摘要 摘要：規(guī)格為 M60 大絲錐，采用 M42 的鈷系高速鋼，使用不久便產(chǎn)生絲錐崩牙甚至斷裂現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)材料原始組織不佳；同時(shí)，著重展開(kāi)了熱處理過(guò)程的分析，發(fā)現(xiàn)工藝偏差，造成碳化物狀態(tài)不良、硬度超標(biāo)，這是絲錐崩牙的另一個(gè)重要因素。 

關(guān)鍵 關(guān)鍵詞：共晶碳化物 絲錐開(kāi)裂 金相分析 硬度超標(biāo) 工藝偏差 

M60 大絲錐采用代號(hào)為 M42 的鈷系高速鋼制作而成功，絲錐頭部 是 M42 材料，柄部采用 40Cr 焊接，M60 絲錐經(jīng)過(guò)熱處理后進(jìn)公司檢驗(yàn)， 發(fā)現(xiàn)個(gè)別絲錐，在錐部有裂紋；大部分絲錐，在螺母攻牙使用后不久， 產(chǎn)生絲錐崩牙斷裂，不但費(fèi)工費(fèi)料，還嚴(yán)重影響了正常生產(chǎn)秩序。 M60 大絲錐斷裂的原因何在？

一、絲錐的初始狀態(tài) 

1. 材料 

絲錐的材料：是 W2Mo9Cr4VCo8W2Mo9Cr4VCo8 鈷系高速鋼，代號(hào)M42，是美國(guó) AISI 標(biāo)準(zhǔn)的牌號(hào)，含鈷 8% 左右的超硬高速工具鋼。這 批材料的供應(yīng)商是日本日立公司。 

2. 規(guī)格 

絲錐規(guī)格為 Φ60X175 的大絲錐。為了節(jié)省材料，絲錐的頭部采 用 M42 材料，柄部采用 40Cr 焊接。 

3. 狀態(tài) 

絲錐在完成機(jī)加工后，公司委外進(jìn)行熱處理加工。在入庫(kù)檢驗(yàn) 時(shí)發(fā)現(xiàn)個(gè)別絲錐已經(jīng)形成裂紋；剩下大部分 M42 高速鋼絲錐現(xiàn)場(chǎng)攻 牙，一些絲錐螺母攻牙不到二十個(gè)就產(chǎn)生絲錐斷裂現(xiàn)象，另外稍微 好一些的絲錐，攻牙一百多個(gè)后也產(chǎn)生崩牙現(xiàn)象，斷裂狀況如下：（見(jiàn)圖一 、圖二）。 

圖一 斷裂在螺母內(nèi)的絲錐頭 圖二 斷裂的絲錐柄

4、斷裂的部位

斷裂區(qū)域是在焊接的上方、M42 材料處。（見(jiàn)圖三 M60 大絲錐、 絲錐裂紋在焊接縫隙的上方、絲錐收尾處，圖四是裂縫區(qū)域的剖面圖， 見(jiàn)紅色的圈圈內(nèi)中心的線(xiàn)條）。

二、熱處理方的檢測(cè)報(bào)告 

M64 大絲錐的質(zhì)量問(wèn)題嚴(yán)重影響了生產(chǎn)，公司向委托方交涉，請(qǐng) 他們分析，去找出斷裂的原因。經(jīng)過(guò)檢測(cè)分析，委托方得出了金相 檢驗(yàn)合格、熱處理正常的結(jié)論（見(jiàn)圖五）。

圖五 模具公司的分析報(bào)告

報(bào)告幾點(diǎn)結(jié)論意見(jiàn)： 1、檢測(cè)晶粒度為主，晶粒度為 10.0---9.5 級(jí)，合格； 2、有過(guò)熱現(xiàn)象，過(guò)熱組程度為 1 級(jí)； 3、回火程度為 1 級(jí)； 根據(jù)報(bào)告結(jié)論性意見(jiàn)，熱處理屬于正常范圍。

三、公司的檢測(cè)報(bào)告 

從模具公司的分析報(bào)告 , 可以看出報(bào)告存在嚴(yán)重的錯(cuò)誤：首先 是取樣的部位從圖片 1 的取樣來(lái)看：按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該取橫截面 來(lái)檢測(cè)材料的狀況，而從模具公司的檢測(cè)報(bào)告，是橫截面取樣，不 能真實(shí)地反映原始材料的組織真實(shí)狀態(tài)；二是，高速鋼檢測(cè)的要點(diǎn)， 是共晶碳化物的形狀與分布狀況及共晶碳化物的顆粒的大小，這對(duì) 高速鋼的性能起到?jīng)Q定性的作用；而模具公司橫截面的金相組織， 反映熱處理后的組織狀態(tài)，況且金相圖片不清晰、組織反映不全面。 我們按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，重新進(jìn)行取樣，從有螺紋的 M60 的絲錐尾 部橫截面來(lái)取樣（見(jiàn)圖六）。

我們按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，重新進(jìn)行取樣，從有螺紋的 M60 的絲錐尾 部橫截面來(lái)取樣（見(jiàn)圖六）。 將圖六分為三個(gè)區(qū)域：分別為 A、B、C； 圖六 絲錐尾部橫截面 A 區(qū)是絲錐尾部區(qū)域，材料是 M42； B 區(qū)是裂縫區(qū)域，是在 M42 材料區(qū)域范圍內(nèi)部，而不是接柄的部位； C 區(qū)是柄部區(qū)域，材料是 40Cr。

圖七 A 區(qū)絲錐尾部共晶碳化物 100X 圖八 A 區(qū)尾部共晶碳化物成為網(wǎng)狀 100X 圖九 A 區(qū)裂紋上方大碳化物顆粒 100X

圖十 B 區(qū)的裂紋狀態(tài) 100X 圖十一 B 區(qū)裂紋附近的共晶碳化物 500X 圖十二 C 區(qū) 40Cr 狀態(tài) 500X 圖十三 C 區(qū) 40Cr 組織 500X

A 區(qū) M42 材料的金相圖片說(shuō)明：圖七絲錐尾部共晶碳化物帶狀偏析嚴(yán)重，共晶碳化物按照標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)達(dá)到 6 級(jí)；圖八絲錐尾部共晶碳化物已 經(jīng)成為網(wǎng)狀，材料的性能?chē)?yán)重下降； B 區(qū)裂紋： 圖九，在裂紋上方大碳化物顆粒非常大，碳化物的直徑達(dá)到了 305.86μm 達(dá)到遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)中 76μm 碳化物最大允許值的要求； 圖十 裂紋在熱處理后已經(jīng)存在，它的的寬度達(dá)到 69.75μm；圖十一 B 區(qū)的裂紋附近的共晶碳化物嚴(yán)重偏析。 C 區(qū)的圖十二，材料是 40Cr，從金相圖片中可以看出，在基體中存在大量的大塊的鐵素體：塊狀鐵素體在組織中分布比較廣泛，一些鐵 素體沿晶界分布，成為網(wǎng)狀或者半網(wǎng)狀分布，按照評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到 8 級(jí)； C 區(qū)的圖十三可以看出，調(diào)質(zhì)后的組織內(nèi)部，組織內(nèi)的馬氏體組織 成為條狀和束狀分布，說(shuō)明回火組織不充分。C 區(qū)材料是 40Cr，不是主要部位，沒(méi)有產(chǎn)生問(wèn)題，不作進(jìn)一步討論。

再看絲錐各個(gè)區(qū)域的硬度檢測(cè)，A 區(qū)是 M42 的材料，C 區(qū)是 40Cr 的材料。

區(qū)域 實(shí)測(cè)量硬度（HRC） 平均值 A 區(qū) 70.0 69.8 70.0 69.8 70.0 69.9 C 區(qū) 23.0 21.5 23.0 23.0 25.5 23.2

表一 硬度檢測(cè)表格 

從硬度檢測(cè)表中，同樣可以看出，硬度偏高，達(dá)到 70HRC，超過(guò) ≥ 68HRC 的技術(shù)要求，從另一個(gè)側(cè)面可以說(shuō)明回火不充分，增加了 材料的脆性。 

四、檢測(cè)報(bào)告分析 

1. 材料存在問(wèn)題分析 M42 是鈷系萊氏體鋼；鋼材中的共晶是在鋼鐵冶練過(guò)程中，在冷 卻中碳化物直接從鋼液中共同結(jié)晶析出的碳化物，稱(chēng)為共晶碳化物； 共晶中碳化物稱(chēng)為初生碳化物，也稱(chēng)為一次滲碳體；在冶練工藝中， 稍有偏差，就容易產(chǎn)生會(huì)網(wǎng)狀、魚(yú)骨狀的粗大共晶碳化物，這些粗 大的、不均勻的共晶碳化物容易呈晶界分布；粗大的共晶碳化物脆 性大，難以采用普通的熱處理工藝進(jìn)行消除，即使進(jìn)行高溫?cái)U(kuò)散退 火，效果也不是十分理想；因此，首先必須嚴(yán)格的控制原材料的質(zhì)量。 粗大的共晶碳化物、網(wǎng)狀分布的碳化物，是材料冶煉過(guò)程中工藝控 制不當(dāng)引起的?！　?共晶碳化物狀態(tài)的不良，會(huì)直接影響到攻牙絲錐的質(zhì)量。如果 共晶碳化物不均勻度、碳化物顆粒，級(jí)別比較高，采用這樣材料制 成的絲錐，會(huì)造成質(zhì)量比較差，使用壽命短的狀況，公司當(dāng)前的大 絲錐就存在嚴(yán)重的材質(zhì)不佳狀況。 根據(jù) GB/T 14979-94《鋼的共晶碳化物不均勻度》的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)， 鋼的共晶碳化物不均勻度可以分為六套評(píng)級(jí)圖片系列，每一套評(píng)級(jí) 圖片可以分為 8 個(gè)級(jí)別。根據(jù)不同的材料、不同的加工方法、不同 的線(xiàn)材直徑，采用金相制樣的方法，對(duì)照?qǐng)D譜進(jìn)行分析判定。 高速工具鋼可以根據(jù) GB/T 9943-2008《高速工具鋼》的標(biāo)準(zhǔn)要 求進(jìn)行評(píng)定 , 公司生產(chǎn)的絲錐規(guī)格在 M60mm，因此原材料根據(jù)國(guó)家標(biāo) 準(zhǔn)，中等規(guī)格的材料，共晶碳化物不均勻度要求控制在 4 級(jí)左右， 大于 5 級(jí)不符合技術(shù)要求，會(huì)產(chǎn)生使用壽命短、容易崩刃、甚至斷 裂失效現(xiàn)象。上面帶狀碳化物已經(jīng)達(dá)到 6 級(jí)，不符合技術(shù)要求，是 造成開(kāi)裂的原因之一。

截面尺寸（直徑、邊長(zhǎng)、厚度或 對(duì)邊距離）/mm 共晶碳化物不均勻度合格級(jí)別 / 級(jí)，不大于≦ 40 3 ＞ 40-60 4 ＞ 60-80 5 ＞ 80-100 6 ＞ 100-120 7

截面尺寸（直徑、邊長(zhǎng)、厚度或 對(duì)邊距離）/mm 共晶碳化物不均勻度合格級(jí)別 / 級(jí)，不大于 ＞ 120-160 6A、5B ＞ 160-200 7A、6B ＞ 200-250 8A、7B

表二 線(xiàn)材直徑與碳化物不均勻度級(jí)別 

同時(shí)碳化物的大小對(duì)材料也有一定的關(guān)聯(lián)，同樣會(huì)影響到產(chǎn)品 的質(zhì)量，碳化物顆粒與原材料一般直徑大小有直接的關(guān)系，線(xiàn)材直 徑越小，要求碳化物顆粒越小。

具體要求見(jiàn)表三。 鋼棒尺寸 /mm 合格級(jí)別，不大于 ≦ 15 1 ＞ 15-40 2 ＞ 40-80 3 ＞ 80-120 4 ＞ 120 雙方協(xié)議 

表三 直徑與碳化物顆粒 

顯然，這批 M42 鋼在冶煉過(guò)程中，出現(xiàn)了冶煉偏差；共晶碳化 物的顆粒太大，超過(guò)了 Φ40---Φ80 線(xiàn)徑，控制在 3 級(jí)以?xún)?nèi)的標(biāo)準(zhǔn)， 而目前共晶碳化物已經(jīng)達(dá)到 7 級(jí)，不符合技術(shù)要求，不適宜制作絲錐。 

2. 熱處理工藝偏差 

絲錐質(zhì)量與熱處理工藝不當(dāng)，存在因果關(guān)系，從上面檢測(cè)報(bào)告 中可以看出 M60 大絲錐熱處理工藝存在幾處問(wèn)題： （1）有過(guò)熱現(xiàn)象，過(guò)熱組程度為 1 級(jí)（見(jiàn)模具公司報(bào)告），能 夠造成組織晶粒粗大，增加脆性； （2）C 區(qū)圖十二的組織鐵素體分布不均勻，存在大塊狀和網(wǎng)狀， 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行評(píng)定，共晶碳化物評(píng)為 7 級(jí)； （3）C 區(qū)圖十三調(diào)質(zhì)后存在殘余馬氏體痕跡，組織轉(zhuǎn)變不充分， 說(shuō)明回火嚴(yán)重不足； （4）調(diào)質(zhì)后，A 區(qū) M42 材料的硬度達(dá)到 70HRC，超過(guò)公司要求 HRC66——HRC68，硬度偏高，不但說(shuō)明回火不充分；并且增加了材 料的脆性。 （5）熱處理工藝不到位，碳化物的尖角狀（圖十五大塊碳化物 左下角），小凸起，（圖十四大塊碳化物右下角小凸起和左邊尖角）； 如果經(jīng)過(guò)熱處理加熱到位，這些細(xì)小碳化物應(yīng)該融入奧氏體組織中， 在熱處理后，從而達(dá)到改善組織、改變碳化物形狀及分布的作用。 但是從圖十四、圖十五中可以看出從碳化物的形狀中并沒(méi)有改 變可以看出：一些邊緣凸出的圖十四紅色圈圈、及尖角狀圖十五藍(lán) 色的圈圈，這些細(xì)小的碳化物仍然存在，如果熱處理工藝到位，通 過(guò)熱處理加熱過(guò)程，這些細(xì)微的碳化物應(yīng)該溶解消除，但是目前仍 然存在。

圖十四 大塊碳化物右下角 圖十五 大塊碳化物左下角

五、與模具公司商討及檢測(cè)整理及善后處理 

1. 碳化物狀態(tài)：材料中尖角狀及凸出的碳化物，合理的熱處理 工藝應(yīng)該予以消除，但是圖十四中，這種狀態(tài)的碳化物依然存在， 說(shuō)明熱處理工藝沒(méi)有到位，存在偏差，沒(méi)有改善碳化物的狀態(tài)。 2. 上面硬度檢測(cè)表格中，硬度達(dá)到 HRC70, 經(jīng)過(guò) 2018 年 9 月 22 日現(xiàn)場(chǎng)探討，并且雙方共同到實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，檢測(cè)試驗(yàn)后硬度分 別為：HRC70、HRC70.5、HRC70，平均硬度大于 HRC70；超過(guò)了技術(shù) 要求≤ HRC68 的要求。這樣硬度增加的同時(shí)，韌性有所下降，增加 了脆性斷裂的幾率。 3. 同時(shí)高硬度也反映了回火不充分，回火溫度偏低、回火時(shí)間 不足，組織應(yīng)力仍然存在。 4. 過(guò)熱組程度的存在（見(jiàn)模具公司報(bào)告），能夠造成組織晶粒 粗大，增加脆性。 以上幾點(diǎn)都說(shuō)明熱處理工藝不到位，存在嚴(yán)重的偏差，是造成 絲錐使用壽命低、個(gè)別形成開(kāi)裂甚至斷裂的主要原因之一。 5、熱處理工藝優(yōu)化能夠改變共晶碳化物組織的狀態(tài)、提高產(chǎn)品 的使用壽命，例如：Cr12MoV 材料幅條絲板，同樣是共晶碳化物組織 結(jié)構(gòu)；采用同一種材料、同一批次生產(chǎn)的產(chǎn)品，在不同的熱處理參 數(shù)進(jìn)行加工；由于工藝不同，碳化物形狀會(huì)有很大的改變。新熱處 理工藝，工藝參數(shù)到位，處理后碳化物分布比較細(xì)小、尖角狀及凸出的碳化物基本消除（見(jiàn)圖十六 b 新工藝）。反之，熱處理工藝參 數(shù)不到位的，碳化物明顯粗大（見(jiàn)圖十六 a 老工藝）。工藝改變后， 幅條絲板的使用壽命成倍增加，見(jiàn) **1。

          a 老工藝                                          b 新工藝

圖十六 不同工藝狀態(tài)的碳化物狀態(tài) **1

6. 在事實(shí)面前，模具公司不得不承認(rèn)熱處理工藝存在偏差；同 時(shí)，公司重新拿出 12 支絲錐，請(qǐng)模具公司再一次進(jìn)行熱處理，并且 強(qiáng)調(diào) M42 鈷系高速鋼熱處理工藝的特殊性。 在 12 支絲錐熱處理后，使用壽命雖然沒(méi)有達(dá)到以前正常水平， 但是比前一批熱處理的絲錐有所提高，絲錐使用壽命普遍提高了 2— 3 倍，每一支絲錐能夠正常使用，沒(méi)有出現(xiàn)開(kāi)裂的現(xiàn)象，公司可以接 受（因?yàn)槌藷崽幚砉に囃?，絲錐使用壽命還與材料因素有關(guān)）。 

六、結(jié)論 

經(jīng)過(guò)前面分析，共晶碳化物顆粒粗大，超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)要求，碳化 物成網(wǎng)狀分布，是原材料造成的先天不足（GB/T 14979）。而尖角狀 及凸出的碳化物，經(jīng)過(guò)熱處理依然存在，沒(méi)有消除，說(shuō)明熱處理加 熱過(guò)程中工藝不到位、存在偏差；而硬度超過(guò)技術(shù)要求，反映了回 火不充分、應(yīng)力沒(méi)有充分消除，增加了脆性而引起的開(kāi)裂的可能性！ M60X175 大絲錐斷裂原因是：M42 鈷系高速鋼的材料不符合標(biāo)準(zhǔn)， 再加上熱處理工藝存在嚴(yán)重偏差，二者疊加造成絲錐裂縫，最終形 成絲錐斷裂。

參考文獻(xiàn)

1、**1《金屬熱處理學(xué)報(bào) 第七次全國(guó)熱處理大會(huì)專(zhuān)輯》P291< 幅條絲板工藝探索 > 中圖 3 不同工藝光鏡照片 閻振中 章志英 

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3、GB/T 14979-94《鋼的共晶碳化物不均勻度評(píng)定法》 

4、GB/T 9986-2013《工具鋼熱處理金相檢驗(yàn)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》 

5、GB/T 10561-2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)圖顯微檢驗(yàn)法》 

6、GB/T 13220-2007《鋼質(zhì)模鍛金相組織評(píng)級(jí)及評(píng)定方法》 

7、《工具鋼及熱處理》遼寧科學(xué)技術(shù)出版社 2009 年 3 月版姚艷書(shū) 唐殿福主編8、《金屬材料金相熱處理檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)匯編》冶金工業(yè)信息標(biāo)準(zhǔn)研究院標(biāo)化研究所編 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社 2006 年 11 月出版

參考文獻(xiàn)