岛津EPMA超轻元素分析之十： 电子探针对话钢中碳化物

碳是钢中最重要的合金元素之一，它极易与其它合金元素结合，形成碳化物。碳化物是钢中的重要组成相之一，碳化物的类型、数量、大小、形状及分布对钢的性能有着重要的影响。

渗碳体（Fe₃C）是钢中一种比较常见的碳化物，当它和铁素体组成交替排列的机械混合物时，就形成综合力学性能较好的珠光体组织；但当它以一次渗碳体的形式析出和珠光体共存时就会劣化钢的机械性能。晶界上的碳化物会降低晶界的结合力，容易导致材料出现沿晶开裂，所以不锈钢需要极力避免碳化物在晶界的析出；而对于一些工具钢，需要足够的碳含量以保证试样在淬火回火时得到充分稳定的碳化物析出。

碳化物兼具金属键和共价键的特点，性质较脆、硬度高、熔点高，并有导电特性。碳和钢中不同合金元素的结合能力不同，所以钢中各种碳化物的相对稳定性有所差异，碳化物的稳定性对于其形成、转变、溶解、析出以及长大等过程都有着极大的影响。

高速钢是由大量W、Mo、Cr、Co、V等元素组成的高碳高合金钢，是为了适应高速切割需求而发展起来的一类刃具钢。

测试样品为Mo系高速钢。利用电子探针对该Mo系高速钢进行元素面分析，可得到C、V、Cr、Mo、W等元素的分布情况。

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碳和这些元素的结合力有所差异，与V的结合力最强，其次分别是W、Mo、Cr、Mn、Fe等。从碳化物析出到最终形成稳定相的碳化物，碳化物的种类、析出顺序会经历复杂的过程。

使用2D散点图三元素相解析软件可以得到蓝色主要是Mo和W碳化物相、红色是以V碳化物为主的化合物相、绿色是Cr为主的化合物相。

使用3D散点图相解析软件，可以看出黄色固溶相及其上的绿色Cr碳化物相。

这些碳化物硬度很高，它们在淬火回火时弥散析出，尺寸从几十纳米到一二个微米不等，能够产生二次硬化效应，可显著提高钢的热硬性和耐磨性。

得益于岛津电子探针兼具灵敏度和分辨率的全聚焦分光晶体以及52.5°的高特征射线取出角配置设计，可以对钢铁材料中碳化物的类型、尺寸、形态进行直观的表征，测试结果对于钢铁材料工艺控制、强化机理研究等具有重要的指导意义。

撰稿人：赵同新、崔会杰