2.7 高碳钢
碳钢在经适当热处理或冷拔硬化后，具有高的强度和硬度、高的弹性极限和疲劳极限（尤其是缺口疲劳极限），切削性能尚可，但焊接性能和冷塑性变形能力差。由于含碳量高，水淬时容易产生裂纹，所以多采用双液淬火（水淬+油冷），小截面零件多采用油淬。这类钢一般在淬火后经中温回火或正火或在表面淬火状态下使用。主要用于制造弹簧和耐磨零件。 碳素工具钢是基本上不加入合金化元素的高碳钢，也是工具钢中成本较低、冷热加工性良好、使用范围较广的钢种。其碳含量在0.65-1.35%，是专门用于制作工具的钢。
高碳钢的硬度、强度主要取决于钢中固溶的碳量，并随固溶碳量的增加而提高。固溶碳量超过0.6%时， 淬火后硬度不再增加，只是过剩的碳化物数量增多，钢的耐磨性略有增加，而塑性、韧性和弹性有所降低。为此，常根据使用条件和对钢的强度、韧性匹配来选用不同的钢号。例如，制造受力不大的弹簧或簧式零件，可选择较低碳量的65钢。一般高碳钢可用电炉、平炉、氧气转炉生产。要求质量较高或特殊质量时可采用电炉冶炼加真空自耗或电渣重熔。冶熔时，严格控制化学成分，特别是硫和磷的含量。为减少偏析，提高等向性能，钢锭可进行高温扩 散退火（对工具钢尤为重要）。热加工时，过共析钢的停锻（轧）温度要求低（约800℃），锻轧成材后应避 免粗大网状碳化物的析出，在700℃以下应注意缓冷，以防热应力造成裂纹。热处理或热加工过程中要防止表面脱碳（对弹簧钢尤为重要）。热加工时要有足够的压缩比，以保证钢的质量和使用性能。
2.8 过共析钢
工具用钢的含碳量往往超过0.77%，这种钢组织中渗碳体的比例超过12%，所以除与铁素体形成珠光体外，还有多余的渗碳体，于是这类钢的组织是珠光体+渗碳体。这类钢统称为过共析钢。
含碳量高于0.77%的碳素钢。显微组织有珠光体和先析渗碳体。该渗碳体沿原奥氏体晶界成网状分布。过共析钢因含有较多的碳、热处理后可得到很高的强度和硬度。通常采用不完全淬火，保留一部分未溶解的渗碳体，淬火后这些渗碳体以粒状分布在马氏体基体内，能提高钢的耐磨性。这种钢多用作工具钢使用。
过共析钢的淬火加热温度不能低于Ac1，因为此时钢材尚未奥氏体化。若加热到略高于Ac1温度时，珠光体不完全转变成奥氏体，并又少量的渗碳体溶入奥氏体。此时奥氏体晶粒细小，且其碳的质量分数已稍高于共析成分。如果继续升高温度，则二次渗碳体不断溶入奥氏体，致使奥氏体晶粒不断长大，其碳浓度不断升高，会导致淬火变形倾向增大、淬火组织显微裂纹增多及脆性增大。同时由于奥氏体含碳量过高，使淬火后残余奥氏体数量增多，降低工件的硬度和耐磨性。因此过共析钢的淬火加热温度高于Ac1太多是不合适的，加热到完全奥氏体化的Acm或以上温度就更不合适。
3 实验材料及方案
3.1 实验材料和设备
3.1.1 实验材料
经切割机切成的6块GCr15钢试样。图3.1为GCr15轴承宏观照片。
图3.1 GCr15试样
3.1.2 实验设备
实验所用设备见表3-1。
表3-1 课题研究用的仪器、设备
序号 名称 型号 规格
1 箱式电阻加热炉 SX-4-10 最高加热温度 1000 ℃
额定功率4KW
额定电压220V
炉膛尺寸300×200×120mm
2 砂轮机 S38T-200 200mm(台式)/(落地式)
转速：2850 rpm
最大切割截面：30×30mm，
砂轮片规格：250×2×32mm
3 抛光机 PG-2 抛盘直径：200mm
转速：1350转/分
4 照相系统 XSP-BM-20AV 常用光学放大倍率100/500
带数码摄影装置
5 显微硬度计 HXS-1000A 最大载荷1000g
各种消耗品：金相砂纸，抛光剂，抛光布，侵蚀剂。
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