鋼的熱處理西北工業(yè)大學(xué) 第8章 鋼的回火轉(zhuǎn)變及回火

1、第八章 鋼的回火轉(zhuǎn)變及回火回火回火：將淬火鋼加熱到A1以下某一溫度，經(jīng)過保溫，然后以一定的冷卻方法冷至室溫的工藝過程。目的目的：去除去除殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力；調(diào)整性能；穩(wěn)定尺寸；調(diào)整性能；穩(wěn)定尺寸驅(qū)動力驅(qū)動力原始組織原始組織是是非平衡相非平衡相M M中碳過飽和中碳過飽和M M具有高的界面和應(yīng)變能具有高的界面和應(yīng)變能M回火加熱時組織轉(zhuǎn)變隨溫度升高：隨溫度升高：C C偏聚：偏聚：100 100 以下（時效）以下（時效）M M分解：分解：100 300 100 300 （過渡過渡碳化物析出碳化物析出、 析出）析出）殘余殘余A AR R分解：分解：200 300 200 300 碳化物類型轉(zhuǎn)變：碳化物類型

2、轉(zhuǎn)變：200 350200 350碳化物粗化、碳化物粗化、F F形成：形成：350350以上以上1 1 回火時的組織變化一、碳原子的重新分布（一、碳原子的重新分布（M M分解）分解）實驗實驗：選選Ms Ms 1c/a 1三、殘余AR分解與與M M分解同時進(jìn)行分解同時進(jìn)行C% 0.4%C% 0.4%明顯明顯分解發(fā)生在相界或分解發(fā)生在相界或殘余AR晶體內(nèi)部晶體內(nèi)部分解分解產(chǎn)物產(chǎn)物為為相相+ +（穩(wěn)定碳化物）或穩(wěn)定碳化物）或M M、B B碳化物顆粒狀，與殘余碳化物顆粒狀，與殘余A A有取向關(guān)系有取向關(guān)系低低M M板條之間板條之間的的殘余AR 分解分解形成的碳化形成的碳化物物連續(xù)連續(xù)導(dǎo)致回火脆性導(dǎo)致回

3、火脆性四、碳化物類型的轉(zhuǎn)變與與A A分解同時進(jìn)行分解同時進(jìn)行低低C C位錯位錯M M：偏聚在位錯附近的：偏聚在位錯附近的C C原子，可原子，可直接析出直接析出-K-K（Fe3C)Fe3C)。位置：析出在位。位置：析出在位錯線附近或錯線附近或M M條間界上，呈細(xì)小片狀條間界上，呈細(xì)小片狀高高C C孿晶孿晶M M：最先析出：最先析出-K-K，當(dāng)回火溫度，當(dāng)回火溫度高于高于250 250 析出析出-K-K和和-K-K。位置：。位置：M M孿孿晶面晶面112112M M上。上。低、中碳鋼在板條內(nèi)形核，與低、中碳鋼在板條內(nèi)形核，與M M有慣習(xí)面和有慣習(xí)面和取向關(guān)系，因小角度相界的消失取向關(guān)系，因小角度相

4、界的消失板條粗化板條粗化基體基體M M中中C%C%平衡，平衡， c/a c/a = =1 1。 但仍保持淬火但仍保持淬火時形態(tài)時形態(tài)內(nèi)應(yīng)力基本消除。內(nèi)應(yīng)力基本消除。高碳高碳M M 亞穩(wěn)定碳化物亞穩(wěn)定碳化物先形成先形成 隨后被穩(wěn)隨后被穩(wěn)定定碳化物碳化物取代取代n碳化物晶格結(jié)構(gòu)碳化物晶格結(jié)構(gòu)n密排六方點陣密排六方點陣n成分：成分：Fe2CFe3Cn碳化物碳化物n復(fù)雜斜方點陣復(fù)雜斜方點陣n成分：成分：Fe5C2n碳化物碳化物n復(fù)雜斜方點陣復(fù)雜斜方點陣n成分：成分：Fe3C碳化物轉(zhuǎn)變方式原位原位轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變：成分、結(jié)構(gòu)改變：成分、結(jié)構(gòu)改變獨立獨立 轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變 ：亞穩(wěn)定碳化物溶解，穩(wěn)：亞穩(wěn)定碳化物溶解，穩(wěn)定碳

5、化物在其它部位形核、長大定碳化物在其它部位形核、長大五、碳化物聚集、等軸F形成碳化物由棒、片碳化物由棒、片球球 粗化粗化（大吞小大吞?。?系統(tǒng)能量下降系統(tǒng)能量下降滲碳體滲碳體因密度小于因密度小于F F 較小的碳化物溶入較小的碳化物溶入基體基體 產(chǎn)生空位產(chǎn)生空位促進(jìn)促進(jìn)滲碳體滲碳體長大長大大角度相界合并大角度相界合并晶粒長大晶粒長大等軸等軸F FM M形貌消失形貌消失殘余應(yīng)力消除殘余應(yīng)力消除c/a c/a = =1 1綜上所述：綜上所述：總體變化總體變化2 回火后的性能變化 一、一、硬度硬度在在100100時略高（亞穩(wěn)定碳化物共格作用時略高（亞穩(wěn)定碳化物共格作用 M M中析出中析出C C的弱化作

6、用）的弱化作用）溫度溫度 100 100后后硬度硬度，因為：，因為：M M中中C C析出析出固溶強化效果固溶強化效果殘余殘余A A分解分解碳化物析出碳化物析出基體基體C C平衡平衡碳化物粗化碳化物粗化F F等軸化（再結(jié)晶）等軸化（再結(jié)晶）二、強度、塑性隨溫度升高隨溫度升高強度降低、塑性升高強度降低、塑性升高碳鋼均在碳鋼均在300400300400時時彈性彈性最最好好三、韌性除回火脆性外，溫度升高除回火脆性外，溫度升高韌性升高韌性升高高碳鋼回火韌性提高顯著高碳鋼回火韌性提高顯著亞亞穩(wěn)定穩(wěn)定碳化物析出碳化物析出 內(nèi)應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力降低降低 M M收縮收縮 顯微裂紋顯微裂紋減少減少碳化物碳化物 聚集聚集焊

7、合顯微裂紋焊合顯微裂紋小結(jié)硬硬 度度 ：200200以下，以下，HRCHRC不變。不變。300300，HRCHRC降低。降低。 彈性極限：彈性極限： 在在300-400 300-400 最高。最高。 塑塑 性：性： 在在600-650 600-650 最高。最高。3 合金元素對回火的影響過程與碳鋼回火相同，推遲進(jìn)程過程與碳鋼回火相同，推遲進(jìn)程特點特點提高回火抗力提高回火抗力某些鋼產(chǎn)生某些鋼產(chǎn)生二次硬化二次硬化現(xiàn)象現(xiàn)象影響回火脆性影響回火脆性一、提高回火抗力1 1、時效、時效、低溫回火低溫回火 影響影響小小2 2、 316316 中溫回火中溫回火合金合金元素元素降低碳的擴散系數(shù)降低碳的擴散系數(shù)N

8、iNi、SiSi等非碳化物形成元素向等非碳化物形成元素向M M中擴散中擴散CrCr、V V等等碳化物形成元素碳化物形成元素向碳化物中擴向碳化物中擴散散以上因素此時不是過程轉(zhuǎn)變的控制因以上因素此時不是過程轉(zhuǎn)變的控制因素，故影響弱素，故影響弱3 3、SiSi中溫回火時中溫回火時 阻礙碳化物類阻礙碳化物類型轉(zhuǎn)變型轉(zhuǎn)變 顯著提高回火抗力顯著提高回火抗力4 4、除、除NiNi、P P外，其它合金元素外，其它合金元素隨隨回回火溫度升高，阻礙碳化物粗化、火溫度升高，阻礙碳化物粗化、F F再結(jié)晶再結(jié)晶提高回火抗力提高回火抗力5 5、如如殘余殘余A A在回火在回火保溫保溫時未分解時未分解P P或或B B，則則回

9、火冷卻時回火冷卻時二次淬火二次淬火硬硬度提高、脆性增加度提高、脆性增加進(jìn)行再次回火進(jìn)行再次回火二、引起二次硬化1 1、產(chǎn)生條件、產(chǎn)生條件500650500650含含有有強碳化物強碳化物形成元素（形成元素（TiTi、CrCr、V V、）的鋼的鋼強碳化物強碳化物形成元素超過一定形成元素超過一定% %2 2、 實質(zhì)實質(zhì)MoMo2 2C WC W2 2C VC TiC C VC TiC CrCr7 7C C3 3 共格碳化物共格碳化物的的 彌散強化彌散強化 作用作用超溫超溫過時效過時效硬度降低（碳化物類型硬度降低（碳化物類型轉(zhuǎn)變）轉(zhuǎn)變）3 3、合金碳化物取代滲碳體方式原位轉(zhuǎn)變原位轉(zhuǎn)變相界面形核相界面形

10、核二次硬化效果差（碳化物較粗）二次硬化效果差（碳化物較粗）獨立轉(zhuǎn)變獨立轉(zhuǎn)變位錯處形核位錯處形核長大長大碳化物細(xì)小碳化物細(xì)小效果效果好好多組元多組元效果佳效果佳轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)型序列型序列FeFe3 3C C VC VCFeFe3 3C C W W2 2C C W W6 6C C4 4、工程意義工具鋼工具鋼提高紅硬性提高紅硬性耐熱鋼耐熱鋼高溫強度好高溫強度好結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)鋼提高材料強度、韌性提高材料強度、韌性輕量輕量化設(shè)計化設(shè)計5、提高二次硬化效果的途徑形變形變+ +淬火淬火位錯密度提高位錯密度提高碳化物彌散析出碳化物彌散析出加合金元素（加合金元素（CoCo、AlAl、SiSi、NbNb） 抑制特殊碳化物生長抑

11、制特殊碳化物生長4 鋼的回火脆性一、一、 （ 第一類第一類 、低溫、不可逆）低溫、不可逆） 回火回火 馬氏體馬氏體 脆脆1 1、特征、特征韌性降低；冷脆轉(zhuǎn)化溫度升高；沿晶斷裂韌性降低；冷脆轉(zhuǎn)化溫度升高；沿晶斷裂250400250400產(chǎn)生，與冷卻速度無關(guān)產(chǎn)生，與冷卻速度無關(guān)幾乎所有鋼都存在幾乎所有鋼都存在不能消除，只能減輕不能消除，只能減輕已產(chǎn)生此脆性工件在高溫區(qū)回火已產(chǎn)生此脆性工件在高溫區(qū)回火消除消除（再次在此溫區(qū)回火不產(chǎn)生脆性（再次在此溫區(qū)回火不產(chǎn)生脆性 不可逆）不可逆）2、產(chǎn)生原因（不定論）殘余殘余A A分解分解脆化溫區(qū)與殘余脆化溫區(qū)與殘余A A分解溫區(qū)相同，加合金元分解溫區(qū)相同，加合金

12、元素素脆化溫區(qū)脆化溫區(qū)會會升高升高低、中碳鋼板條之間滲碳體薄膜生長所致低、中碳鋼板條之間滲碳體薄膜生長所致A A晶界雜質(zhì)偏聚晶界雜質(zhì)偏聚俄歇實驗高純度材料俄歇實驗高純度材料回火脆性傾向降低回火脆性傾向降低S S、P P 雜質(zhì)偏聚雜質(zhì)偏聚 弱化晶界弱化晶界殘余殘余A A分解分解+ +A A晶界晶界 SbSb、SnSn、P P、S S、As As 雜質(zhì)雜質(zhì)偏聚偏聚3、措施降低雜質(zhì)降低雜質(zhì)細(xì)化晶粒降低雜質(zhì)細(xì)化晶粒降低雜質(zhì)% % （脫氧劑；細(xì)化（脫氧劑；細(xì)化元素）元素）加加Mo Mo 降低降低 晶界磷晶界磷% %降低降低MnMn加合金加合金改變脆化溫度改變脆化溫度等溫淬火代替淬火等溫淬火代替淬火+ +

13、回火工藝回火工藝二、 （ 第二類、可逆） 回火脆1 1、特征、特征較高的回火溫區(qū)出現(xiàn)，時間較高的回火溫區(qū)出現(xiàn)，時間明顯明顯沿晶、合金偏聚；其他特點同前沿晶、合金偏聚；其他特點同前對冷卻速度敏感，快冷不出現(xiàn)對冷卻速度敏感，快冷不出現(xiàn)某些合金鋼出現(xiàn)某些合金鋼出現(xiàn)脆性可逆，脆性可逆，只要在此溫區(qū)只要在此溫區(qū)（或大于（或大于此溫此溫區(qū)區(qū)）回火緩冷即出現(xiàn)）回火緩冷即出現(xiàn)已經(jīng)脆化工件已經(jīng)脆化工件不滿足溫度、材料、冷不滿足溫度、材料、冷速三個條件速三個條件脫脆脫脆2、影響因素成分成分致脆元素：致脆元素：MnMn、CrCr、NiNi、SiSi與雜質(zhì)共存時出現(xiàn)與雜質(zhì)共存時出現(xiàn)多種元素共同作用多種元素共同作用明顯

14、明顯：促進(jìn)元素：促進(jìn)元素：P P、SnSn、SbSb、AsAs、B B、S S去脆元素：去脆元素：W W、MoMo、V V、TiTi； Mo% Mo%約約0.5%0.5%最佳最佳碳鋼碳鋼不出現(xiàn)不出現(xiàn)熱處理熱處理時間；冷卻速度時間；冷卻速度；脆化溫區(qū)回火；脆化溫區(qū)回火組織：組織：MBPMBP晶粒大晶粒大明顯明顯3、機理平衡偏聚理論平衡偏聚理論雜質(zhì)晶界偏聚雜質(zhì)晶界偏聚晶界畸變能晶界畸變能二重偏聚：二重偏聚：A A化時化時合金晶界偏聚合金晶界偏聚回火回火 雜質(zhì)被吸引雜質(zhì)被吸引 偏聚偏聚晶界晶界合金合金元素元素回火回火晶界偏聚晶界偏聚v合金與雜質(zhì)親和力大合金與雜質(zhì)親和力大晶內(nèi)也析出碳化物晶內(nèi)也析出碳化

15、物抑制脆性抑制脆性v合金與雜質(zhì)親和力中等合金與雜質(zhì)親和力中等晶界雜質(zhì)偏聚晶界雜質(zhì)偏聚脆性脆性v合金與雜質(zhì)親和力小合金與雜質(zhì)親和力小雜質(zhì)晶界不偏聚雜質(zhì)晶界不偏聚抑制脆性抑制脆性非平衡偏聚理論：非平衡偏聚理論：雜質(zhì)雜質(zhì) 在在滲碳體滲碳體中中溶解度小溶解度小 滲碳體滲碳體 形成時排除雜質(zhì)形成時排除雜質(zhì)相相界、界、晶界雜質(zhì)晶界雜質(zhì)% %升高升高超過脆化溫度超過脆化溫度雜質(zhì)向雜質(zhì)向F F中擴散中擴散； 滲碳體滲碳體溶解溶解脆性會脆性會消失消失4、預(yù)防大型工件加大型工件加MoMo、W W降低雜質(zhì)降低雜質(zhì)% %細(xì)化晶粒細(xì)化晶粒形狀形狀簡單簡單的的小工件回火后快冷小工件回火后快冷亞溫淬火亞溫淬火磷溶入磷溶入F

16、 F中中晶界處磷晶界處磷% %降低降低5鋼的回火工藝一、加熱溫度制定原則一、加熱溫度制定原則成分（碳含量、合金含量）成分（碳含量、合金含量）淬火后的硬度淬火后的硬度技術(shù)要求技術(shù)要求經(jīng)驗公式（經(jīng)驗公式（Wc%=0.350.65%Wc%=0.350.65%）1 1）回火）回火=300+=300+（57-HRC757-HRC710-10.8- Wc% )10-10.8- Wc% )1501502 2）回火）回火=T1+=T1+（淬火（淬火HRC- HRC- 技術(shù)要求技術(shù)要求HRC)HRC)1010 T1 T1：碳鋼：碳鋼=200=200；合金鋼；合金鋼=220=220回火種類1 1、低溫回火、低溫回

17、火目的目的：降低應(yīng)力；提高韌性：降低應(yīng)力；提高韌性組織組織：回火馬氏體回火馬氏體（/+/+），），保留淬保留淬火形態(tài)火形態(tài)性能性能：硬度與淬火時相當(dāng)硬度與淬火時相當(dāng)高碳鋼高碳鋼耐磨性好耐磨性好韌性提高，內(nèi)應(yīng)力降低韌性提高，內(nèi)應(yīng)力降低應(yīng) 用軸承軸承鋼鋼制作耐磨制作耐磨工件工件工、模具鋼工、模具鋼滲碳、滲碳、C C、N N共滲工共滲工件件銑刀銑刀雙頭鉆雙頭鉆量具鋼（冷處理量具鋼（冷處理回火回火 研磨研磨 時效）時效）低碳鋼低碳鋼制作高制作高強度工件強度工件2、中溫回火目的目的 提高彈性極限；獲得高的強韌性配合提高彈性極限；獲得高的強韌性配合組織組織 回火屈氏體回火屈氏體（F+F+細(xì)小碳化物，光鏡下

18、細(xì)小碳化物，光鏡下仍難分辨），保留淬火仍難分辨），保留淬火M M形貌形貌性能性能 彈性極限最高；強韌性配合好彈性極限最高；強韌性配合好應(yīng)用應(yīng)用 彈性工件；熱模具彈性工件；熱模具T與T區(qū)別T 中溫回火產(chǎn)物，F(xiàn)e3C呈顆粒狀；來自MT正火產(chǎn)物，F(xiàn)e3C呈片狀。來自過冷A形態(tài)、性質(zhì)均不同3、高溫回火（調(diào)質(zhì)處理）目的目的獲得好的綜合力學(xué)性能獲得好的綜合力學(xué)性能產(chǎn)生二次硬化效果產(chǎn)生二次硬化效果組織組織 回火索氏體回火索氏體（F+F+顆粒碳化物），顆粒碳化物），M M形貌消失形貌消失性能性能綜合性能優(yōu)于綜合性能優(yōu)于S S某些合金鋼具有高的紅硬性某些合金鋼具有高的紅硬性應(yīng) 用高速鋼產(chǎn)生紅硬性高速鋼產(chǎn)生紅硬性

19、高合金鋼的軟化預(yù)備熱處理高合金鋼的軟化預(yù)備熱處理滲滲N N、表面感應(yīng)加熱的預(yù)備熱處理表面感應(yīng)加熱的預(yù)備熱處理重要結(jié)構(gòu)工件的最終熱處理重要結(jié)構(gòu)工件的最終熱處理二、回火時間根據(jù)經(jīng)驗公式選取根據(jù)經(jīng)驗公式選取與設(shè)備、裝爐量、工件厚度等有關(guān)與設(shè)備、裝爐量、工件厚度等有關(guān)回火溫度比回火回火溫度比回火時間時間對回火程度（性對回火程度（性能）的影響大能）的影響大回火效果回火效果低溫、長時間低溫、長時間= =高溫、短時間高溫、短時間回火程度通常用硬度衡量回火程度通常用硬度衡量高碳鋼為了防止淬火后開裂高碳鋼為了防止淬火后開裂應(yīng)該及應(yīng)該及時回火（時回火（2 2小時之內(nèi)）小時之內(nèi)）小結(jié)隨著回火溫度的提高，材料中的組織、力學(xué)性隨著回火溫度的提高，材料中的組織、力學(xué)性