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材料是制造高寿命工具的基础。在实际生产中，我们经常会以各种方式看到材料缺陷。现在我们与您分享。希望大家在选择原材料的时候注意一下。下面分为16个例子。
1.散装原料
钢材经过酸蚀试验，发现试样表面部分区域不致密，存在肉眼可见的空隙。如果松动集中在试样的中心部位，称为中心松动；如果松散度均匀地分布在试样表面，则称为正常松散度。 GB/T9943-2008《高速工具钢》和GB/T1299-2014《工具和磨料钢》对钢材的松动度都有明确规定，但往往供应过剩。
损耗对钢的硬度影响很大，主要危害如下：
(1）气孔显着降低钢的硬度，在锻造等热加工过程中容易脱落，热处理时气孔也容易产生裂纹。
(2）由于材质松散，制成的工具很容易生锈，表面不发白。因为松散对钢材的性能有一定的影响，所以工具钢有严格的要求。松动允许等级规则 图1、图2为φ90mm（以下简称W18）钢原料及锻件松动、松动开裂形式（1：1HCl水碱液热蚀），图3是钢槽 铣刀因松动（1:1 HCl水碱液热蚀）严重热处理而开裂的图片。
图1中心松散
图2 钢坯锻造时中心松钢造成的裂纹
图3 槽铣刀材料在热处理过程中因松动而产生裂纹
2.沙眼残留
在钢坯的铸造过程中，由于钢水在凝结过程中在中心部分收缩而产生称为沙眼的棒状凹坑。沙眼通常位于坯料腹冒口附近，在坯料转成料时应将其去除。它不能完全去除，剩下的部分称为沙眼残留物。按理说应该彻底清除沙眼，但钢厂往往追求良率，留下残渣，给后续工序留下不可逆转的灾难。图4是φ钢砂眼渣和严重气孔（1:1HCl水碱液热蚀）的图片，图5是φ钢砂眼渣通过轧机后产生的裂纹（1:1HCl水碱液热蚀）。几年前，一家公司在锯切φ钢时，发现还有残留水泡。
图 4
图5W18钢砂眼开裂
3.表面裂缝
在高速钢原材料表面发现横向裂纹是很常见的。形成的原因有四个：
(1）钢材冷轧时，由于表面裂纹没有完全消除，或因表面被模孔咬伤，在冷却过程中偏斜集中，造成下沉沿着咬合线。
(2）镀锌时，因模孔不良或进给量大造成折痕，在后续加工中会沿折痕线形成裂纹。
(3）镀锌时温度过高，或冷却速度过快。
(4）某公司夏冷轧机W18钢13mm×4.5mm型钢经常发现表面裂纹，说明裂纹也有气候影响。无裂纹。图6为φ钢表面裂纹（1:1 HCl水碱热蚀），深度6mm。
图6表面裂纹
4.原材料中心裂纹
高速钢在镀锌过程中，由于变形过大，中心温度不降反升。在热变形的作用下，材料中心下垂。图7是φ钢的中心沉降图（1:1 HCl碱水溶液的热侵蚀）。在工具厂锯切高速钢原材料时，中心裂纹很常见。这裂缝杀人不眨眼，看不见摸不着，只有看才能看庐山真面目。
图7中心裂纹
5.硬质合金
合金在熔化过程中不均匀的物理成分称为碳化物，它是杂质在碳和钢中分布非常不均匀，会对钢的性能产生很大影响。碳化物可分为：①树枝状碳化物。 ②碳化物密度：合金中各组成相的密度变化很大。在熔化过程中，较重的会下沉，而较轻的会漂浮。 ③ 区域碳化物：由钢坯或铸钢中的杂质局部堆积引起的。
图 8 为 W18 钢调质后的金相试样（用 4% HNO3 酒精碱液蚀刻）。发现有一个十字形图案。物理成分分析表明，晶界含碳量低，十字形部分含碳量高。因此，人们认为十字形是一种不均匀的物理成分。它是碳及合金成分烧蚀造成的圆形碳化物，铣削后产生十字形。如果存在严重的区域碳化物，钢的硬度会增加，热加工时容易在晶界处断裂。
图8十字形硬质合金（3×）
6.氮化物不均匀
高速钢中固溶氮化物在热压加工过程中被破坏的程度称为基体不均匀性。变形量越大，基体的破碎程度越高，二硫化钼的不均匀度越低。当钢中晶粒严重时，如粗带、网、大晶粒的堆积，会对钢的质量产生较大的影响，所以要严格控制，以保证高品质-速度钢工具。条件。
图9显示了晶粒不均匀性对W18钢弯曲硬度的影响。从图中可以看出，7～8级有不均匀性的弯曲硬度仅为1～2级钢的40%～50%，降低到1200~，仅相当于钢的水平硬质合金中硬度较高的牌号；纵向性能约为横向性能的85%。晶粒的集中和带状分布会使渗碳碳化物不均匀，碳化物熔化不均匀。
图9 烧蚀不均匀度对高速钢弯曲硬度的影响()
严重的烧蚀不均匀很容易导致成品工具在使用中热加工时脱落、过热和碎裂。图 10 为 W18 钢粗带状晶粒的渗碳剥落（4% HNO3 酒精碱液侵蚀）。
图10厚带矩阵
7.网格矩阵
钢在镀锌或固溶时，加热温度过低，保温时间过长，导致碳化物长大，在缓冷过程中晶粒沿氢键析出，导致网状颗粒。
网状矩阵大大增加了刀具的延展性，容易产生崩刃。通常，钢中不允许有完整的网格矩阵。网状基体的检测应在调质后进行。
图11为T12A钢网氮化物（4%HNO3醇碱液侵蚀），图12为9SiCr钢网基体形式（4%HNO3醇碱液侵蚀），可见固溶严重过热。
图钢网氮化物（500×）
图钢网纹（500×）
8.颗粒凸起
有些工具厂在进行高速钢工件或切削加工时，工具会遇到坚硬的物质而被破坏。通常，由于铣削速度快、噪音大，这些缺陷在工件铣削时不易检测到。但是在切割的时候，可以观察到引起痘痘的顽固性疾病：比如麻花钻在铣槽的时候，发现铣刀不能在某个位置使用。继续处理，导致工具发出尖叫声和严重烧蚀。人们对这些材料进行剥皮测试，发现有肉眼可见的亮块。经过强度测试，这些亮块的强度极高，非疙瘩区域处于正常固溶状态。我们称之为“硬块”。由于凸块的存在，刀具损坏，铣削困难。
结块的形成可能是由于炼铁过程中化学成分的烧蚀造成的。块体本身可能是高强度的复合基体，也可能是硬偏析的铁锭在炼铁过程中没有熔化。储存在钢中。
图13是W18钢凸点低倍结构照片（用4%HNO3酒精碱液蚀刻），图中蓝色为凸点，灰黑色为铰刀槽。
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图13 W18钢凸块的低倍结构（20×）
9.杂项
夹杂物是钢中常见的缺陷，按其性质可分为金属夹杂物和非金属夹杂物。金属夹杂物的产生是因为炼铁合金在炼铁过程中没有充分熔化，或者是在铸造过程中流入的金属异物残留在钢坯中。
非金属夹杂物可能有两种类型：①外部夹杂物——主要是铸造系统不干净；设备上的耐火泥开裂；使用的炉料不纯等。 ②炼钢过程中的物理反应形成和沉淀的产物。
图14是W18钢中发现的金属夹杂物照片，图15是调质过程中非金属夹杂物引起的裂纹照片（4% HNO3酒精碱液侵蚀）。
图 14 金属夹杂物
图15调质过程中非金属夹杂物引起的裂纹(400×)
已发现夹杂物对钢的质量非常有害。它划分了钢的碳化物，增加了钢的塑性和硬度，使钢在铣削、锻造和热处理过程中容易被夹杂物损坏。产生裂缝。夹杂物还会引起钢的疲劳，使铣削和切削困难，因此工具钢对夹杂物应有一定的要求。
10.大量基板
钢在炼钢过程中，由于碳化物成分，晶粒分布不均匀钢材表面缺陷，或富含铁合金的基体未完全熔化，产生大块角珠光体，锻后保留不碎。 .
大基体的存在会降低刀具的延展性，容易造成崩刃。在热处理过程中，由于块体基体和合金元素的富集，容易形成过热、回火不足甚至沿氢键脱落等缺陷。
图 16 是由大块基材周围的碳化物引起的渗碳过热的图片（4% HNO3 酒精碱液侵蚀）。
图 16 体基板周围元件烧蚀和渗碳引起的过热 (500×)
11.基质液体分离
液态金属在熔化过程中，由于碳和合金元素的碳化物，冷却时，碳化物在液态中析出大的基体，在以后的正常加工中不易去除。该方式存在于钢中沿钢的轧机方向。这些碳化物被称为液化。图 17 为 CrMn 浸出图（4% HNO3 酒精碱液侵蚀）。
图17 基质液体分离（500×）
韧性钢的韧性很好，切割金属的连续碳化物，硬度增加。在 CrWMn 和 CrMn 钢中，液体沉淀很常见。如果用来制作量具，很难得到干净的白色表面。
12.石墨碳
由于固溶温度过低，保温时间长，钢的晶粒在长时间的缓冷过程中容易分解成游离碳或石墨。图 18 为 T12A 钢的石墨碳结构（用 4% 苦味酸酒精碱液蚀刻）。
图钢石墨碳结构（500×）
石墨碳的析出大大增加了钢的硬度和耐磨性，这些材料不适合制作工具和重要零件。
石墨碳重的钢，断口呈红色。石墨浓度可通过物理分析定性和定量测定，金相法可观察其形状和分布，石墨周围有较多的铁素体组织。
13.配料及配料不合格
混合是工具和磨料制造企业的常态，是管理失误和低级缺陷。混料包括混牌号、混料、混炉号三个方面。混合炉号很常见。导致热处理“冤假错案”多，上诉无处。
有时会出现刀具材料成分不合格的情况。部分高速钢构件不符合GB/T9943-2008《高速工具钢》标准。它们的碳含量很高，无论是高碳还是低碳。它属于HSS-E类别。由于C浓度高于标准下限，热处理后的强度达不到67HRC。还有哪些高性能高速钢叫什么？既然属于HSS-E类，钢厂必须保证钢材能达到67HRC以上。至于刀具是否使用了这么高的强度，是刀具厂内部的事情，与钢厂无关，达不到67HRC是钢厂的错。
磨具钢构件不合格的案例也不少，纠纷不断。
14.原料渗碳
国家对钢材渗碳层有标准，但钢材供应商经常供应渗碳超标的材料，给工具厂造成巨大经济损失。
带有除臭层的材料，工具表面强度增加，渗碳后耐磨性差，所以在加工时必须将钢材的渗碳层彻底清除，否则会给质量带来一系列隐患。图19为W18钢原料的渗碳形态（4%HNO3酒精碱液冲蚀），整流区为棒状渗碳马氏体，非渗碳区为调质马氏体+基体+残余奥氏体。图 20 显示了 M2 钢的渗碳。图21为T12钢的渗碳（4%HNO3酒精碱液侵蚀），全渗碳层为铁素体，过渡区为渗碳马氏体，非渗碳区为调质马氏体+基体。
图19等温渗碳渗碳层（250×）
图20M2钢渗碳
图钢渗碳层（渗碳→回火后）（200×）
15.W18钢无明显热处理效果
选用某公司W18钢13mm×4.5mm型钢，经1210℃、1230℃、1270℃三种温度盐浴调质，加热时间200s，晶界度为10.5级，如图22所示，调质后强度为65-65.5HRC，550℃三次渗碳后强度不增加反而增加。这个问题很奇怪，所以我称之为“轶事”。
图22W18钢渗碳10.5级（500×）
轶事的原因是晶粒在愚弄我们，意思是氮化物受热时没有渗入奥氏体，在渗碳过程中也没有析出。二次硬化？
16.表面质量
表面缺陷肉眼可见，规格必须在协议中确定。实际供应有不同的长度和规格。钢材表面凹陷薄、锈蚀砂孔、圆度、马蹄头、钢板不超标、厚度不均等表面缺陷较多。
还有很多钢材缺陷的例子。希望大家注意选择合适的材料。材料是基础。如果地基不牢固，地面就会摇晃。劣质材料能造出好工具吗？其实不是！
本文发表于《金属加工（热加工）》2019年第9期第51-55页，作者：赵步青、胡慧峰钢材表面缺陷，原标题：《刀具材料缺陷分析》。
