摘 要 使用金相显微镜、扫描电子显微镜、硬度计和拉力试验机观察并尝试热处理 深冷处理 SKD11钢回火处理后的显微组织、硬度和抗冲击性能(通称“深冷处理”)，采用MLD-10型载荷磨损试验机对SKD11钢冲击磨料的磨损特性进行了检测，并对冲击磨料的磨损原理进行了深入分析。结果表明，SKD11钢的部门由隐晶奥氏体、残余奥氏体和不同类型的渗碳体组成，其中包括碳化物渗碳体、非熔化碳体和斑点渗碳体。结果表明，SKD11钢的部门由隐晶奥氏体、残余奥氏体和不同类型的渗碳体组成，其中包括碳化物渗碳体、非熔化碳体和斑点渗碳体。SKD11钢的硬度为59.2 HRC，无空缺样品的冲击力约为16 J。在冲击磨损试验中，深冷处理SKD11钢的磨损率随损坏时间呈线性提高。在科研磨损期内，深冷处理后SKD11钢的早期磨损机理多为外部经济钻孔磨损和多次形状变化损伤，后期磨损机理多为应变力疲劳磨损。

关键字 SKD11钢；深冷处理；显微组织；断裂韧性；冲击磨料磨损；

损坏、破裂和形状变化是磨具无效的三种具体方式，其中磨具无效中损坏的比例较大[1]，但磨粒磨损是损坏过程中常见的损坏方式，冲击磨损是磨粒磨损的一种特殊方式，冲击磨料的磨损环节既有冲击锤的冲击效果，又有磨砂颗粒的磨损效果。为保证模具钢的耐冲击磨损特性，从模具零件表面进行改性[2]、[3]成分调节[3]、探索热处理方法改进[4]等方面，发现选用深冷处理可提高模具钢的耐磨性[5]。

以轻载场所常用的SKD11钢为研究主体，分析了SKD11钢在冲击磨损条件下的磨损机理，为SKD11钢的实际应用提供了参考。

实验中使用的SKD11钢成分如表1所示，其原成品尺寸为220 mm×60 mm×10 mm，实验期间对原试件进行热处理 深冷处理 回火处理（通常称为“深冷处理”），其热处理方法为：首先将试件放入ZKL-06010双室气淬火真空烧结炉进行真空处理，真空值为2.5 Pa，在700~750 ℃加热1 h，再加热至1 010 ℃后保温1 h，油淬后立即放入-80~-70 在4℃的SL-600型制氢罐中，保持4℃ h后取下试件冷却至室内温度，再进行200 ℃的回火处理[6]。

线切割机激光切割10 mm×10 mm×30 mm试件选用zeiss体视显微镜观察深冷处理后试样的合金成分，选用HRS-150表面洛氏硬度计测量待检测样品表面的硬度值，计算平均值为更终硬度值。

根据GB//GB/应力试件规格T 229-1984规范选用线切割机激光切割100 mm×10 mm×55 毫米没有空缺试件，为保证试验结果的准确性，取三个试件的平均冲击功作为更终冲击功[7]。

冲击磨料磨损试验在图1所示的MLD-10型载荷磨损试验机中进行。上试件为深冷处理后的SKD11钢，尺寸为10 mm×10 mm×30 mm，下试件为环形GCr15钢，强度为62 HRC，耐磨材料为400目地棕刚玉砂，实验常用冲击功为4.5 J，试验仪冲击工作频率为60次/min[6]。试验过程中，冲击锤往复自由落体，促进试件与试件环表面碰撞。耐磨材料从试件边缘的砂桶中注入，冲洗上下试件。应用精度为0.1 2mg电子分析天平各自精确测量试件、4、6、8、10 h损坏前后质量，选择透射电镜（SEM）观察SKD11钢深冷处理后的机构、断裂面的外部经济特点以及冲击磨料磨损后的表面形状。

2.1 SKD11钢深冷处理后组织分析

为了进一步掌握深冷处理后不同类型渗碳体的物质组成和比例，对试件中的渗碳体进行了能谱分析。从图3可以看出，球形和条形渗碳体都含有C 、Fe、Cr、V4元素表在斑点渗碳体中没有V原素。根据表2中各元素的原子百分比，可以计算出球形和条形渗碳体中的Cr7C3、VC、 (Fe，Cr)斑点状渗碳体为Cr7C3、(Fe，Cr)7C3。

2.2 SKD11钢深冷处理后的抗冲击性能 剖析

表3显示了SKD11钢深冷处理后冲击破裂时三个试件测得的冲击功。从均值可以看出，SKD11钢深冷处理后破裂时的冲击吸收功相对较低。主要原因是SKD11钢中奥氏体基材及周围渗碳颗粒过多，影响了晶体内部结构与晶界应力矩的平衡，降低了SKD11钢在冲击时的吸收动能。为了进一步分析深冷处理后SKD11钢试件的破裂原理，观察了SEM断口的形状。从图4中可以看出，横截面上有一定的总面积和不同尺寸的解理。解理遍布中小型凹盆，撕裂棱和韧窝占比小。因此，我们可以知道SKD11钢的冲击破裂方法是标准的解理断裂方法。

2.3 SKD11钢深冷处理后冲击磨料磨损结论 机理研究

图5显示了SKD11钢深冷处理后试件冲击磨料磨损量与损坏时间之间的关系曲线图。

2.3 SKD11钢深冷处理后冲击磨料磨损结论 机理研究

图5显示了SKD11钢深冷处理后试件冲击磨料磨损量与损坏时间之间的关系曲线图。冲击力为4.5 J时，在科学研究的磨损期内，样品的磨损率与损坏时间正相关，但6 h后曲线斜率略有扩大。这意味着试件在承受冲击磨料磨损的过程中，其磨损机制很可能在各个阶段发生变化。

对SKD11钢深冷处理后冲击磨料磨损原理进行更详细的分析，需要进一步观察磨损面的宏观外观。图6显示了SKD11钢深冷处理后的冲击磨损4 H后磨损面的SEM外观，图6（a）可以知道，试件损坏表面有箭头符号所示的硬相凸起，同时采用硬相断裂解理[8]。这种外观的诞生主要是因为SKD11钢中小块和球形渗碳体阻挡了显微镜的钻孔和形状变化，形成了“浮雕图案”的外观。由于延性大，大块碳化物渗碳体破裂，图6（a）所示的光洁解理。

由图6（b）可以知道，犁沟排水沟存在一定的不规则形状变化，犁沟两侧的原材料引向两侧，但没有去除基材。这种引向两侧和前面而不造成切割的体积称为犁皱[9]，如下图6所示（b）中圆形显示。棕刚玉颗粒物硬度为9.2~9.5。在冲击磨粒磨损过程中，SKD11钢深冷处理后的平均硬度为59.2 HRC，因此，在冲击磨损过程中，一方面，硬棕色刚玉颗粒在冲击力的作用下可能压入SKD11钢试件表面，另一方面，耐磨材料可能沿试件表面径向移动，产生犁沟，从而产生切割。当后续耐磨材料根据同一点数次时，会导致更多的原材料被引向犁沟两侧或前方，产生犁皱。当遇到后续磨砂颗粒的效果时，排水沟的原材料很可能会再次发生犁沟变形，引向两侧的凸起部分可能会铺平或再次沉积，从而导致原材料在冷硬化或其他增强作用下脱落成磨屑[8]。因此，SKD11钢深冷处理后短时间内的磨损机理是外部经济钻孔磨损和多次形状变化损伤。

图7显示SKD11钢深冷处理后冲击性磨料磨损8 h后SEM外观，从图7可以看出，磨损面部有箭头符号和圆形犁皱纹、凿痕及其表面裂纹，但犁皱、凿比例不大，损坏表面主要存在表面原材料脱落后留下的脱落坑。这种脱落坑的产生是由于磨砂颗粒在冲击力的作用下在表面留下冲击痕迹。在冲击磨砂颗粒的反复作用下，表面金属材料大大变形、硬化、开裂，导致脱落和磨屑。这种不断变形造成的磨损称为应变力疲劳磨损[10]。这种脱落坑的产生是由于磨砂颗粒在冲击力的作用下在表面留下冲击痕迹。在冲击磨砂颗粒的反复作用下，表面金属材料大大变形、硬化、开裂，导致脱落和磨屑。这种不断变形造成的磨损称为应变力疲劳磨损[10]。因此，SKD11钢深冷处理后冲击磨料的磨损原理大多是应变力疲劳磨损。

通过实验分析，SKD11钢深冷处理后，机构由隐晶回火马氏体、渗碳体和残余奥氏体组成，渗碳体上有不规则碳化物渗碳体、球形非熔化碳体及其颗粒；SKD11钢深冷处理后的平均强度为59.2 HRC，常温下无空缺试样的冲击功约为16 J，冲击断裂的方法是标准解理断裂；冲击功为4.5 J下，在科学研究的磨损期内，SKD11钢深冷处理后的磨损率与损坏时间正相关。短时间内的磨损机理为外部经济钻孔磨损和多次形状变化损伤，中后期冲击磨料的磨损原理多为应变力疲劳磨损。

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