高碳鋼及高碳合金鋼中的碳化物常常表現出不均勻性，這種不均勻性主要表現為碳化物液析、碳化物帶狀和碳化物網狀。

1　碳化物液析

碳化物液析是液相中碳及合金元素富集而產生的亞穩工晶萊氏體。熱加工時，碳化物液析被破碎成不規則的碎塊，沿壓延方向呈鏈狀或條狀分布，如圖1所示。

圖1 軸承鋼中的碳化物液析 100X

碳化物液析是由于熔煉時鋼液過熱、澆注溫度偏高、鋼錠冷卻太慢，以及鉻元素降低碳在奧氏體中的Z大固溶度的綜合結果。一般認為碳化物液析屬于三角晶系碳化物，硬度極高，它的存在會使軸承零件在熱處理過程中產生淬火裂紋；在使用過程中因表皮碳化物的剝落而降低耐磨性，處于內部的液析碳化物會導致疲勞裂紋的產生而降低疲勞壽命。

2　碳化物帶狀

碳化物帶狀是鋼液在凝固過程中形成的結晶偏析（晶間偏析），造成碳高低濃度不同的偏析帶。

軋制延伸后，在冷卻過程中從高濃度區域析出大量過剩的二次碳化物，從而形成黑白（高低碳）相間的碳化物條帶組織，如圖2所示。

圖2 W18Cr4V鋼中的帶狀碳化物 100X

在鋼錠或鑄坯的Z后凝固區富集著大量的合金元素即硫、磷等雜質，是非金屬夾雜物和碳化物Z為聚集的區域。冷卻過程中碳化物析出的總量和分布狀態，主要取決于原始偏析程度。隨著碳化物帶狀偏析的加劇，熱處理的裂紋敏感性增強，高低碳帶之間的顯微硬度差增大，影響接觸疲勞壽命。帶狀碳化物可根據GB/T 1299《合金工具鋼》評定。

3　碳化物網狀

碳化物網狀是在過共析鋼中沿奧氏體晶粒邊界析出的呈網絡狀分布的過剩二次碳化物，它與鋼的化學成分和偏析程度有關，和碳化物液析、碳化物帶狀不均勻性一樣是影響零件使用壽命的因素。碳化物網狀可根據GB/T 1298《碳素工具鋼》評定。

圖3 鋼中的網狀二次碳化物 400X

圖3所示為T12鋼完全退火的顯微組織，圖中深色片層狀是珠光體，其周圍的白色網狀是二次滲碳體。

綜上所述，高碳鋼和高碳高合金鋼中的碳化物不均勻性，實質上是鋼液在冷卻過程中宏觀和微觀偏析的結果，三者之中以碳化物液析Z為有害。雖然碳化物液析在本質上和成因上與非金屬夾雜物截然不同，但就其危害性而言，可把碳化物液析歸并到夾雜物的檢驗范疇。消除碳化物液析，從本質上講就是要降低鋼中樹枝狀偏析的程度，使鋼中偏析Z嚴重的區域無法形成共晶萊氏體。

4　軸承鋼網狀碳化物的形成及危害

網狀碳化物是終軋溫度較高、軋后慢冷過程中在奧氏體晶界形成的。網狀碳化物一旦形成，尤其是碳化物完整地包圍晶界且又寬厚時，就會在以后的加工和使用過程中產生不良后果。首先，軸承鋼中嚴重的碳化物網狀并不能在以后的球化退火中完全消除，這樣，在軸承加工的研磨過程中就易產生磨削裂紋，也稱為龜裂；其次，如果碳化物網狀嚴重，不但球化退火不能消除，甚至在以后的淬火組織中仍有保留，在這種情況下很容易產生淬火裂紋，即使在淬火時沒有產生龜裂，在以后的使用過程中碳化物網狀也將容易引起疲勞裂紋。

軸承鋼中存在碳化物網狀組織時，將會增加鋼的脆性，降低軸承零件的疲勞壽命。因此，在使用狀態下的軸承鋼組織中不允許有嚴重的碳化物網狀組織存在。

5　消除碳化物網狀的方法

高碳鉻軸承鋼的含碳量較高，并且含有一定數量的碳化物形成元素。鋼液在凝固過程中，這些元素很容易發生偏析，導致鋼中的碳化物分布不均勻。

在生產過程中對消除碳化物網狀采取的措施如下：

1）在冶煉高碳鉻軸承鋼時，嚴格控制碳、鉻含量以達到要求。

2）在鋼錠的凝固過程中，應降低鋼中樹枝狀偏析，降低碳化物的級別。

3）控制較低的終軋溫度，并加快軋后的冷卻速度，降低軸承鋼的碳化物級別。

隨著軋制技術的不斷發展，軋后冷卻的方法逐漸被廣泛應用，即在降低終軋溫度的基礎上，軋后采用風冷、噴水或讓鋼材通過水槽進行冷卻。實踐證明，終軋溫度低于850℃時，奧氏體晶粒細小，同時軋后快冷，防止了在奧氏體晶界上網狀碳化物的析出，整個組織為細片狀的珠光體，對于消除網狀碳化物?果較好。

6　結束語

和大家分享了碳化物不均勻的幾種形態形成原因及消除方法。這幾種缺陷組織，在高碳鋼和模具鋼中是很容易出現的，應盡量避免。

（來源：熱處理）