M35高速鋼相當(dāng)于我國(guó)W6Mo5Cr4V2Co5鋼號(hào)，是高性能高速鋼的典型代表，由于該鋼具有較高的高溫硬度和較好的韌性，同時(shí)釩含量較低，具有很好的可磨削性，因此是制造各種形狀復(fù)雜的超硬高速鋼刀具的理想材料。高速鋼刀具在生產(chǎn)、使用過(guò)程中出現(xiàn)的失效有正常失效和非正常失效（早期失效）之分。正常失效是指刀具經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的切削加工后發(fā)生的磨損變鈍，通過(guò)重新修磨可繼續(xù)使用，直至刀具報(bào)廢。而非正常失效是指由于刀具存在材料或組織缺陷、產(chǎn)品設(shè)計(jì)或產(chǎn)品加工不當(dāng)、熱加工問(wèn)題（如熱處理）缺陷等，刀具在生產(chǎn)加工或在使用過(guò)程中提前失效。

　　

　　　　化學(xué)成分：

　　

　　　　根據(jù)廠方提供的檢測(cè)數(shù)據(jù)，化學(xué)成分符合GB/T9943—2008《高速工具鋼》要求，測(cè)量硬度為66.5~67.5HRC，為正常值。鉆頭熱處理工藝為1230℃（淬火）+550℃×2h，3次回火處理。

　　

　　　　在失效鉆頭上切取直徑20×10的試樣，用6%硝酸酒精溶液腐蝕，用TH300洛氏硬度計(jì)測(cè)量硬度，并用LEICA MEF4M光學(xué)顯微鏡、日立S-4300掃描電子顯微鏡進(jìn)行顯微組織觀察。

　　

　　　　斷口形貌：

　　

　　　　從斷口的宏觀形貌，可以看出，斷口表面光滑平整，呈黑灰色，具有明顯脆性斷裂形式。同時(shí)，在斷口邊緣還產(chǎn)生了二次脆斷，表明材料極脆。

　　

　　　　從斷口微觀形貌，可以看出，該斷口表面形貌呈河流花樣，為明顯的脆性解理斷裂。高倍下觀察發(fā)現(xiàn)，斷口呈現(xiàn)小的解理平面，且解理面上布滿了碳化物。進(jìn)一步放大，可看到碳化物發(fā)生了聚集，部分碳化物粗大且具有菱角狀，該類碳化物與基體組織的粘合度明顯降低，斷口上未發(fā)現(xiàn)有大量的夾雜物，初步判斷碳化物粗大且偏聚是該麻花鉆脆斷的原因之一。

　　

　　　　組織檢驗(yàn)：

　　

　　　　對(duì)試驗(yàn)M35鋼鉆頭縱向1/4處及橫向組織進(jìn)行觀察，可以看出，共晶碳化物分布狀態(tài)較好，根據(jù)GB/T —1994《鋼的共晶碳化物不均勻度評(píng)定法》，評(píng)定為2級(jí)左右。但是碳化物卻發(fā)生了明顯的粘連，大的共晶碳化物呈不規(guī)則的尖角狀，該碳化物對(duì)材料的韌性非常不利。

　　

　　　　橫向組織為回火馬氏體+殘留奧氏體+共晶碳化物+二次碳化物，碳化物也發(fā)生了明顯的聚集，在碳化物聚集處，基體元素發(fā)生了較為明顯的偏析，呈現(xiàn)亮白色。進(jìn)一步放大，可看到明顯的奧氏體晶界，為典型的過(guò)熱組織。從圖可看出碳化物聚集后的剝落坑。根據(jù)以上現(xiàn)象可判斷，碳化物聚集是由于熱處理不當(dāng)造成組織過(guò)熱而形成的。

　　

　　　　晶粒度及夾雜：

　　

　　　　對(duì)試驗(yàn)鋼晶粒度和夾雜物分別進(jìn)行評(píng)級(jí)，晶粒度為8.5級(jí)；夾雜物分別為B類-細(xì)系-0.5級(jí)及D類-細(xì)系-1.0級(jí)，未出現(xiàn)較為嚴(yán)重的非金屬夾雜物。

　　

　　　　晶粒度評(píng)級(jí)為8.5級(jí)，M35高速鋼更佳淬火工藝為1215~1225℃，在該溫度區(qū)間晶粒度為10.5~10級(jí)。進(jìn)一步表明該鋼發(fā)生了過(guò)熱現(xiàn)象。組織中未出現(xiàn)較為明顯的非金屬夾雜物。有少量的B類及D類夾雜物，該類夾雜物不會(huì)對(duì)此麻花鉆的韌性造成明顯的影響。因此，制定新的工藝為1220℃（淬火）+550℃×1.5h，4次回火，改進(jìn)后晶粒度達(dá)到了10級(jí)。

　　

　　　　工藝改進(jìn)后基體沒(méi)有出現(xiàn)明顯的塊狀的亮白色偏析區(qū)域，未看到明顯的奧氏體晶界。未出現(xiàn)明顯粗大的塊狀碳化物。碳化物粗大并發(fā)生偏聚的原因是，高速鋼在高溫加熱時(shí)，合金元素在奧氏體中的溶解度有限，共晶碳化物的溶解溫度較高，碳化物的溶解量很少，故加熱過(guò)程中主要發(fā)生偏聚和粗化，以降低碳化物的界面能。

　　

　　　　M35鉆頭失效原因分析：

　　

　　　　高速鋼刀具熱處理不當(dāng)導(dǎo)致失效主要原因有：過(guò)燒、過(guò)熱、串電、加熱不均、回火不充分、脫碳、淬火溫度低、重復(fù)淬火、加熱溫度快、退火不良等。而熱處理過(guò)熱包括奧氏體化過(guò)程的溫度過(guò)熱，及保溫時(shí)間等的控制。

　　

　　　　在奧氏體化溫度下，由于長(zhǎng)時(shí)間保溫所導(dǎo)致碳化物出現(xiàn)偏聚和粗化的原因和由于加熱溫度過(guò)高所導(dǎo)致的碳化物粗化、偏聚的原因基本相同。因?yàn)楣簿蓟锏钠酆痛只仨毻ㄟ^(guò)合金元素的擴(kuò)散來(lái)完成，在加熱溫度、碳化物尺寸和片層間距及碳化物的不均勻程度相同的條件下，保溫時(shí)間愈長(zhǎng)，合金元素的擴(kuò)散程度愈高，碳化物的粗化和偏聚也將愈明顯。

　　

　　　　試驗(yàn)M35高速鋼麻花鉆頭失效的原因主要是碳化物的粗大與偏聚，而根本原因是熱處理過(guò)程中產(chǎn)生了過(guò)熱，晶粒過(guò)熱和碳化物過(guò)熱同時(shí)存在。通過(guò)減少退火裝爐量，縮短保溫時(shí)間。改進(jìn)熱處理工藝后，晶粒度由8.5級(jí)提高到10級(jí)，碳化物粗大與偏聚現(xiàn)象得到改善。

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