佘昌俊

（鎮江市產品質量監督檢驗中心，江蘇 鎮江 212132）

高速工具鋼是含 C、W、Mo、Cr、V、Co、Al等的高合金鋼，因具有較高的硬度、耐磨性、紅硬性、強度和韌性等優點被廣泛應用于各種切削刀具。其中，W6Mo5Cr4V2是目前產量最大、應用最多的高速鋼鋼種，是制造復雜形狀、高精度、高沖擊負荷等苛刻條件下工作刀具的主要材料之一。

高速鋼刀具在加工和使用過程中失效的方式有很多，如：使用過程中的磨損變鈍等正常失效，材料組織缺陷、產品設計不當、熱處理不當等非正常失效。其中正常失效可以通過修磨處理繼續使用，而非正常失效不但大大縮短刀具的使用壽命，帶來經濟損失，還會危及使用者的人身安全。文章針對某廠生產的W6Mo5Cr4V2高速鋼絲錐斷裂的情況進行了分析討論，確定了該鉆頭失效的主要原因以期為企業改進生產工藝提供指導。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗原材料

試驗原材料為廠方提供的斷裂失效W6Mo5Cr4V2絲錐，化學成分（質量分數/%）為0.89C，0.35Si，0.33Mn，0.022P，0.011S，3.92Cr，1.91V，6.1W，4.92Mo。

1.2 試驗方法

在斷裂失效絲錐上切取橫向試樣和縱向試樣，用4%硝酸酒精溶液腐蝕，用HXS-1000A顯微硬度計測試硬度，用Zeiss Axio Scope A1金相顯微鏡進行顯微組織觀察

2 試驗結果與分析

2.1 硬度測試

分別對W6Mo5Cr4V2絲錐的螺紋部分和柄部進行硬度試驗，測試結果柄部38HRC，螺紋部分64.5 HRC，均達到GB/T 969-2007《絲錐技術條件》的技術要求。W6Mo5Cr4V2絲錐的淬回火硬度主要取決于W、Mo、Cr、V等堅硬的合金碳化物質點的數量、分布狀態及合金的基體組織。

2.2 顯微組織分析

圖1是失效絲錐斷口的宏觀形貌，可以看出斷口表面光滑平整，呈灰色，具有強烈的金屬光澤，有明顯的結晶顆粒，具有明顯的脆性斷裂形式，屬于脆性斷口。在斷口的邊緣處有明顯的二次斷裂痕跡，如圖中箭頭所示，表明材料極脆，工件極易斷裂。這與失效絲錐掉落就發生斷裂的事實是相吻合的。

圖1 斷口宏觀形貌

圖2為W6Mo5Cr4V2絲錐的橫向組織，為回火馬氏體+殘余奧氏體+碳化物顆粒。可以看出，基體中的碳化物顆粒發了明顯的偏聚長大，顆粒呈角狀和島鏈狀不均勻分布。碳化物的尺寸和分布均勻性是決定高速鋼質量的兩個重要指標，碳化物顆粒尺寸越小、形態越圓潤、分布越均勻，鋼的質量越好。粗大角狀和島鏈狀的碳化物易產生微裂紋，成為整個工件斷裂的裂紋源。

圖2 W6Mo5Cr4V2絲錐橫向組織

從圖2（b）中可以發現有明顯的奧氏體晶界和δ共析體（黑色物質），可以判斷組織出現了過熱現象，晶間結合力變弱，造成鋼的強度、韌性等力學指標的降低，在外力的作用下就容易產生斷裂。

圖3為W6Mo5Cr4V2絲錐的縱向組織，碳化物偏析嚴重，呈帶狀分布，根據GB/T 14979-1994《鋼的共晶碳化物不均勻度評定法》，碳化物不均勻度為5~6級。嚴重的碳化物偏析，導致鋼中的化學成分和顯微組織不均勻分布，在淬回火的過程中，碳化物帶狀附近區域中的奧氏體內的碳和合金元素會增加，從而鋼的Ms點下降，過冷奧氏體穩定性增大，致使熱處理后鋼中的殘余奧氏體增加，在碳化物帶狀附近呈現淺白色，在切削熱的作用下，殘余奧氏體向馬氏體轉變，而Ms點溫度越低，奧氏體向馬氏體轉變時的比容變化越大，致使絲錐內應力增加而引起畸變與斷裂。

圖3 W6Mo5Cr4V2絲錐縱向組織

基體中的非金屬夾雜物也是導致W6Mo5Cr4V2絲錐斷裂失效重要因素之一，非金屬夾雜物作為獨立相存在于鋼中，割裂了基體組織，破壞了基體組織的連續性，加大了基體組織的不均勻性，嚴重影響了鋼的各種性能，導致應力集中，產生夾雜裂紋。

3 結語

（1）碳化物尺寸粗大、形態不理想，在基體中偏析嚴重，呈帶狀分布以及過熱是造成絲錐內應力增加而引起畸變與斷裂主要原因；

（2）基體中的非金屬夾雜物割裂了基體組織，破壞了基體組織的連續性，加大了基體組織的不均勻性，也是造成絲錐內應力增加產生夾雜裂紋的原因。在奧氏體溫度下，長時間保溫會造成碳化物顆粒偏聚、粗化，通過減少裝爐量，縮短保溫時間證實可以顯著改善碳化物的偏聚和粗化現象。

其次，高速鋼的基體中固溶有大量的合金元素，使得淬火后產生大量的殘余奧氏體，這些殘余奧氏體在絲錐工作過程中由于冷熱疲勞極易產生裂紋，因此優化熱處理工藝，如多次回火［4］，減少殘余奧氏體是減小工件斷裂的有效途徑。

此外，高速鋼熱處理的溫度高，在高溫下容易發生氧化和脫碳，因此熱處理過程應使用鹽浴或真空加熱，對工件多次預熱，使用等溫或分級淬火以減小刀具的變形和開裂。