过年了，转点资料供周老师参考

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碳素工具钢
  碳素工具钢廉价易得，易于锻造成型，切削加工性能也比较好。碳素工具钢的主要缺点是渗透性差，常规淬火的淬硬层只有1.5——5mm；淬火介质一般采用自来水、盐水或碱水，变形开裂倾向大；耐磨性和热强性都较低。因此，碳素工具钢只能用来制造一些小型手工刀具或木工刀具，以及精度要求不高的形状简单的小型冷作模具。
  适于制作工模具用的碳素工具钢牌号、热处理规范及硬度见下表。T7钢是亚共析钢，淬火后没有剩余碳化物，耐磨性差，硬度也相对较低，常用于制作木工工具和钳工工具。模具制造则很少采用T7钢。T8钢是共析钢，过热敏感性大，容易出现过热的粗大马氏体组织，导致工件开裂，淬火后也很少有剩余碳化物，耐磨性也较差，但大截面工件的中心不会出现网状二次碳化物。工模具行业用得较多的是T10、T12两个钢号，它们淬火后有颗粒状剩余碳化物，硬度高，耐磨性好，组织也较细，有一定的韧性。T13钢一般用得较少。
钢号           Ac1/℃          Accm Ac3/℃        常规淬火加热温度/℃        Ms/℃        淬火硬度HRC
T7、T7A            730               770                           780—800        280        62——64
T8，T8A       730                ----                           760—770        240        63——65
T9，T9A            730                ----                           760—770        ----        63——65
T10，T10A    730               800                           770—790        200        63——65
T12，T12A    730               820                           770—790        200        63——65


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热处理工艺、组织和性能
一、概述
  高碳钢要获得优异的强韧性，其组织应具备下列特点：
1）        球化组织中的碳化物要均匀、细小、圆整，因此淬火后的剩余碳化物也应均匀、细小、圆整。
2）        马氏体针要均匀、细致，板条马氏体的份额要高。为此，应细化奥氏体晶粒，先行成适量下贝氏体，以细化后形成马氏体的伸展空间。碳化物颗粒应均匀、细小以及微区化学成分不均匀等，都可细化马氏体。有时同时能增加板条马氏体的份额。
  高碳钢中马氏体，一般都以高速、无扩散、切变共格方式形成，形成温度Ms在200℃以下，压结构为孪晶，故称孪晶马氏体，或高碳马氏体。孪晶马氏体呈透镜状，在金相磨面上其形态呈竹叶状或交叉分布的针状，边缘整齐，棱角锋利，故又称片状马氏体。第一片形成的马氏体往往贯穿整个晶粒，或在两个结构壁垒（孪晶界、剩余碳化物、微区化学成分不均匀、先行成下贝氏体等）之间伸展，一般不越过晶界或结构壁垒。后形成的马氏体，在先行成的马氏体片或结构壁垒之间伸展，因此马氏体片大小不一。马氏体针之间有残留奥氏体，马氏体针愈粗，残留奥氏体愈清晰，残留量也愈多。马氏体针愈细，残留奥氏体愈分辨不清，数量也愈少。淬火加热温度愈高，晶粒愈粗，残留碳化物愈少，化学成分愈均匀，马氏体针可长得很粗长，残留奥氏体也愈多。马氏体中碳的过饱和度随着淬火加热温度的升高而增大，比体积变化和晶格也加大，马氏体变得硬而脆，工件内应力相应增大，变形开裂倾向更严重。因此，高碳钢淬火加热温度应选择在Ac1——Accm之间。
  片状马氏体一高速形成，速度达（1——1.5）×100000cm/s。当马氏体片带着很大的冲击能被阻于晶界，或遇先行成的马氏体片，或遇其他障碍时，冲击与被冲击双方都形成微裂纹。这种微裂纹在内外应力作用下，很容易扩展为宏观裂纹。微裂纹优先在先形成的受冲击机会最多的长片马氏体上形成。因此，淬火温度愈高，晶粒愈粗，碳化物溶解愈好，化学成分愈均匀，马氏体固溶碳量就愈高，微裂纹产生的敏感性也就愈高。所以，过热工件和原始组织为片状珠光体的工件，都容易淬裂。
  低碳马氏体又称为板条马氏体，显微组织为平行的板条，亚结构为位错，故又称位错型马氏体。板条马氏体中含碳量低，形成温度Ms在300℃以上，晶格畸变和比体积变化都较小，因此淬火内应力和变形开裂倾向都较小。板条马氏体形成速度约为100mm/s，平行伸展形成马氏体束，加之本身也不脆，因此转变时几乎不形成微裂纹，强韧度较高。板条马氏体转变比较完全，残留奥氏体很少。
高碳钢淬火加热温度选择在Ａｃ１——Ａｃｃｍ之间，保留一定数量的未溶碳化物，降低了奥氏体中的溶碳量，提高了化学成分的不均匀程度。可获得片状马氏体和板条马氏体的淬火组织。淬火温度愈低，奥氏体固溶碳量也愈低，板条马氏体数量愈多，这样的组织，既有较多均匀分布的剩余碳化物，也有均匀细致的马氏体，以及两种马氏体的恰当组合，因此具有较高的耐磨性和高的强韧性，变形开裂的几率很小。
回火可以消除工件内应力，减少微裂纹发展成宏观裂纹的几率，因此回火要在淬火以后立即进行。此外，马氏体回火分解析出碳化物，也可减低马氏体的内应力和脆性，同时析出的碳化物还可以将微裂纹搭接起来，从而减少了微裂纹的数量。在160——200℃之间回火，马氏体中含碳量降低的速度最快，到200℃时，马氏体中碳的质量分数可降低到0.3％左右，正方度（c/a比值）由1.54——1.64下降到1.012——1.013；同时析出的碳化物，可有效地将微裂纹搭接一半以上。200——500℃之间回火时，马氏体中碳含量缓缓下降到α相的饱和值，微裂纹数量几乎没有变化，但硬度却大幅度下降。到500℃以上回火时，微裂纹数量将再次大幅度下降。因此，高碳钢选择在160——200℃之间回火，可以获得硬度、强度和韧性的最佳配合。
高碳钢淬火时，如能先行成一定数量的强韧性较好的下贝氏体，可以有效地减少后形成马氏体的伸展空间，可细化马氏体，减少微裂纹的数量，所以等温淬火可以改善工件韧性，减少变形和开裂倾向。但是下贝氏体对板条马氏体的性能改善作用不大。

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二、常规热处理工艺、组织和性能
  高碳钢淬火加热温度一般在770——790℃之间，淬火介质采用自来水、盐水或碱水都可以。高碳钢工具回火后硬度在61——64HRC，高碳钢模具回火后硬度在54——60HRC。低温淬火工艺是把正常淬火加热温度压低20——30℃，可获得体积分数在50%以上的板条马氏体的淬火组织，孪晶马氏体也较小，可以提高模具韧性，但淬硬层太薄。低温淬火工艺与碳化物超细化预处理相结合，可以提高工模具强韧性。较大的高碳钢工件，淬火加热温度可提高20——40℃，以增加淬硬层深度，然后分级淬火以减少变形。
  正常淬火组织为均匀分布的粒状碳化物+隐针或细针马氏体+残留奥氏体。T7、T8钢淬火组织中剩余碳化物很少，或者完全没有，因此其耐磨性也较差。ZBJ36003-87《工具钢热处理金相检验标准》中第十二、十三级别图，把高碳钢淬火马氏体依其针长分为6个级别（在放大500倍下评定）：
  1级<1.5mm           2级>1.5——2.5mm
  3级>2.5——4mm      4级>4——6mm
  5级>6——8mm       6级>8——12mm
  以T10钢为例，分析淬火后的组织和性能。T10钢Ac1温度为730℃，Accm温度在840——860℃之间。正常情况下，淬火组织中出现明显残留奥氏体和马氏体针时，其淬火温度大概在1/2（Ac1+Accm)，即780——790℃之间。在这个温度以下淬火，马氏体针很细，残留奥氏体也很少，因此这个温度是淬火温度的上限。较大工件或分级淬火工件，可以把淬火加热温度提高到上限以上。
                  
                       T10钢淬火温度、组织和性能的关系（150℃回火后测试）
淬火温度     MS    残留奥氏体    未溶碳化物    马氏体针长    淬火    抗弯强度   挠度   冲击韧度
  /℃          /℃         /%                /%             /um         HRC     σbb/MPa   f/mm   αk/(J/cm2)
                                                              一般    最长      
   770       260          无               3--4       隐针                65        2058       2.0       9.8
   800       240         1--3            1.5--2      7--11    12       64        1717       1.6       8.8
   830       200        5--10          0.5--1.2   18--24  28--35    64        1266      1.2       5.9
   860       180       10--15              无      18--24  28--35    63           --           --         --
   890       180       15--20              无      28--35  35--52   62.5         --           --         --
   920       180          ---                 无      28--35  35--52    ---           --           --         --   

奥氏体晶粒明显长大发生在840——870℃之间。正常淬火加热温度为760——780℃。特殊情况下，可提高到800——820℃，但须分级冷却，以减少内应力，防止变形和开裂。

欧冶

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