材料是制造高寿命工具的基础，在实际生产中，经常碰到各种形式的材料缺陷，现分享给大家，期望大家选择原材料时要重视，以下分16个实例说明。
钢材经酸蚀试验，发现试样表面部分区域组织不致密，出现一些肉眼可见的空隙，这些空隙呈现腐蚀程度较其他部分颜色深浅不规则的暗黑小点，称为疏松。如疏松集中于试样的中心部分，称为中心疏松；如果疏松较均匀地分布于试样的表面，称为一般疏松。GB/T9943—2008《高速工具钢》和GB/T1299—2014《工模具钢》都对钢材疏松有明确的规定，但常有超标供货。
（1）疏松使钢材的强度显著降低，在锻造等热加工过程中易开裂，热处理时也极易在疏松处形成裂纹。
（2）由于材料存在疏松，制成的工具极易造成磨损及表面不光洁。正因为疏松对钢材的性能有一定的影响，所以工具用钢对允许的疏松级别有严格的要求。图1、图2为φ90mm W18Cr4V（以下简称W18）钢原材料及锻造疏松、疏松致裂形态（1:1HCl水溶液热浸蚀），图3为W18Cr4V钢制槽铣刀因疏松严重热处理致裂的图片（1:1HCl水溶液热浸蚀）。
钢锭在浇注时，由于钢液在冷凝过程中收缩于中心部分形成管状的孔洞，称为缩孔。缩孔一般位于钢锭头部的冒口附近，在开坯成材时应加以切除，未能完全切除而剩余部分称为缩孔残余。按理讲，应该将缩孔完全切除，但钢厂往往追求成材率而留下残余，给后续工序留下不可挽回的灾难。图4为φ70mm W18钢缩孔残余及严重的疏松图片（1:1HCl水溶液热浸蚀），图5 为φ70mm W18钢缩孔残余经轧制后形成的裂纹（1:1HCl水溶液热浸蚀）。前几年某公司在锯切φ75mm M2钢时，发现也有缩孔残余。
（1）钢材热轧时，由于表面裂纹未彻底清除，或由于表面被模孔划伤，冷却过程中造成应力集中，沿划伤线）热轧时，由于模孔不良或进给量大而造成折叠，在后续的加工过程中会沿折叠线）热轧时由于停轧温度过低，或因冷却速度太快致裂。
（4）某公司寒冷的冬季轧制的W18钢13mm×4.5mm扁钢，常发现表面裂纹，说明裂纹也有气候效应，而同钢号、同规格其他时间轧制时则无裂纹。图6为φ30mm W18钢表面裂纹（1:1HCl水溶液热浸蚀），深度达6mm。
高速钢在热轧过程中，由于变形量过大，中心温度不降反升，在热应力作用下，造成材料中心开裂。图7为φ35mm W18钢中心开裂的图片（1:1HCl水溶液热浸蚀）。某工具厂在锯切高速钢原材料时，常见中心裂纹。此裂纹害死人，看不见摸不着，只有探伤才见庐山线.偏析
图 8 为 W18 钢淬火后的金相试样（4%HNO3酒精溶液浸蚀），发现有十字形图样，经化学成分分析，基体部分含碳量较低，十字形部位含碳量较高。所以认为十字形是一种化学成分不均匀，是由于碳和合金成分的偏析而造成的方形偏析，经轧制后形成十字形状。若有严重的区域偏析，将使钢的强度降低，在热加工时易在偏析处开裂。
图 9 是碳化物不均匀度对W18钢抗弯强度的影响。由图可知，不均匀度7～8级的抗弯强度仅为1～2级钢的40%～50%，降到1200～1500MPa，仅相当硬质合金中韧性较高牌号的水平；横向性能为纵向性能的85%左右。碳化物集中、带状分布还会使淬火晶粒不均、碳化物溶解不匀，前者致使过热倾向加剧，后者使二次硬化能力下降。
严重的碳化物不均匀性，容易造成热加工过程中开裂、过热，并使制成的工具在使用中崩刃。图10为W18钢粗带状碳化物淬火开裂（4%HNO3酒精溶液浸蚀）。
图11为T12A钢网状碳化物（4%HNO3酒精溶液浸蚀），图12为9SiCr钢网状碳化物形态（4%HNO3酒精溶液浸蚀），可见退火中严重过热。
有一些工具厂在进行高速钢车削或铣削时，刀具会遇到坚硬的物质而损坏。一般在车削时往往由于切削速度快及噪声较大，这种缺陷不易被发现，但在铣削时，就可能观察到硬块作怪的乱象：例如麻花钻铣槽时，发现铣刀服役到某一位置不能继续加工，产生尖叫的声音及使刀具严重烧损。人们把这种材料剖开检查，发现有肉眼可见的亮块，经过硬度试验，这种亮块硬度极高，竟然达到1225HV，而非硬块区为正常的退火状态。我们把它称之为“硬块”。由于硬块的存在，造成刀具的损坏及切削困难。
图13为W18钢硬块低倍组织的照片（4%HNO3酒精溶液浸蚀），图中白色的为硬块、灰黑为钻头槽部。
图14为W18钢中发现的金属夹杂物的照片，图15为非金属夹杂物在淬火时引起开裂的照片（4%HNO3酒精溶液浸蚀）。
业已查明，夹杂物对钢的质量危害很大，它将钢的基体起分割，降低了钢的塑性和强度，使钢在轧制、锻造、热处理时易在夹杂物处形成裂纹。夹杂物也会导致钢的疲劳和造成切削及磨削困难，所以工具钢对夹杂物应有一定的要求。
大块碳化物的存在，将造成工具脆性增大，容易产生崩刃现象。在热处理过程中，由于大块碳化物及合金元素的富集，易产生过热、回火不足甚至沿晶界开裂等缺陷。
图16为大块碳化物周边成分偏析造成淬火过热的图片（4%HNO3酒精溶液浸蚀）。
石墨碳严重的钢材，断口呈黑色。石墨含量可以用化学分析作定性及定量测定，其形状及分布可用金相法进行观察，在石墨周围会出现较多的铁素体组织。
工模具制造企业混料是常态，属管理之过，是一种低级缺陷。混料包括三方面：混钢号、混规格、混炉号，特别是混炉号非常普遍，给热处理造成不少“冤假错案”，也没有地方申诉。
工具材料成分不合格时有发生，有些高速钢成分不符合GB/T9943—2008《高速工具钢》标准，特别是碳，不是高就是低。W6Mo5Cr4V2Co5属HSS-E类，因C含量低于标准下限，经热处理后硬度达不到67HRC，还叫什么高性能高速钢？既然属HSS-E类，钢厂必须保证该钢能达到67HRC以上，至于刀具用不用如此高的硬度，是工具厂内部的事，跟钢厂无关，但达不到67HRC就是钢厂的失误。
国家对钢材脱碳层都有标准，但钢材供应商往往还会将脱碳超标的材料供货，使工具厂蒙受很大的经济损失。
具有脱碳层的材料，淬火后工具表面硬度降低、耐磨性差，所以钢材的脱碳层必须在机加工过程中全部切除，否则将带来一系列的质量隐患。图19为W18钢原材料脱碳形貌（4%HNO3酒精溶液浸蚀），脱碳区为针状回火马氏体，非脱碳区为淬火马氏体+碳化物+残留奥氏体。图20为M2钢脱碳。图21为T12钢脱碳（4%HNO3酒精溶液浸蚀），全脱碳层为铁素体，过渡区为贫碳回火马氏体，无脱碳区为回火马氏体+碳化物。
我们选取某公司的 W18钢 13mm × 4.5mm 扁钢，用1210℃、1230℃、1270℃三种温度盐浴淬火，加热时间均为200s，晶粒度都为10.5级，如图22所示，淬火后硬度都在6 5～65.5HRC，经550℃三次回火后硬度不升反而降低。这个问题非常奇怪，所以笔者把称之为“奇闻”。
还有很多钢材缺陷的实例，希望大家重视选好材料，材料是基础，基础不牢，地动山摇。差材料能制造出好工具吗？当然不能！
本文发表于《金属加工（热加工）》2019年第9期51-55页，作者：安徽嘉龙锋钢刀具有限公司 赵步青、胡会峰，原标题：《工具材料缺陷分析》。
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