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鋼液凝固時,各個晶粒 從中間往外一層一層增厚, 最後與鄰近枝晶相遇. 相遇處即枝晶界, 通常為圓弧線. 凝固後巨大的(沃斯田鉄)枝晶, 溫度下降到A1溫度下,  經相變化變成 顆粒較微細的次晶粒(sub-grain)--- 肥粒鉄+碳化物, 這些次晶粒在模具機械加工後 淬火昇溫所得的沃斯田鉄晶粒邊界為"新晶界". 

因凝固偏析的原因, 大尺寸(直徑>150)的模具鋼 (SKD 61, SKD 11),  其枝晶末端 (arm tip)碳濃度很高, 在凝固後的降溫中會析出碳化物薄膜. 如果隨後的均質退火與鍛造後球粒化處理 條件管控不當時, 此碳化物膜會遺留下來(在老晶界). 加工後的淬火(這次昇溫所得晶界為新晶界)通常無法消除它, 結果使得: 熱鍛模早裂, 壓鑄模提早出現"熱龜裂"(heat check).

(熱鍛)模具破裂後驗屍, 看到晶界碳化物, 要先分辨是在老晶界上, 還是新晶界上 (吳老師的經驗:十之八九是在老晶界上, 因為直徑大, 偏析就嚴重). 即使是在新晶界上, 還有可能是材料偏析嚴重的遺害 (非常不易辨識/界定, 所以最好檢驗素材,較無爭議), 每次看到 xx學會的檢驗報告, 只說熱處理淬火冷速不足, 或晶粒過大(粒度幾號算過大? 如果是 5號粒度, 那又過大了幾號?),  材料偏析(大尺寸者很常見)缺點絕口不提, 有時候會覺得是看不到?  還是因為當了材料商的門神, 所以避之而不提?

上: 3D;  下: 2D 枝晶影像. SEM

下: 偏析(高碳)區老晶界上的碳化物 (扭來扭去的線虫狀物);  新晶界(細黑網線, 內無碳化物) 照片 E

下: SKD 11  左:重蝕, 網目狀細白線就是老晶界上的碳化物, 這是鑄錠的遺物.  右, 放大1000X: 紅箭頭-->老晶界 ; 綠箭頭--> 新晶界. 右圖並非直接從左圖放大照出, 需另外浸蝕. 要蝕出這樣的結果, 需要a bit of 技術與 a lot of 耐心.

下: 看3D影像凝固時樹枝晶的枝掗 (arm)形狀, 你就知道為何 這些晶界碳化物薄膜連接起來常成為圓弧.