D图中的8个象限则可分别代表8种不同的三元混合相图，研究者可以从中提取出更多的多物相混合的信息。图5. 3D混合相图（XYZ）更多电子探针仪器信息和相关应用敬请关注岛津科技资讯通推文内容。本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

4月11日，由中国材料与试验标准化委员会综合标准化领域委员会（FC99）对《高速工具钢 多元素含量的测定 火花放电原子发射光谱法（常规法）》和《金属材料 氩含量的测定 惰气脉冲熔融质谱法》2项团体标准以线上+线下形式召开了标准审查会。会议由钢研纳克检测技术股份有限公司首席专家贾云海担任审查专家组长，来自钢铁研究总院有限公司、原武汉钢铁有限公司、中关村材料试验技术联盟、原宝钢股份有限公司、首钢京唐公司、国家钢铁产品质量检验检测中心7位审查专家出席了会议，标准起草单位广东省科学院工业分析检测中心、广东省科学院新材料研究所、广东省珠海市质量计量监督检测所、广州禾信仪器股份有限公司和钢研纳克检测技术股份有限公司代表以及中关村材料试验技术联盟秘书处等10余人参加了此次标准审查。会上，专家组听取了标准申报单位对申报标准的情况介绍，包括文本规范性，技术要素和指标的科学性、合理性及可操作性，与国内外先进标准的比对情况和征询意见汇总情况等方面进行了详细汇报。与会专家对标准的具体内容进行了质询，并提出了意见和建议。最后，两项标准一致通过了审查。《高速工具钢 多元素含量的测定 火花放电原子发射光谱法（常规法）》采用用直读光谱仪测定高速工具钢中C、Si、P、S、Mn、Cr、Ni、Mo、Al、Cu、W、V等元素含量。本标准的制定，检测机构、工厂企业、科研单位可采用此标准快速、准确地测定高速工具钢的化学成分，有利于提高工作效率，降低分析成本，具有广泛的市场应用价值。《金属材料 氩含量的测定 脉冲加热惰性气体熔融-质谱法》采用目前广泛应用的惰气脉冲熔融技术，结合质谱分析技术，研究开发了脉冲加热惰性气体熔融-质谱法测定金属材料中氩元素含量，本标准的制定有利于满足新型材料的研究、生产与应用的迫切需要。

背景介绍陕西航空硬质合金工具有限责任公司（简称陕硬公司）创建于1969年，地处陕西省汉中市勉县，是航空工业一家集硬质合金制品、硬质合金刀具科研、生产和贸易为一体的国有专业化工具企业。其产品广泛应用于航空航天、兵器工业、汽车、高铁、机床等重点行业，是航空工业刀具供应商。业务挑战高熔点材料-碳化钨是硬质合金的基本成分，决定着硬质合金的主要性质，因此在硬质合金分析中，碳的分析比其它元素的分析尤显重要。陕硬公司对原料中的游离碳和总碳含量的检测精度有着极高的要求，原来一直采用手工检测法，然而这种方法效率低，人力成本高，公司亟需智能化的机器以取代复杂的人工操作。硬质合金的主要原料碳化钨前处理时会用到酸将游离碳分离出来，那么长时间的做样会对机器有所腐蚀，从而影响总碳的检测。 解决方案 为了替客户解决生产中的实际问题，赛恩思仪器公司根据的客户的需求，推荐了我公司生产的HCS-8008型多效高频红外碳硫分析仪，这台设备包含两套检测系统，一套测试游离碳，一套测试总碳，互不影响。测试精度达到国际先进水平。 实验数据 元素样品质量标准值/%测试值/%RSD/%碳0.2042 6.1180 6.1114 0.1542 0.2078 6.1180 6.1238 0.2014 6.1180 6.1300 0.2040 6.1180 6.1061 0.2009 6.1180 6.1113 0.2119 6.1180 6.1280 0.2194 6.1180 6.1241 0.2069 11.2400 11.2798 0.22360.2044 11.2400 11.2460 0.2043 11.2400 11.2104 0.2030 11.2400 11.2424 0.2010 11.2400 11.2088 0.2053 11.240011.2476 0.2027 11.2400 11.2336 0.2075 11.2400 11.2436 0.2013 11.2400 11.2798 客户价值赛恩思仪器公司的红外碳硫分析仪在样品测试精度上达到了0.00001%，完全满足企业的质检需求。另外，大大提升了检测效率，现在一个员工就可以代替原来七八个人的工作量，降低了企业的生产成本。