5分析与讨论
众所周知，钢材长时间在稍低于Acl温度下保温可使碳化物球化，但因所需时间太长，工业金相显微镜上很少使用。我们所用工艺时间短，得到的是不完全球化效果，但原理相同。
文献［1，2］中在对低于Acl温度下加热时，碳化物由片状向球状转化过程的描述是球状碳化物具有最小的表面能，因此从片状向球状的转化，使系统自由能降低是一个自发过程。根据胶态平衡理论，第二相颗粒的溶解度与曲率半径r有关，最近碳化物(K)尖角处r小的铁素体(F)，具有较高的碳浓度，而靠近平面处r大的F，碳浓度较低，这就引起碳的扩散，导致尖角处K溶解，而在平面处析出K，最终形成各部分r相近的球状K。此外，K片中还存在位错、亚晶界等晶体缺陷。缺陷的两边犹如r小的尖角，同样会引起K的溶解，通过碳的扩散，向平面部分析出，最后实现球化。上述过程可用图4示意说明：在K片中存在r小的尖角或晶体缺陷a；由于溶解——扩散——析出的结果，导致K片断裂b；并进一步溶成短杆状c；只要时间充足，最终将变成球状d。
需要注意的是，一般书中对碳化物片球化过程都用断面图示意出来，如图4中a～d。让我们将K的空间形貌变化过程示意画出如a′～c′。在一个珠光体或索氏体K片中，不仅断面存在尖角或亚晶界等缺陷，同样在K片的面上也存在这种缺陷a′；在适当温度下K片溶解，成为若干裂片，裂片上存在不同方向的沟槽b′；随时间延长，沟槽扩宽，尖角圆化，K片就会成为由若干碎片组成的像生姜块状的K。它有些部分已经断裂，甚至有些小碎片已经球化，但大部分又还连着。从不同角度作其剖面，就像将生姜切片，其断面呈圆形、椭圆形或短杆状，如图4c，但其空间形貌则是大部分还连着的枝叉块状，有点像生姜，如图c′。我们曾试想将其萃取在扫描电镜下观察，但未成功。因处理前K片很薄，处理后有的已经断开，连接处也十分细薄，萃取只得到一些碎粒和短枝条，其断面尺寸均＜0.3μm。热轧空冷的索氏体，组织中存在较多的位错，因此在Acl以下不需要很长时间(例如3h)，就可形成姜块状索氏体。如果时间继续延长，姜块状K还会断开、变圆，向完全球化转变。由于K很细薄，淬火加热温度应适当降低，以便淬火组织中K仍保持姜块状。
研究表明［3，4］：剪毛机刀片的刃口和刃面有不同的失效方式和磨损机理，也有不同的甚至互相矛盾的性能要求。最主要的破坏形式是刃口受夹杂于羊毛中的砂粒(最厉害的磨粒是硬达1100HV的石英)冲击而崩刃，砂粒从缺口进入上下刀片刃面之间形成三体磨损，在运动着的刀片带动下，划伤刃面并在出口处造成另一边刃口的崩刃。此外，处于亚表层的大颗粒K作为硬质第二相，在上下刀片相对摩擦时，由于和金属基体弹塑性变形不一致，会从内部先开裂而加速表层金属的剥落(图5)。金相显微镜还存在Suh在磨损的剥层理论［5］中指出的破坏，由于第二相硬质点会加剧位错塞积，加快空穴形成，若存在较大的硬质点，则空穴主要由于基体金属围绕硬质点的塑性流动而形成，在应力作用下，硬质点破碎，导致金属开裂。但Suh本人并未出示这样的照片来支持上述论点，而笔者则在剪毛机刀片刚磨损的新断面上，3次发现这种金属围绕大粒K呈旋涡状塑性流动的现象，见图6。
通常认为，硬度越高越耐磨。钢中渗碳体型碳化物(约1150HV)比马氏体基体(≤900HV)要硬，但它对刀片耐磨性的影响是复杂的。细小无尖锐棱角的碳化物(K)应该对刀刃的整体起到强化作用，但处于尖薄刃口上的脆性K颗粒本身则容易受冲击而破碎崩刃。十几年来笔者在扫描电镜下分析了上百个刀刃，从未发现大颗粒K能增强刃口的证明，相反即使是圆形K颗粒，也会先于基体而崩刃。而在刃面上与基体结合牢固的碳化物则与马氏体一同筑成高硬度防线，抵御磨粒的压入和划伤，使之压入浅些，划伤轻些。当磨粒在表面划过时，其尖角可对金属表面产生微观切削，形成“刨槽”，或将表面金属推向磨粒运动轨迹两侧和前方，形成塑性流动的“犁沟”。K愈细小弥散，强化效果愈好，愈能抵抗砂粒的压入。但当已压入表面的磨粒划动时，细小的K将随金属一起被切掉或被翻到两侧。这时与基体结合良好的大K因与石英砂粒硬度相当，可将其锐角打掉并阻止其前进。
磨粒磨损理论形象地用刨槽和犁沟来说明磨粒划伤表面的过程。耕地时小石块不能阻挡犁的前进，而大石块或树根则让犁寸步难行。K的作用也类似，只有足够大的颗粒(至少在一个方向的尺寸上大于磨粒压入的深度)才能制止划伤。但这会带来其它性能的降低，对刃口更有害。姜块状K与韧性较好的金属基体包覆面远大于粒状K，结合牢固，弥散强化效果好。虽然它的每一团块体积较大，磨粒划过时有如遇到树根受阻，但在不同角度断面上暴露出来的只是小颗粒或一小段，即使露出刃口上被崩掉，也只造成很小缺口。所以姜块状K兼有粗粒和细粒K的优点，是刀片的理想组织。
工具钢淬火前的预处理除球化退火外，金相显微镜还可根据需要进行调质处理以及轴承钢贝氏体化处理等。姜块状索氏体化处理与之相比，工艺简单，周期短，可在盐浴炉中进行，还可免去钢厂热轧后的退火，是一种节能工艺。
6结论
(1)工具钢在稍低于Acl温度下不太长时间保温，可使珠光体片不完全球化，形成姜块状索氏体，淬火后得到马氏体＋姜块状碳化物组织。
(2)姜块状碳化物兼有粗细粒状碳化物的优点，能兼顾刃口和刃面的不同性能要求，因而是锋利刀片的理想组织。
(3)与传统的球化退火相比，姜块状索氏体化处理是一种节能工艺[上海光学仪器厂]
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