超硬高速钢的平衡碳问题

D0I:10.13374/i.issn1001-053x.1981.01.00M 北京钢铁学院学报 1981年第1期 超：硬高·速钢的平衡碳问题· 金相教研室 陈景榕 摘 要 本文研究了一种新型无钴超硬高速钢在马氏体成份和二次硬化之间的关系。采 用“马氏体碳鲍和度”(AM=C/C,CY一马氏体含碳量，C一马氏体中合金元 素在回火时形成二次硬化碳化物所需碳量)作为描述马氏体中合金元素和碳(M C)配比关系的参数。得出，①AM和二次硬度有相当严格的依从关系。在通常的成 分范围内，与某个合金元素或其总体比较，它对硬度的影响更大些。②当马氏体成 分符合W2C、Mo2、V,C3及Cr,C原子比时，获得最高的二次硬度一HRC69左 右。 讨论了G、Steven平衡碳计算式。为解决某些合金化的定量问题，建议采用 “钢的碳鲍和度”(A=Cs/C)表征高速钢中M-C配比。C:为钢的实际碳量， 而Cp按Steven计算式。高速钢的成份可通过实验测定A值来决定。A值还可用于 冶炼成份的控制以及淬火温度的选择等。 高速钢中碳与碳化物形成元素数量上的相对配比早为人们所注意。30年代在研究增加钒 以提高钢的耐磨性时，就已发现了钢中钒和碳的增量之间的定比关系(1：0.2)。以后的研 究提出了多种碳量计算法，这些算式皆可归纳为下述基本形式： C=KMM (1) C一钢的含碳是(%) M—一某碳化物形成元素含量(%) KM一该元素的配碳系数 各研究者提出的计算式之差别，大体由于对钢的基本性能要求不同或对钢中合金相形成 及转变的认识之不同。在50年代末出现的超硬型高速度Rex49(M41)的基础上，G.Steven 【1)发表了碳量的“平衡”(Balance)计算法，国内通常称为“平衡碳”计算法，如下： C=0.033W+0.063Mo+0.06Cr+0.2V (2) 为区别其他算式，我们以后把(2)式所得记为C。60年代中期以后发展的一系列超硬型 钢，都注意到，或者客观上大体符合这一关系。 使用（2)式配碳，一般比“普通”高速钢增多0.2%左右。所以，从某种意义上讲， 超硬高速钢是“高碳”高速钢。已经可以看出，获得HRC66以上硬度的主要原因，并不是 本文1980年6月收到。 40

北 京 钢 铁 学 院 学 报 1 9 1 年8第 1 期 超 硬 高 速 钢 的 平 衡 碳 问 题 ` 金 相教研 室 陈 最榕 摘 要 本 文 研 究 了 一 种 新型 无 钻超 硬 高 速钢 在 马 氏体 成 份和二 次硬 化之 间的关 系 。 采 用 “ 马 氏体碳 鲍和度 ” A ( M二 C 管C 讼 / , C 管一马 氏体含碳量 , C 公一马 氏体中合 金元 素 在回 火 时形 成 二 次硬 化 碳化 物所 需 碳量) 作为描述 马 氏体中合金 元素 和碳 ( M 一 C ) 配 比关系的参 数 。 得 出 , ① A M和 二 次硬 度有相 当严 格 的伎 从关 系 。 在通 常的成 分 范 围内 , 与某个 合 金元素 或其 总体比较 , 它对硬 度 的影响 更大些 。 ② 当马 氏体成 分 符合 W Z C 、 M o : 、 V ` C 。 及 C r 7 C 3 原 子 比时 , 获得 最高 的二 次硬 度一 H R C 6 9 左 右 。 讨论 了G 、 S t e v e n 平衡 碳计算 式 。 为 解 决 某些合 金 化 的定量 问题 , 建 议 采用 “ 钢 的碳饱和 度 ” ( A = C ` / C P ) 表征 高速 钢 中M 一 C 配 比 。 C s 为钢的实 际碳量 , 而 C p 按 S t e v e n 计 算 式 。 高速 钢 的成 份可 通过 实 验测 定 A 值 来决 定 。 A 值 还 可 用于 冶 炼成份 的控 制 以 及淬火 温 度 的选 择 等 。 高速钢 中碳 与碳 化物 形成 元素数 量 上的相 对 配比早为人们所 注意 。 3 0年代在 研究增 加钒 以 提高钢 的耐磨 性时 , 就 已发 现 了钢 中钒 和碳 的增 量之 间的定 比 关系 ( 1 : 0 . 2) 。 以后 的研 究提 出 了多种 碳 量计 算法 , 这些 算式 皆可 归纳 为下 述基 本形式 : C = 艺 K M M ( l ) C — 钢的 含碳 量 ( % ) M — 某 碳 化物形 成元 素 含虽 ( % ) K M — 该 元素 的配碳 系数 各研究 者提 出 的计算式之差 别 , 大体 由于对 钢 的基本 性能要 求不 同 或对钢 中合金 相形成 及 转变 的认识之不 同 。 在 50 年代末 出现的超 硬型 高速度 R e x 4洲 M 4 1) 的基 础上 , G . S t e v e n I ` ] 发 表 了碳量 的 “ 平衡 ” ( B al a n c e ) 计算 法 , 国 内通 常称 为 “ 平衡碳” 计算 法 , 如 下 : C = 0 . 0 3 3 W + 0 . 0 6 3 M o + 0 , 0 6C r + 0 . 2 V ( 2 ) 为区别 其他算式 , 我们 以 后 把 ( 2 ) 式所 得 一 记为 C P 。 60 年 代 中期 以后 发展 的一 系列超 硬 型 钢 , 都注意 到 , 或者客观 上大体 符合这 一关系 。 使用 ( 2 ) 式 配碳 , 一 般 比 “ 普通 ” 高速 钢增 多 0 . 2 % 左 右 。 所 以 , 从某种 意义 上 讲 , 超 硬 高速 钢是 “ 高碳 ” 高速 钢 。 已经 可 以 看 出 , 获得 H R C 6 以 上硬度的主 要原 因 , 并不是 本文 1 9 8 0年6月收到 。 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1981. 01. 004

因为加钻（这种方法早已实行），而是提高碳。技术发展对钢性能的要求，使得人们不得不 运用过去已粗略地知道的增碳这一方法，虽然它能带来工艺性及韧性的恶化，同时，也促 使人们更深入地了解了合金元素与碳之间的定量关系。 W,Crafts2】早期提出，合金马氏体回火时，当其中碳与合金元素之间的配比达到该 元素析出的特殊碳化物化学式时，将获得最大二次硬化。Steven强调指出了(2)式来源 于此一原理。回火态碳化物为W,C,MozC,Cr23C。及V,C3,而退火M。C化学式可认（假 定)为Fe,WzC(Fe.Mo2C),其余两种为Cr2sC。及V,C3。因此，可以按回火碳化物要 求对钢配碳，而式中各系数正是上述碳化物中碳与合金元素的重量比。 “平衡碳”概念（计算法）在应用上虽已取得成绩，但对它的解释却遇到了困难。肖纪 美教授在其著作【3】中对此作过较详细的分析，对铬的配碳问题提出过改进意见，并很确切 地称此法为“定比”碳法则。 从历来发表的关于高速钢相分析结果[，)，可对“平衡碳”计算法提出以下讨论意 见： 1. 高速钢中M,C碳化物之化学式并不是文【)中假定的Fe,W2C(FcMo2C)。表 1所列之计算结果，说明它更接近FegW3C(FeaMo,C)。因此，对钨、钼二元素，按回 火碳化物(W,C等)计算钢之配碳时，与退火态形成之碳化物不符。 2.铬的配碳系数，如按Crafts原理，则应首先搞清楚560℃可能析出（或者应当析 出)何种类型的碳化物(Cr23C。一K=0.06,Cr,C3一K=0.099),这正是本文着 重探讨的问题之一，后面还将进一步讨论。其次，如考虑到钼一系超硬型钢退火态铬形成 C「，C3型碳化物，则更直接与(2)式相矛盾。 3.碳化物是可以互溶的。从近年对18-4-1钢中碳化物微区分析结果]，计算其实际 化学式如下： MaCt Fe2.8 W2.s Cro.28 Vo.35 C MC:V3.1 Cro.4 Wo.038 Feo.18 C3 M23Ce:Feis Cre.s W1.1 Vo.e Co 计算还表明，设钢中钨18，钒1.5，则仅由于钨、钒之间的上述互溶，就可使M。C及MC总 量由24%和1.8%（不互溶）变为26%和1.0%。如果还考虑铬和铁，情况就会更复杂。 铁的大量溶入M23C。使其成分发生重大变化，而且因此使本来铬应该完全形成Cr2C。 的“平衡碳”的钢（如M41,42等)在退火态仍有1.5%左右铬溶于α-Fe中。但应指出，这 点对定比计算尚不会带来大的偏差，因为在淬火态M23C。将全部溶解。 碳化物的成分不纯还有更复杂的情况。例如，不同冷却阶段析出的同一种碳化物，成分 可能不同。淬火加热时被溶解的那部分将与其平均成分不同。我们过去对钨18，铬4，碳 0.7~1.0的无钒高速钢的相分析工作I61得出，随着淬火温度在1100℃(M23C。溶完)以上 的升高，剩余碳化物M。C中钨量逐渐升高。这证明M。C的选择性溶解确实存在。显然，这 也是采用定比概念把回火和退火态联系起来的一个障碍。 本文将通过实验回答下述问题：1.Crafts原理对高速钢是否适用？高速钢获得最大 二次硬化的条件（碳与合金元素比例）是什么？2.怎样评价和运川1 Steven平衡碳计算 式？ 41

因为加钻 这种方法早 巳实行) ( , 而是 提高碳 。 技 术发展 对钢 性能 的要求 , 使 得人们不得不 运 用过 去 已粗 略地 知道 的增 碳这 一 方 法 , 虽然 它可 能带 来工 艺性及韧 性的 恶 化 , 同时 , 也促 使 人 们更 深 入地 了 解 了 合金元 素 与碳之间 的定 量关系 。 W . C ar f t s [ “ 〕 早 期 提 出 , 合金 马 氏体 回火 时 , 当 其 中碳与 合金 元素 之 间的 配比 达到 该 元 素析 出的特 殊碳 化物 化 学式 时 , 将获 得最 大二 次 硬化 。 S t e v e n 强 调指 出 了 ( 2 ) 式 来源 于此 一原理 。 回火态碳 化物为W : C , M O : C , C r : 3 C 。及 V ` C 3 , 而 退火 M 。 C 化学式 可 认( 假 定 ) 为 F e ` W : C ( F e 4 M o : C ) , 其余两种 为 C r 2 3 C 。 及 V ` C 3 。 因此 , 可 以 按 回火碳 化物要 求对 纲 配碳 , 而式 中各系数正 是 上述碳 化物 中碳与 合金元 素 的重 量 比 。 “ 平衡 碳 ” 概 念 ( 计算法 ) 在 应用上 虽 已取得 成 绩 , 但对 它 的解释 却遇 到 了困难 。 肖纪 美教授在 其 著作 〔 “ ] 中对 此 作过较 详细的 分析 , 对 铬的 配碳 问题 提 出过改 进意 见 , 并很 确切 地 称 此 法为 “ 定 比 ” 碳 法 则 。 从历 来 发 表的关于 高 速钢 相 分 析 结果 「` , ’ 〕 , 可对 “ 平衡碳 ” 计算法 提出 以下 讨论意 见 : 1 . 高 速钢 中 M 。 C 碳 化 物之 化学 式 并不 是 文 [ ’ 1 中假 定 的 F e ` W Z C ( F e ` M o : C ) 。 表 1 所 列 之计 算结 果 , 说 明它 更接近 F e 3 W 3 C ( F c 3 M 。 。 C ) 。 因此 , 对钨 、 钥二元 素 , 按 回 火碳 化物 ( W Z C等 ) 计 算钢 之 配碳 时 , 与退 火态 形成 之碳 化物 不符 。 2 . 铬 的 配碳 系数 , 如按 C ar ft s 原 理 , 则应 首先搞 清楚 56 0 ℃ 可 能析 出 ( 或者应 当析 出 ) 何 种 类型 的 碳 化 物 ( C r 2 3 C 。 — K = 0 . 0 6 , C r 7 C 3 — K = 0 . 0 9 9 ) , 这 正 是 本 文着 重探 讨 的问 题之 一 , 后 面 还 将 进一 步讨论 。 其 次 , 如 考 虑 到 铂一 系超 硬 型钢 退 火态 铬形 成 C r 7 C 3 型碳 化物 , 则 更直 接 与 ( 2 ) 式 相 矛盾 。 3 . 碳 化物是可 以 互溶 的 。 从近 年对 1 8一 4 一 1 钢 中碳 化 物微 区分析结 果 【” ] , 计 算其实际 化学式 如下 : M o C : M C : F e : . s w : . 。 C r 。 . : : V o . 3 。 C V 3 C r 。 . e o w 。 . 0 3 。 M 2 3 C 。 : F e ; ` C r 。 . 。 W : F e o 一 5 C 3 V 。 . 。 C 。 计算还 表明 , 设 钢 中钨 18 , 钒 1 . 5 , 则仅 由于 钨 、 钒 之间 的上述 互溶 , 就 可使 M 。 C 及 M C 总 量 由2 4 % 和 1 . 8 % ( 不 互 溶 ) 变 为26 % 和 1 . 0 % 。 如果 还考虑 铬和 铁 , 情 况就 会更 复杂 。 铁 的大量 溶入 M : : C 。 使 其成 分发生 重 大变 化 , 而且 因此 使本 来铬 应该 完 全形成 C r : : C 。 的 “ 平衡 碳 ” 的 钢 (如 M 4 1 , 42 等 ) 在 退火态 仍有 1 . 5 % 左 右 铬溶 于 a 一 F c 中 。 但 应指 出 , 这 点对 定 比计算 尚不会带 来大的 偏差 , 因 为在 淬火态 M : 3 C 。将 全部溶解 。 碳 化 物 的成分不 纯 还有更 复杂 的情 况 。 例 如 , 不同冷 却阶段析 出的 同一种 碳 化物 , 成分 可 能不 同 。 淬 火加热 时被 溶解的 那部分 将与 其 平均 成 分不 同 。 我们 过 去对 钨 18 , 铬 4 , 碳 0 . 7一 1 . 0的 无钒高 速 钢 的相分析 工 作 1 6 ] 得 出 , 随 着 淬火 温度 在 1 1 0 ℃ ( M Z 。 C 。溶完 ) 以 上 的升高 , 剩 余碳 化物 M 。 C 中钨量逐 渐 升高 。 这证 明 M 。 C 的选 择性 溶解确 实存在 。 显 然 , 这 也是采 用定 比 概念 把 回火和 退 火态 联系起 来 的一个障 碍 。 本文将通 过 实验 回答 下述 问题 : 1 . C ar ft s 原 理对高 速 钢 是 否 适 用 ? 高速钢 获得 最大 二次硬化 的条件 ( 碳与合 金元 素 比例 ) 是什 么? 2 . 怎 样 评价 和运用 5 t e v e n 平衡碳计算 式?

表1 根据淬火态碳化物成分对M。C化学式的计算 淬火碳化物成分，% 序号钢号 计算的M。C化学式 单纯钨（或钼）的M。C 铁 钨 铝铬 钒 化学式 1 T1 19.473.21.42.5 1.4Fe2.6W2.9Mo0.2Cr0.3C Fe2.6W3.1Cr0.3C 2M2 23.439.222.32.0 8.8Fe2.7W1.4Mo1.6Cr0.3C Fe2.7Mo3Cr0.3C 3 T158.747.21.42.929.8Fe1.9W3.1Mo0.3Cr0.7C Fe1.9W3.4Cr0.7C M411.227.520.43.029.0Fe1.9W1.4Mo2.1Cr0.6C Fe1.9Mo3.4Cr0.6C M227.338.821.92.67.4Fe3W1.3Mo1.4Cr0.3C Fe3Mo2.7Cr0.3C 6 CM227.037.320.92.78.3Fe3.1W1.3Mo1.3Cr0.3C Fe3.1Mo2.6Cr0.3C 注：序号1~4成分取自文献【4」，56取自【刂。 实验和计算方法 在研制超硬型高速钢W12Mo3Cr4V3N的过程中，为了解钢的成分、相成分及二次硬 化能力三者的关系，测定了三炉不同碳量的钢在退火、淬火态碳化物量、结构类型、固溶体 和碳化物成分、淬火组织和多次回火(560℃)后的硬度。钢的化学成分如表2所示。毫 12公斤锭锻成15×15毫米料，850℃退火，加工成金相、硬度及电解相分析试样（中10×50 米)。1230~1270℃淬火（盐炉，18秒/毫米）。 碳化物和固溶体成分之测定使用电解分离法。在10%HC1+2%柠檬酸水溶液中电解。 铜板简状阴极，电流0.02-0.04安/厘米2，温度0~5℃，4小时。对沉淀和电解液（包括冲洗 液)进行化学分析，对沉淀进行x一线分析。 固溶体之钨、钼、铬、钒含量既可由电解液化学分析得出，又可由试样失重和碳化物之 合金成分（分析值）、碳化物沉淀总重量三者导出。但淬火态固溶体及碳化物中碳的分析却 有困难。固溶碳不溶入电解液，也不能由碳化物沉淀中碳的分析值导出，后者是因为固溶碳 在电解时将有一部分以无定型态析出混入沉淀中，干挠了对其碳的定量（当然，也影响其他合 金元素分析值及碳化物总重量，但其程度远小于碳)。本文采用了文献【」中原则提到的计 算确定碳量法，其具体步骤如下： 1.分析碳化物中钨、钼、铬、钒。 2.由x射线定相结果，按M。C及V,C两种碳化物类型求出该碳化物沉淀的碳量： (1)假定MC(V,C,)中不溶入铬、铁，(2)M。C中铁、钨、钼、铬四元素原子数之和为 6,(3)求出上述两种碳化物的化学式，(4)求出钨、钼（对M。C)及钒（对V,C)的配 碳系数KM。对含氮钢，它应当（近似地）等于元素的配碳、氮系数。 3.求出淬火态碳化物沉淀中碳氮总量，按下式： (C+N)rz=ΣKMM (3) 4.按下式计算淬火固溶体含碳、氮总量： (C+N):%=（C+N)总=Q(C+N% 100-Qr (4) (C+N)gz一计算的固溶体碳、氮总量 42

表 1 根据 淬 火态碳化物成分 对M 。 C 化学式的计算 } …淬 火碳化 物成 分 , % 序号 } 钢 号 }一 下一, 布一 - ~ 下一一下 一 一 _ … _ …竺巴 - 望土竺 }竺 计算的 M 。 C化学式 单纯钨 ( 或钥 ) 的 M . C 化学式 匕ù ēnUQUU 叮八DI … T 1 M 2 T 1 5 M 4 M 2 1 9 . 2 3 . 8 . 1 1 . 2 7 . C M Z }2 7 4 } 7“ 4 } 3” 7 } 4 7 2… “ 了 3 1 3“ 0】3 7 · 2 { _ ` · · “ } 2 2 · · “ } ` · · 5 } 2” · · ” 1 2` · · 3 } ” 0 · 2 9 . 2 9 . 4 } F · 2 · 6W 2 · ” M 。 ” · Z C · 。 · 3 C I F · 2 · 6 W 3 · ` C r 。 · 3 C 8 1 F e Z · 7 W` · 4 M “ ` · “ C r o · “ C { F “ “ · 7 M “ ” C r o · ” C 8 }E e ` · ” W 3 · ` M ” 。 · “ C r o · 7 C } F e ` · ” W 3 · 4 C r o · 7 C 0 I F “ ` 一 ” W` · 4 M ” “ · ` C r o · “ C } F “ ` · g M ” “ · 4 C r o · “ C 4 1 F e 3 W I · ” M “ 1 · 4 C r” · ” C { F e ” M “ “ · 7 C r o · “ C 3 1 F e ” · ` W` · “ M “ ` · ” C r ” · “ C l F e ” · ` M ” ” · “ C r o · “ C 231性一匕八OJ 注 : 序号 1一 4成分 取 自文 献 [` l , 5~ 6取 自l ’ ] 。 实验 和 计算方法 在研 制超 硬型高 速 钢 W 12 M o 3 C r 4 V 3 N 的过 程中 , 为了解 钢的 成分 、 相成 分及二 次硬 化能 力三者的关系 , 测定 了三炉不同碳量 的钢 在退 火 、 淬火态碳 化物量 、 结 构类型 、 固溶 体 和碳化 物成分 、 淬火组织 和多次 回火 ( 5 60 ℃ ) 后 的 硬度 。 钢 的化 学成 分如 表 2 所示 。 毫 1 2 公斤 锭锻成 15 x 15 毫米料 , 8 50 ℃ 退 火 , 加工 成金 相 、 硬度及电解相分析 试样 ( 小1 0 x 5 0 米 ) 。 1 2 3 0~ 1 2 7 0 ℃淬火 (盐 炉 , 1 5秒 /毫米) 。 碳 化物和 固溶 体成 分之测 定使 用 电解 分离法 。 在 10 % H C I + 2 % 柠檬酸水溶 液中 电解 。 铜板筒状 阴 极 , 电流 0 . 0 2一 0 . 04 安 /厘 米 2 , 温度 O~ 5 ℃ , 4小 时 。 对 沉淀和 电解液 ( 包括 冲洗 液 ) 进行化学分析 , 对沉淀进 行 x 一线 分析 。 固 溶体之 钨 、 铝 、 铬 、 钒含量 既可 由 电解液化学分析得 出 , 又可 由试样失 重和碳 化物之 合 金成 分 ( 分析值 ) 、 碳 化物沉淀总重量 三者 导出 。 但 淬火态 固溶体及碳 化物 中碳 的分析却 有困难 。 固 溶碳不溶 入电解液 , 也不能 由碳 化物沉淀 中碳 的分析值导 出 , 后 者是 因为固溶碳 在 电解时将有一 部分以 无 定型 态析出混入沉 淀中 , 干挠 了对其碳 的定量 ( 当然 , 也影 响其他 合 金 元素分析值 及碳 化物总 重量 , 但 其程度远小 于碳 ) 。 本 文采 用 了文 献 〔 ` ] 中原则提 到的计 算确定碳量法 , 其具体步骤如下 : 1 . 分析碳化物中钨 、 钥 、 铬 、 钒 。 2 . 由 x 射线定相结 果 , 按 M 。 C 及 V ` C : 两种 碳 化物 类型求 出该 碳化 物沉淀的碳 量: (1 ) 假定 M C ( V o C 。 ) 中不溶入铬 、 铁 , (2 ) M . C 中铁 、 钨 、 铝 、 铬 四 元素原子数之和 为 6 , (3 ) 求出上述两种 碳 化物的化学式 , (4 ) 求出钨 、 钥 ( 对 M . C ) 及钒 (对 V ` C : ) 的 配 碳系数 K 石 。 对含氮钢 , 它应 当 (近 似地 ) 等于元 素的配碳 、 氮系数 。 3 . 求 出淬火 态碳 化物沉 淀中碳氮总量 , 按下式: ( C + N ) : : = 艺K 石M ( 3 ) 4 . 按下 式 计算淬火 固溶体含碳 、 氮总量 : ( C + N ) 。 : % 二 ( C + N ) 总 一 Q T . (C + N ) : : % 1 0 0 一 Q T 氮总量 ( 4 ) ( C + N ) 。 : — 计算的 固溶体碳

(C+N)Tz一计算的谇火碳化物中碳、氮总量 (C+N)总一一钢中碳、氨分析值表2之和 Q,一碳化物沉淀的重量百分数 详细的计算过程及数据的校正见文献【1s」，从略。 表2 实验用钢的化学成分 元 素 含 量 % 碳、氨饱和度 炉号 碳 钨 钥 铬 钒 氨 AC、N B-1 1.10 12.4 2.96 3.94 2.60 0.050 0.86 B-4 1.24 11.9 2.90 3.90 2.83 0.047 0.94 B-7 1.33 12.1 2.86 3.85 2.59 0.047 1.03 实验结果及讨论 相分析结果如表(3)、(4)及（5)所示。含碳量不同的钢1230~1270℃淬火后， 总的看来合金元素在固溶体中的含量相差不大，但碳（氮）量却有明显差别。含碳较高的钢 由于溶解的碳化物量多，或由于碳化物中含碳较多，淬火后固溶体（马氏体）中含碳（氮) 量较多。 表3 退火钢中碳化物及固溶体的相分析结果 退火态碳化物 相 成 分 %(重) 炉号 碳 化 物 固 溶 体 %(重) 类 型 碳 钨 钼 铬 钒 钨 钼 铬 钒 B-1 25.6 MeC 4.3 45.0 10.3 10.7 10.1 1.09 0.02 1.62 0.02 B-4 25.0 M23C8 5.0 4.6 11.5 10.7 11.3 1.01 0.02 1.59 0.02 B-7 27.8 MC 4.8 40.5 10.3 10.7 9.05 1.15 0.03 1.25 0.03 表4 淬火钢碳化物数量及成分 碳化物成分 %(重) 炉号 淬火温度 碳化物量 ℃ (重) 类 型 (C+N)7z 钨 钼 铬 钒 1230 16.7 M.C 3.8 52.0 10.1 1.72 10.7 B-1 1250 15.7 + 3.8 51.1 9.15 1.62 10.9 1270 14.7 MC 3.7 51.8 9.56 1.55 10.6 1230 16.4 M.C 4.0 48.0 10.2 1.77 11.3 B-4 1250 15.0 + 3.8 50.8 10.1 1.67 11.2 1270 15.3 MC 4.1 49.2 10.9 1.49 12.3 1230 17.4 M.C 3.7 46.8 9.61 1.70 9.48 B-7 1250 16.9 3.6 48.5 10.9 1.61 8.62 1270 15.9 MC 4.1 48.0 11.2 1.44 11.6 43

( C + N ) T z — 计算的淬火碳 化物中碳 、 氮总量 ( C + N ) 息— 钢 中碳 、 氮 分析 值表 2 之和 Q : — 碳 化物沉 淀 的重 量百 分数 详 细 的计 算过 程 及数据 的校 正 见文 献 〔 ` “ ] , 从略 。 表 2 实验用 钢的 化学 成分 炉 号 任nU月OJ ] 白勺9d … B 一 1 B 一 4 B一 7 ] 2 . 4 1 ] 。 9 1 2 . 1 2 . 6 0 2 . 8 3 2 . 5 9 0 . 0 5 0 0 . 0 4 7 0 . 0 4 7 碳 、 氮饱 和度 A e 、 N 0 . 8 6 0 . 9 4 1 . 0 3 实 验 结果 及 讨 论 相 分析结 果如 表 ( 3 ) 、 ( 4 ) 及 ( 5 ) 所 示 。 含碳量不 同 的钢 1 2 3 0一 1 2 7 0 ℃ 淬火后 , 总 的看来 合金 元 素在 固溶 体中的 含量相差 不大 , 但 碳 ( 氮 ) 量却有明显差 别 。 含碳 较高的 钢 由于溶解的碳 化物量多 , 或 由于碳 化物中 含碳 较多 , 淬火后 固 溶体 ( 马氏体 ) 中含碳 ( 氮 ) 量较 多 。 表 3 退 火钢 中碳化 物 及固溶 体的 相分析 结 果 ùù1八1 0la ùJ一ó 。. ù 碳一钨 n 退火态碳 化 物 相 成 分 % ( 重 ) 炉 号 化 物 固 体 % ( 重 ) } 类 型 碳 铂 铬 钒 nU 乙,自,dO O 八ù … n ù , 00 曰口O 匕户匀八 L 臼, … l 0 1 1 钨 铬 钒 ] ,1QU 月 1 . . 门. . r . 1 行 1 / ū娜了 加 B 一 1 B 一 4 B 一 7 2 5 . 6 2 5 . 0 2 7 . 8 M o C M : 3 C M 乙 4 . 3 5 . 0 4 . 8 表 4 淬 火钢 碳 化物数量 及 成分 淬火温 度 碳 化物 成分 % ( 重 ) 钒 1 0 . 7 1 0 . 9 1 0 . 6 1 1 . 3 1 1 . 2 1 2 . 3 9 . 4 8 8 . 6 2 1 1 . 6 铬 ì4764961707265 钥 一10 ℃ 碳 化物量 % ( 重 ) 类 型 ( C + N ) T z 钨 M o C + M C 3 . 8 3 . 8 3 . 7 4 . 0 3 . 8 4 . 1 9 . 1 5 9 . 5 6 10 . 2 10 . 1 1 0 . 9 ó日ù城1ù nR 勺à乙 … 自, 土, l ǎX n . 9 户a只úd匀任lJ 勺t孟 M o C + …M C 一 月任了行刀n 甘60矛 … 匀O 工n任J ō匕1 0 工 b 1 1 .上. .1 月1.1 1 队日1| l 炉 号 B 一 1 1 2 3 0 1 2 5 0 12 7 0 B 一 4 B 一 7 1 2 3 0 1 2 5 0 1 2 7 0 12 3 0 12 5 0 1 2 7 0 M o C 十 M C 3 . 7 3 . 6 4 . 1 4 6 . 8 4 8 . 5 4 8 . 0 9 . 6 1 1 0 . 9 1 1 . 2 区`óéQOJ : , 嗯l 行é廿Cùa 曰玉. 司. J 4 3

表5 淬火温度 固溶体成分 %(重) 马氏体平衡碳、氨量，%（重) 炉号 ℃ (C+N)az 钨 钼 铬 钒 C(Cr2aC。) CM(CrC3) 1230 0.62 4.48 1.53 4.33 0.94 0.71 0.88 B-1 1250 0.65 5.11 1.80 4.36 1. 0.76 0.99 1270 0.72 5.55 1.79 4.36 21 0.82 0.97 1230 0.75 4.77 1.48 4.31 1.21 0.75 0.92 B-4 1250 0.96 5.05 1.62 4.20 1.35 0.79 0.95 1270 0.79 5.13 1.42 4.30 1.15 0.74 0.91 1230 0.88 4.77 1.44 4.30 1.13 0.74 0.90 B-7 1250 0.93 4.71 1.22 4.30 1.36 0.78 0.93 1270 0.88 5.21 1.29 4.30 0.92 0.69 0.86 为了研究马氏体中碳与合金元素配比和二次硬化能力的关系，须要找到一个表征马氏体 成分的参数。我们采用Crafts概念并以下述参数表征马氏体碳和合金元素（总体)的配比 情况： A=CH (5) C一马氏体实际碳量 C一马氏体平衡碳量 A“称为马氏体的碳饱和度，由于Cg及C单分别代表了碳和合金元素（总体)，所以A“成为 与马氏体“所有”元素（不包括非碳化物元素）都有关的参数。它的化学意义在于固溶体中 碳量达到合金元素需求的程度。 C单值取决于KM,而KM值又与析出的碳化物类型有关，由于铬在回火时析出的碳化物 可能有两种，所以C的可以有两个计算式： C￥=0.033W+0.063Mo+0.06Cr+02V (6) C=0.033W+0.063Mo+0.099Cr+0.2V (7) 为区别这两种计算，以后将(6)式所得写为C(Cr23C。),(7)式所得写为C(Cr,C,), 计算结果列于表5中。 将两种C所得之A“和硬度的关系作图，即可找出高速钢二次硬度与马氏体成分（碳和 合金元素的相对配比)之间的关系。 由两种C的值所得A”,可分别表示为A(Cr2C。)和A“(Cr,C3)。图1为A (Cr,C3)与二次硬度的关系。因为试验钢含氮，考虑到氨和碳在形成析出相方面的相似性 及它们原子盘相近，粗略地用下式计算钢中马氏体的“碳、氮饱和度”： Ad.N=(C+N)82/CP (8) 由图(1)及表(5)可见：①A”值是影响二次硬化能力最主要的因素。它的作用超 过某一单个元素，甚至钨、钼、铬、钒总的合金度。B-1炉1270℃谇火的合金含量和B-7炉 1230℃基本相同，但两者碳量的差别导致回火硬度明显的不同。B-1炉1270℃和B-4炉1230℃ 44

炉 号 淬火温度 固 溶体成 分 % (重 ) 马 氏体平 衡碳 、 氮量 , % ( 重 ) ℃ ( C + N ) : z 钨 钥 铬 钒 C 管( C r : : C 。 ) C梦( C r : C 3 ) B 一 1 1 2 3 0 0 . 6 2 4 . 4 8 1 . 5 3 4 . 3 3 0 . 9 4 ) 0 . 8 8 1 2 5 0 0 . 6 5 5 . 1 1 1 . 8 0 4 、 3 6 1 . 0 7 : ;: … 1 0 · 9 9 12 7 0 0 . 7 2 5 . 5 5 1 . 7 9 4 . 3 6 办 。 , ! ” · ” 7 l , 。 ` 1 B 一 4 1 2 3 0 0 . 7 5 4 . 7 7 1 . 4 8 4 . 3 1 1 . 2 1 0 . 7 5 0 9 2 1 2 5 0 0 . 9 6 5 . 0 5 1 . 6 2 4 。 2 0 1 . 3 5 0 . 7 9 0 . 9 5 1 2 7 0 0 . 7 9 5 . 1 3 1 . 4 2 4 . 3 0 1 . 1 5 0 . 7 4 0 . 9 1 B 一7 1 2 3 0 0 . 9 8 4 . 7 7 1 . 4 4 4 . 3 0 1 . 13 0 . 7 4 0 . 9 0 1 2 5 0 0 . 9 3 4 . 7 1 1 . 2 2 4 . 3 0 1 . 3 6 0 . 7 8 0 . 9 3 1 2 7 0 0 . 8 8 5 . 2 1 1 . 2 9 4 . 3 0 0 . 9 2 0 . 6 9 0 . 8 6 为了研究 马 氏体 中碳 与合金 元素 配比 和二次硬化 能力的关系 , 须要 找到一个表征马 氏体 成分 的参数 。 我 们采 用 C ar f st 概念并以下 述参数表征 马 氏体碳 和合金元 素 ( 总体 ) 的配 比 情 况: ( 5 ) C管— 马 氏体实际碳 量 C 管— 马 氏体平 衡碳 量 A 加称 为马氏体的碳饱 和度 , 由于 C梦及 C梦分别代表 了碳和合 金元素 ( 总体 ) , 所 以 A M成为 与马 氏体 “ 所有 ” 元素 ( 不包括非 碳 化物元 素 ) 都有关的参数 。 它 的化学 意义 在 于固溶 体 中 碳量达到合 金元 素需 求的程度 。 C梦值 取决 于 K M , 而 K M 值 又 与析 出的碳化物 类型 有关 , 由于 铬在 回火 时析 出的碳 化物 可能有 两种 , 所 以 C梦可 以 有两个计算式 : C梦= 0 . o 3 3 w + o . o 6 3 M o + o . o 6 C r + o ` ZV C梦= 0 . o 3 3w + o . o 6 3 M o + o . o 9 9 C r + 0 . 2 V ( 6 ) ( 7 ) 为区别 这两种计 算 , 以 后将 ( 6 ) 式所 得写为 C梦( C r Z 。 C 。 ) , ( 7 ) 式所得写 为C 曾( C r : C : ) , 计算结果 列于 表 5 中 。 将两种 C梦所得之 A 班和 硬度的关系作图 , 即可 找出 高速钢二 次 硬度 与 马 氏体成分 ( 碳 和 合金 元 素的相对 配 比 ) 之 间的 关系 。 由两种 C梦值 所得 A M , 可 分 别 表 示 为 A 气 C r : 3 C 。 ) 和 A 气 C r 7 C 3 ) 。 图 l 为 A , ( C r , C 。 ) 与二次硬度 的关系 。 因为试验 钢 含氮 , 考 虑 到氮 和 碳 在 形成析出相 方面 的相 似性 及它 们原子 量相近 , 粗 略地 用下 式计算钢 中马氏体 的 “ 碳 、 氮 饱 和度” : A 魁 . N = ( C + N ) : : / C P 、 ( s ) 由图 ( 1 ) 及表 ( 5 ) 可 见 : ① A H 值 是影响二 次硬 化能力最 主要 的因 素 。 它 的作用超 过某 一单 个元 素 , 甚 至 钨 、 钥 、 铬 、 钒总 的合金 度 。 B 一 1炉 1 2 70 ℃ 淬火的合金 含量 和 B一 7 炉 1 2 3 0 ℃基本相 同 , 但 两者碳量 的差 别导致 回火硬度明显的不同 。 B一 1炉 1 2 7。℃和 B一 4炉 1 2 3 0 ℃