SEP1520-1998_钢中碳化物图谱显微检验法.pdf
钢中碳化物的相间析出
钢中碳化物的相间析出通常，对于工业用钢，碳化物的弥散硬化和二次硬化的利用，都是在调质状态下实现的。
但是，在控制轧制条件下使用的非调质高强度钢中，人们却利用添加少量Nb、V等强碳化物形成元素，有效地提高了钢的强度。
之所以如此，是由于钢在冷却过程中从奥氏体中析出了细小的特殊碳（氮）化物。
透射电子显微镜观察表明，这种化合物的直径约为50Å，而且比较规则的一个面接一个面的排列分布。
后来研究又发现，这种碳（氮）化物是在奥氏体-铁素体相界面上形成的，因此将这种转变称为“相间析出”（interphas precipitation）。
相间析出的结果也是由过冷奥氏体转变为铁素体与碳化物的机械混合物。
由于这种转变发生在珠光体与贝氏体形成温度之间，因而研究这种转变，不仅对非调质钢的强化有实际价值，而且对搞清珠光体和贝氏体转变机理也有一定意义。
（一）相间析出产物的形态和性能含有强碳（氮）化物形成元素的低碳合金钢的奥氏体，在冷却过程中有可能首先发生碳（氮）化物的析出，因为析出是在奥氏体与铁素体相界面上发生的，所以把这一过程称为相间析出。
1、组织形态钢中的相间析出的转变产物，其显微组织在低倍的光学显微镜下，相间析形成的铁素体与先共析铁素体相似呈块状。
而在高倍的电子显微镜下，可以观察到铁素体中有呈带状分布的微粒碳（氮）化物存在，这是相间析的组织形态特征。
这种组织与珠光体相似，也是由铁素体与碳化物组成的机械混合物，而碳化物不是片状，而是细小粒状的，分布在有一定间距的平行的平面上，因此也称为“变态珠光体”（degenerate pearlite）。
分布有微粒碳化物的平面彼此之间的距离称为“面间距离”。
随着等温转变温度的降低或冷却速度的增大，析出的碳化物颗粒变细，面间距离减小。
另外，钢中的化学成分不同对碳化物的颗粒直径的面间距离也有一定的影响，通常含特殊碳化物元素越多，形成碳化物颗粒越细，面间距离越小。
在相同转变温度下，随着钢碳含量增高，析出碳化物的数量增多，面间距离也有所减小。
微合金钢中微合金碳化物的溶解与时效析出
温度
1200/900℃×4min 10℃/s
550/600/650/700℃× 10/50/100/500/1000 5000/10000/20000s
水冷
水冷
时间
图 1 时效工艺示意图 Fig.1 The schematic illustration of age
量百分数。 微合金元素在铁素体中的析出采用时效硬度法进行研究，即首先进行固溶处理，使微合金元素
⎧ ⎪ 10（3.42−7900 / T) = 10（2.75−7500 / T)
(3)
⎪ ⎪⎪ ⎨
xTi i
x
i Nb
/
xi TiCC
= 3.988
/
xi NbCC
= 7.735
⎪⎪C
=
xC
+
xi TiCC
+
xi NbCC
⎪⎪Nb
=
x Nb
+
xi NbCC
⎪⎩Ti
通常认为微合金碳化物在铁素体中的沉淀受两个因素的影响，即沉淀的驱动力和扩散。沉淀的 驱动力与微合金元素的过饱和度有关，沉淀温度越低，过饱和度越大，沉淀的驱动力越大。扩散主 要依赖于温度，沉淀温度越高，原子的扩散系数越大，沉淀物越易形成。因此沉淀的PTT曲线与其它 固态相变和再结晶的动力学曲线规律一样呈“C”曲线型[5]。在 700℃的高温下，原子的扩散系数大， 所以沉淀形核的孕育期短，沉淀所需的时间也少。但沉淀驱动力较小，沉淀核心少，沉淀质点尺寸 大，因此没能达到最大的沉淀强化效果。600℃时沉淀驱动力和原子的扩散系数均较大，达到了最大 沉淀形核率，造成了最大沉淀强化效果。
溶解在固溶体中，然后再加热到不同的温度下进行时效，通过测量时效过程中硬度的变化，来分析 不同温度下微合金元素在铁素体中的析出，实验工艺示意图如图 1 所示。
钢中的碳化物
白口铸铁中碳化物的类型根据碳化物的结晶点阵形式，碳化物可分为两大类型：1．简单密排结构的间隙碳化物当r C/r M<0.59时，碳原子处在简单的点阵间隙之间，形成不同于原金属结晶点阵的间隙相。
这类金属元素是Mo、W、V、Ti、Nb、Zr，形成的碳化物有：MC型——WC、VC、TiC、NbC、ZrCM2C型——W2C、Mo2C如果同时存在多种过渡族金属元素，将形成复杂的碳化物。
在满足点阵类型、电化因素和尺寸因素三条件时，其中的金属原子可互相置换，如TiC–VC系形成(Ti、V)C；VC–NbC系形成(Nb、V)C；TiC–ZrC系形成(Ti、Zr)C等。
MC型碳化物中的金属原子M具有面心简单六方结构，其中八面体间隙相都被碳原子占领，所以，M：C=1：1，晶体为NaCl型结构。
M2C碳化物具有密排六方结构，例如：W2C、Mo2C、V2C、Nb2C，碳原子处于四面体的空隙中。
2．复杂密排结构的间隙碳化物当r C/r M>0.59时，碳不可能与金属元素形成简单密排的间隙相，而是形成一种结晶点阵复杂的间隙化合物。
Cr、Mn、Fe的碳化物属于复杂密排结构，其中M23C6、M6C为复杂立方、M7C3为复杂六方、M3C为斜方点阵。
常见到的复杂密排结构的碳化物为M3C型——Fe3C、Mn3C或(Cr、Fe)3C，简称K c；M7C3型——Cr7C3、Mn7C3或(Cr、Fe)7C3，简称K2；M23C6型——Cr23C6、Mn23C6，及三元碳化物Fe21W2C6、Fe21Mo2C6、(Cr、Fe)23C6，简称K1；M6C型——Fe3W3C、Fe4W2C、Fe3Mo3C、Fe4Mo C等三元碳化物。
(1)M3C型碳化物：最常见的是普通白口铸铁中的渗碳体(Fe3C)。
渗碳体的晶体结构为斜方晶格，晶格常数a=0.45144μm，b=0.50787μm，c=0.67287μm。
渗碳体的晶体结构见图1所示。
TIMKEN轴承钢标准
2生产方法
2.1一般条件——凡生产本标准的钢材，必须使用具有钢包精炼法的轴承钢冶炼技术，必须使用底注法浇注的钢锭。除非经TIMKEN公司冶金代表（来自TIMKEN轴承材料和冶金部门）特殊批准，不允许加钙或钙合金用于脱氧或控制夹杂物形态，在炼钢渣中可以使用石灰或含钙的炉渣熔剂。
本标准是铁姆肯公司与东北特钢集团签订的协议，如无书面授权，不得向第三方透露其中的内容。
技术规范3.1.25最新英文版本及其附录的中英文版本和与之相对应的中文版本均已由铁姆肯公司与东北特殊钢集团的授权代表审核并(签字)，铁姆肯公司和东北特殊钢集团的授权代表同意如果这两个注明日期的签字文件之间有歧义，双方将就有歧义的条款内容重开谈判。
表5 球化退火材碳化物网状
≤25mm
≤4.2
＞25mm~≤51mm
≤4.3
＞51mm ~≤127mm
≤4.5
＞127mm
≤4.6
管壁厚
允许级别
≤6.25mm
≤4.2
>6.25~≤25mm
≤4.3
>25mm
≤4.5
所有锻件
≤4.3
11.3.4碳化物网状（淬硬）（系列5）应符合下表6的规定。
表6 碳化物网状（淬硬）
4.3.2发蓝断口的6个试样中，至少应有3个试样取自钢锭底部，另外3个样取自钢锭头部。这些试样必须取自三个不同的钢锭，分别从第一个浇注锭盘、中间锭盘和最后锭盘上随机抽取。
4.4这些质量检验的频率为，对生产的每一炉钢都要进行检验。
5奥氏体晶粒度
当在843℃（1550℉）下的正常奥氏体化温度淬火时，按本标准生产的钢应具有细小断口晶粒度。应采用ASTM E112-96中所规定的Shepherd断口晶粒度评定法。其晶粒度合格级别应是Shepherd标准中的≥8级。
钢中存在哪几种类型的碳化物
1.钢中存在哪几种类型的碳化物？比较它们稳定性的强弱。
碳化物的稳定性对钢的性能及热处理有什么意思？答：分类：复杂点阵结构碳化物、简单点阵碳化物、合金碳化物、合金渗碳体。
性能意义：碳化物稳定性高，可使钢在高温下工作并保持其较高的强度和硬度。
钢的红硬性、热强性好。
相同硬度条件下，碳化物稳定性高的钢可在更高温度下回火，使钢的塑性、韧性更好。
合金钢较相同硬度的碳钢综合力学性能好。
碳化物的稳定性高，在高温和应力作用下不易聚集长大，也不易因原子扩散作用而发生合金元素的再分配。
钢的抗扩散蠕变性能好。
热处理意义：（1）特殊碳化物稳定性高，合金钢奥氏体化的温度要提高、保温时间要延长。
（2）碳化物的稳定性过高，加热时不溶于奥氏体，随后冷却时加速奥氏体的分解，降低钢的淬透性；碳化物的稳定性低，加热时溶于奥氏体中，增大过冷奥氏体的稳定性，提高淬透性。
（3）碳化物的稳定性高，淬火钢的回火稳定性高。
2.合金钢二次硬化现象的本质是什么？对钢的性能有什么影响？答：二次硬化为淬火钢在回火时出现的硬度回升现象，原因是特殊碳化物的弥散强化+二次淬火。
影响：提高热强性，红硬性。
3.低合金高强度钢中的主加合金元素Mn对钢的性能有哪些影响？为什么它会有这些影响？答：锰是A形成元素，能降低A→P转变的温度Ar1，并减缓其转变速度，可细化P，↑钢的强度和硬度。
锰的加入可使Fe-C状态图中“S”点左移，使基体中P数量增多，可使钢在相同含碳量下，P量增多，致使强度不断↑。
锰还能↓钢的韧脆转变温度。
原因：锰属于复杂立方点阵，其点阵类型及原子尺寸与α-Fe相差较大，因而锰的固溶强化效果较强。
4.机器零件用钢中的主加合金元素有哪些？他们的作用？答：主加合金元素：Si、Mn、Cr、Ni、B，作用：分别加入或复合加入钢中，对↑钢的淬透性、↑钢的综合力学性能起主导作用。
5.弹簧钢的成分特点是什么？这样的成分对钢的性能有哪些影响？答：1、中、高碳碳素弹簧钢的含碳量在0.6%～0.9%之间，合金弹簧钢的含碳量一般在0.40%～0.70%之间，以保证高的弹性极限、屈服强度和疲劳强度。
一种钢中带状组织定量评定方法介绍及探讨
一种钢中带状组织定量评定方法介绍及探讨温娟; 鞠新华; 贾惠平; 张莉霞; 来萍【期刊名称】《《理化检验-物理分册》》【年(卷),期】2019(055)009【总页数】5页(P593-597)【关键词】带状组织; 定量评定; 网格测量线; 图谱比较法【作者】温娟; 鞠新华; 贾惠平; 张莉霞; 来萍【作者单位】首钢集团有限公司技术研究院检测中心北京 100043【正文语种】中文【中图分类】TG115.21钢材中的带状组织由元素偏析导致，是一种常见的显微组织缺陷，其形貌特征为铁素体与珠光体沿轧制变形方向交替呈条带分布。
带状组织使钢的力学性能产生各向异性，不仅影响钢的强度、韧性等力学性能，而且会显著影响钢的热加工和焊接性能[1-2]。
国内对钢中带状组织级别的评定传统上采用图谱比较法，如GB/T 13299-1991《钢的显微组织评定方法》和新颁布的GB/T 34474.1-2017《钢中带状组织的评定第1部分：标准评级图法》都是依据铁素体条带的数量、带状贯穿视场的程度、连续性以及是否出现变形铁素体比照图谱进行评定；GB/T 18254-2002《高碳铬轴承钢》是根据轴承钢碳化物带状组织中碳化物颗粒尺寸大小及颗粒含量对照图谱进行评定。
国外对钢中带状组织级别的评定方法与国内的有所不同，德国标准SEP 1520-1998《图谱法对钢材碳化物结构的金相检验》和国际标准ISO 5949-1983 Tool Steels and Bearing Steels-Micrographic Method for Assessing the Distribution of Carbides using Reference Photomicrographs都是采用在一定倍数下与图谱比较进行评定；美国标准ASTM E1268-2001(2006) Standard Practice for Assessing the Degree of Banding or Orientation of Microstructures采用了直线网格、截点及数理统计的计算方法。
M42高速钢中碳化物的析出机理与转化规律研究
M42高速钢中碳化物的析出机理与转化规律研究摘要：本文研究了M42高速钢中碳化物的析出机理与转化规律。
通过对材料的观察与测试，发现碳化物析出是在随着加热过程中铁素体中过饱和时发生的。
同时，随着温度的升高，碳化物析出的数量也相应地增加。
在退火过程中，由于碳化物的扩散能力增强，导致一些疏松区域的碳化物会被反向扩散形成链状或其他形态的碳化物集团。
此外，通过定量分析和比较实验得出，碳化物析出主要受化学成分、温度和时间等因素的影响。
本文的研究为深入了解钢材中的碳化物析出规律提供了科学依据，也为优化高速钢的生产工艺和性能提供了理论支持。
关键词：M42高速钢；碳化物；析出机理；转化规律；疏松区域一、引言M42高速钢作为一种常用的工具钢材料，具有优良的高温强度、耐磨性和热稳定性等特点，在机械加工制造领域有广泛的应用。
其中，碳化物是影响高速钢性能的重要因素之一，它不仅能够提高钢材的硬度和耐磨性，还能影响钢材的韧性和塑性等力学性能。
因此，深入研究M42高速钢中碳化物的析出机理与转化规律具有重要的理论和应用价值。
二、实验方法本文采用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪等方法对M42高速钢中碳化物的析出机理与转化规律进行了研究。
在实验过程中，先将样品加热至不同温度下，观察并记录铁素体中碳化物的分布和形态变化。
然后，将样品进行退火处理，并通过比较实验和定量分析等方法研究碳化物析出的影响因素和机理。
三、实验结果通过对实验数据的分析，得出以下几点结论：（1）碳化物在加热过程中的析出是在随着铁素体中碳的过饱和时发生的，并且随着温度的升高，析出的碳化物数量也相应地增加；（2）在退火过程中，由于碳化物的扩散能力增强，导致一些疏松区域的碳化物会被反向扩散形成链状或其他形态的碳化物集团；（3）碳化物析出主要受化学成分、温度和时间等因素的影响，其中化学成分对碳化物类型和数量影响最为显著。
四、结论本文研究了M42高速钢中碳化物的析出机理与转化规律，并通过实验数据的分析得出了碳化物在高速钢材料中的形成和转化规律。
钢中的碳化物
白口铸铁中碳化物的类型根据碳化物的结晶点阵形式，碳化物可分为两大类型：1．简单密排结构的间隙碳化物当r C/r M<0.59时，碳原子处在简单的点阵间隙之间，形成不同于原金属结晶点阵的间隙相。
这类金属元素是Mo、W、V、Ti、Nb、Zr，形成的碳化物有：MC型——WC、VC、TiC、NbC、ZrCM2C型——W2C、Mo2C如果同时存在多种过渡族金属元素，将形成复杂的碳化物。
在满足点阵类型、电化因素和尺寸因素三条件时，其中的金属原子可互相置换，如TiC–VC系形成(Ti、V)C；VC–NbC系形成(Nb、V)C；TiC–ZrC系形成(Ti、Zr)C等。
MC型碳化物中的金属原子M具有面心简单六方结构，其中八面体间隙相都被碳原子占领，所以，M：C=1：1，晶体为NaCl型结构。
M2C碳化物具有密排六方结构，例如：W2C、Mo2C、V2C、Nb2C，碳原子处于四面体的空隙中。
2．复杂密排结构的间隙碳化物当r C/r M>0.59时，碳不可能与金属元素形成简单密排的间隙相，而是形成一种结晶点阵复杂的间隙化合物。
Cr、Mn、Fe的碳化物属于复杂密排结构，其中M23C6、M6C为复杂立方、M7C3为复杂六方、M3C为斜方点阵。
常见到的复杂密排结构的碳化物为M3C型——Fe3C、Mn3C或(Cr、Fe)3C，简称K c；M7C3型——Cr7C3、Mn7C3或(Cr、Fe)7C3，简称K2；M23C6型——Cr23C6、Mn23C6，及三元碳化物Fe21W2C6、Fe21Mo2C6、(Cr、Fe)23C6，简称K1；M6C型——Fe3W3C、Fe4W2C、Fe3Mo3C、Fe4Mo C等三元碳化物。
(1)M3C型碳化物：最常见的是普通白口铸铁中的渗碳体(Fe3C)。
渗碳体的晶体结构为斜方晶格，晶格常数a=0.45144μm，b=0.50787μm，c=0.67287μm。
渗碳体的晶体结构见图1所示。