第七章鋼的回火轉(zhuǎn)變

1、 第第 七七 章章鋼鋼 的的 回回 火火 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 變變 回火是將淬火鋼加熱到低于臨界點(diǎn)A1的某一溫度保溫一定時(shí)間，使淬火組織轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的回火組織，然后以適當(dāng)方式冷卻到室溫的一種熱處理工藝。 淬火鋼的組織主要是馬氏體或馬氏體加殘留奧氏體。馬氏體和殘留奧氏體在室溫下都處于亞穩(wěn)定狀態(tài)，馬氏體處于含碳過飽和狀態(tài)，殘留奧氏體處于過冷狀態(tài)，它們都趨于向鐵素體加滲碳體(碳化物)的穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)化。但在室溫下，原子擴(kuò)散能力很低，這種轉(zhuǎn)化很困難，回火則促進(jìn)組織轉(zhuǎn)化。 淬火鋼中內(nèi)應(yīng)力很大，淬火鋼件必須立即回火，以消除或減少內(nèi)應(yīng)力，防止變形或開裂，并獲得穩(wěn)定的組織和所需的性能。 為了保證淬火鋼回火獲得所需的組織和性能，必

2、須研究淬火鋼在回火過程中的組織轉(zhuǎn)變，探討回火鋼性能和組織形態(tài)之關(guān)系，并為正確制訂回火工藝(溫度、時(shí)間等)提供理論依據(jù)。為什么淬火鋼要進(jìn)行回火？為什么淬火鋼要進(jìn)行回火？ 鋼經(jīng)淬火得到的組織主要由馬氏體和少鋼經(jīng)淬火得到的組織主要由馬氏體和少量的殘余奧氏體等量的殘余奧氏體等亞穩(wěn)定組織亞穩(wěn)定組織組成。組成。 1 1、過飽和碳的馬氏體要發(fā)生脫溶分解；、過飽和碳的馬氏體要發(fā)生脫溶分解； 2 2、殘余奧氏體是高溫相處于過冷狀態(tài)，、殘余奧氏體是高溫相處于過冷狀態(tài)，也要發(fā)生轉(zhuǎn)變；也要發(fā)生轉(zhuǎn)變； 3 3、淬火過程還使鋼存在著較大的淬火應(yīng)、淬火過程還使鋼存在著較大的淬火應(yīng)力。淬火應(yīng)力要逐漸松弛。力。淬火應(yīng)力要逐漸松

3、弛。 以上這些變化會(huì)引起鋼的性能、形狀和以上這些變化會(huì)引起鋼的性能、形狀和尺寸的變化。尺寸的變化。 4 4、太脆。、太脆?；鼗鹂梢詼p少或消除應(yīng)力，可以回火可以減少或消除應(yīng)力，可以得到穩(wěn)定的組織、尺寸形狀和性得到穩(wěn)定的組織、尺寸形狀和性能，使工件達(dá)到服役狀態(tài)的要求。能，使工件達(dá)到服役狀態(tài)的要求。所以鋼一般不能在淬火狀態(tài)下使所以鋼一般不能在淬火狀態(tài)下使用，必須經(jīng)過回火才能使用。用，必須經(jīng)過回火才能使用。 一、淬火鋼的回火轉(zhuǎn)變及其組織 淬火碳鋼回火時(shí)，隨著回火溫度升高和回火時(shí)間的延長(zhǎng)，相應(yīng)地要發(fā)生如下幾種轉(zhuǎn)變。 (一)馬氏體中碳的偏聚 (二)馬氏體分解 (三)殘留奧氏體的轉(zhuǎn)變 (四)碳化物的轉(zhuǎn)變 (

4、五)滲碳體的聚集長(zhǎng)大和a相回復(fù)、再結(jié)晶(一)馬氏體中碳的偏聚 馬氏體中過飽和的碳原子處于體心立方晶格扁八面體間隙位置，使晶體產(chǎn)生很大的晶格畸變，處于受擠壓狀態(tài)的碳原子有從晶格間隙位置脫溶出來的自發(fā)趨勢(shì)。但在80-100以下溫度回火時(shí)，鐵原子和合金元素還難以進(jìn)行擴(kuò)散遷移，碳原子也只能作短距離的擴(kuò)散遷移。 板條狀馬氏體存在大量位借，碳原子傾向于偏聚在位錯(cuò)線附近的間隙位置，形成碳的偏聚區(qū)，降低馬氏體的彈性畸變能。例如含碳量0.25，晶格缺陷中容納的碳原子達(dá)到飽和時(shí)，多余碳原子才形成碳原子偏聚區(qū)，從而使馬氏體的正方度增大（？）。 片狀馬氏體的亞結(jié)構(gòu)主要為孿晶，除少量碳原子向位錯(cuò)線偏聚外，大量碳原子將向

5、垂直于馬氏體C軸的(100)面富集，形成小片富碳區(qū)，碳原子偏聚區(qū)厚度只有零點(diǎn)幾個(gè)納米，直徑約為1.0nm。 碳原子的偏聚現(xiàn)象不能用金相方法直接觀察到，但可用電阻法或內(nèi)耗法間接證實(shí)。(二)馬氏體分解 當(dāng)回火溫度超過80時(shí)，馬氏體開始發(fā)生分解，碳原子偏聚區(qū)的碳原子將發(fā)生有序化，繼而轉(zhuǎn)變?yōu)樘蓟飶倪^飽和a固溶體中析出。 隨著馬氏體的碳含量降低，晶格常數(shù)c逐漸減小，a增大，正方度ca減小。馬氏體的分解持續(xù)到350以上，在高合金鋼中可持續(xù)到600 。 溫度對(duì)馬氏體的分解起決定作用。馬氏體的含碳量隨回火溫度的變化規(guī)律如圖9-58所示。馬氏體的含碳量隨回火溫度升高不斷降低，高碳鋼的馬氏體含碳量降低較快。 回

6、火時(shí)間對(duì)馬氏體中含碳量影響較小。當(dāng)回火溫度高于150后，在一定溫度下，隨回火時(shí)間延長(zhǎng)，在開始1-2h內(nèi)，過飽和碳從馬氏體中析出很快，然后逐漸減慢，隨后再延長(zhǎng)時(shí)間，馬氏體中含碳量變化不大。因此鋼的回火保溫時(shí)間常在2h左右。 回火溫度越高，回火初期碳含量下降越多，最終馬氏體碳含量越低。 高碳鋼在350以下回火時(shí)，馬氏體分解后形成的低碳a相和彌散E碳化物組成的雙相組織稱為回火馬氏體。這種組織較淬火馬氏體容易腐蝕，故在光學(xué)顯微鏡下呈黑色針狀組織。 回火馬氏體中a相含碳量0.2-0.3，E碳化物具有密排六方晶格，通常用E-FexC表示，其中x=2-3。 經(jīng)x射線測(cè)出，E-FexC與母相之間有共格關(guān)系，并

7、保持一定的結(jié)晶學(xué)位向關(guān)系。 高碳鋼在80-150回火時(shí)，由于碳原子活動(dòng)能力低，馬氏體分解只能依靠E碳化物在馬氏體晶體內(nèi)不斷生核、析出，而不能依靠E碳化物的長(zhǎng)大進(jìn)行。在緊靠E碳化物的周圍，馬氏體的碳含量急劇降低，形成貧碳區(qū)，而距E碳化物較遠(yuǎn)的馬氏體仍保持淬火后較高的原始碳含量。于是在低溫加熱后，鋼中除彌散E碳化物外，還存有碳含量高、低不同的兩種a相(馬氏體)。這種類型的馬氏體分解稱為兩相式分解。 當(dāng)回火溫度在150-350之間時(shí)，碳原子活動(dòng)能力增加，能進(jìn)行較長(zhǎng)距離擴(kuò)散。因此，隨著回火保溫時(shí)間延長(zhǎng)，E碳化物可從較遠(yuǎn)處獲得碳原子而長(zhǎng)大，故低碳a相增多，高碳a相逐漸減少。最終不存在兩種不同碳含量的a相

8、，馬氏體的碳含量連續(xù)不斷地下降。這就是所謂連續(xù)式分解。 直到350 左右，a相碳含量達(dá)到平衡時(shí)，正方度趨近于l。至此，馬氏體分解基本結(jié)束。 析出的E碳化物存在于馬氏體形態(tài)的a相中。 含碳量0.5的碳鋼或低合金鋼淬火后，有可觀數(shù)量的殘留奧氏體。 高碳鋼淬火后于250300之間回火時(shí)，將發(fā)生殘留奧氏體分解。 圖9-61是含碳1.06的鋼于1000 淬火，并經(jīng)不同溫度回火保溫30min后，用x射線測(cè)定的殘留奧氏體量變化(淬火后殘留奧氏體體積分?jǐn)?shù)尚存35)?？梢姡S回火溫度升高，殘留奧氏體量減少。 殘留奧氏體與過冷奧氏體并無本質(zhì)區(qū)別，它們的C曲線很相似，只是兩者的物理狀態(tài)不同而使轉(zhuǎn)變速度有所差異而已。

9、 圖9-62是高碳鉻鋼殘留奧氏體和過冷奧氏體的C曲線。與過冷奧氏體相比，殘留奧氏體向貝氏體轉(zhuǎn)變速度較快，而向珠光體轉(zhuǎn)變速度則較慢。 殘留奧氏體在高溫區(qū)內(nèi)回火時(shí)，先析出先共析碳化物，隨后分解為珠光體；在低溫區(qū)內(nèi)回火時(shí)，將轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w。在珠光體和貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間也存在一個(gè)殘留奧氏體的穩(wěn)定區(qū)。 淬火高碳鋼在200-300回火時(shí)，殘留奧氏體分解為a相和E碳化物組成的機(jī)械混合物，稱為回火馬氏體或下貝氏體。(四)碳化物的轉(zhuǎn)變 馬氏體分解及殘留奧氏體轉(zhuǎn)變形成的E碳化物是亞穩(wěn)定的過渡相。當(dāng)回火溫度升高至250400時(shí)，形成比E碳化物更穩(wěn)定的碳化物。 碳鋼中比E碳化物穩(wěn)定的碳化物有兩種：一種是x-碳化物，化學(xué)

10、式是Fe5C2，具有單斜晶格；另一種是更穩(wěn)定的滲碳體（ Fe3C）。 碳化物的轉(zhuǎn)變主要取決于回火溫度，也與回火時(shí)間有關(guān)。圖9-63表示回火溫度和回火時(shí)間對(duì)淬火鋼中碳化物變化的影響。由圖可見，隨著回火時(shí)間的延長(zhǎng)，發(fā)生碳化物轉(zhuǎn)變的溫度降低?；鼗饻囟壬?，達(dá)到相同效果所需時(shí)間減少。 回火溫度高于250時(shí)，含碳量0.4的馬氏體中E碳化物逐漸溶解，同時(shí)沿112M晶面析出x-碳化物。x-碳化物呈小片狀平行地分布在馬氏體中，尺寸約5nm，它和母相馬氏體有共格界面并保持一定的位向關(guān)系。 由于x-碳化物與E-碳化物的慣習(xí)面和位向關(guān)系不同，所以x-碳化物不是由E碳化物直接轉(zhuǎn)變來的，而是通過E碳化物溶解并在其他地方

11、重新形核、長(zhǎng)大的方式形成的。這種所謂“單獨(dú)形核”的方式，通常叫做“離位析出”。 隨著回火溫度升高，馬氏體中除析出x-碳化物以外，還同時(shí)析出滲碳體，即Fe3C。析出Fe3C的慣習(xí)面有兩組：一組是112M晶面，與x-碳化物的慣習(xí)面相同，說明這組Fe3C可能是從x-碳化物直接轉(zhuǎn)變過來的，即“原位析出”；另一組是100M晶面，說明這組Fe3C不是由x-碳化物直接轉(zhuǎn)變得到的，而是由x-碳化物首先溶解，然后重新形核長(zhǎng)大，以“離位析出”方式形成的。剛形成的Fe3C與母相仍保持共格關(guān)系，當(dāng)長(zhǎng)大到一定尺寸時(shí)，共格關(guān)系難以維持，在300400時(shí)共格關(guān)系陸續(xù)破壞，滲碳體脫離a相而析出。 當(dāng)回火溫度升高到400以后，

12、淬火馬氏體完全分解，但a相仍保持針狀外形，先前形成的E碳化物和x碳化物此時(shí)已經(jīng)消失，全部轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)粒狀滲碳體。這種由針狀a相和無共格聯(lián)系的細(xì)粒狀滲碳體組成的機(jī)械混合物叫做回火托氏體。 圖9-64為淬火高碳鋼400回火時(shí)得到的回火托氏體金相顯微組織，其滲碳體顆粒難以分辨。在電子顯微鏡下可以清楚地看出回火托氏體中a相和細(xì)粒狀滲碳體(見圖9-65)。 回火溫度高于200時(shí)，含碳量0.8的高碳鋼在100左右回火時(shí)，硬度反而略有升高，這是由于馬氏體中碳原子的偏聚及E碳化物析出引起彌散強(qiáng)化造成的。 3、含碳量0.8的高碳鋼在200-300回火時(shí)，硬度下降的趨勢(shì)變得平緩。顯然，這是由于馬氏體分解使鋼的硬度下降

13、及殘留奧氏體轉(zhuǎn)變使鋼的硬度升高兩方面因素綜合作用的結(jié)果。 4、回火溫度在300以上時(shí)，由于滲碳體與母相的共格關(guān)系破壞以及滲碳體的聚集長(zhǎng)大而使鋼的硬度呈直線下降。 碳鋼隨著回火溫度的升高，其強(qiáng)度不斷下降，而塑性不斷升高(見圖9-72)。但在200-300較低溫度回火時(shí)，由于內(nèi)應(yīng)力的消除，鋼的強(qiáng)度和硬度都得到提高。 對(duì)于一些工具材料，可采用低溫回火以保證較高的強(qiáng)度和耐磨性(圖9-72c)。但高碳鋼低溫回火后塑性較差。 低碳鋼低溫回火后具有良好的綜合力學(xué)性能(圖9-72a)。 在300-400回火時(shí)，鋼的彈性極限最高，因此一些彈簧鋼件均采用中等溫度回火。當(dāng)回火溫度進(jìn)一步提高，鋼的強(qiáng)度迅速下降，但鋼的

14、塑性和韌性卻隨回火溫度升高而增長(zhǎng)。在500-600回火時(shí)，塑性達(dá)到較高的數(shù)值，并且保留相當(dāng)高的強(qiáng)度。因此中碳鋼采用淬火加高溫回火可以獲得良好的綜合力學(xué)性能(圖9-72b)。 合金元素可使鋼的各種回火轉(zhuǎn)變溫度范圍向高溫推移，可以減少鋼在回火過程中硬度下降的趨勢(shì)，說明合金鋼耐回火性高，比碳鋼具有更高的抵抗回火軟化過程的能力，即回火抗力高。 與相同含碳量的碳鋼相比，在高于300回火時(shí)，在相同回火溫度和回火時(shí)間情況下，合金鋼具有較高的強(qiáng)度和硬度。反過來，為得到相同的強(qiáng)度和硬度，合金鋼可以在更高溫度下回火，這又有利于鋼的韌性和塑性的提高。三、回火脆性 淬火鋼回火時(shí)的沖擊韌度并不總是隨回火溫度的升高單調(diào)地

15、增大，有些鋼在一定的溫度范圍內(nèi)回火時(shí)，其沖擊韌度顯著下降，這種脆化現(xiàn)象叫做鋼的回火脆性。 鋼在250-400溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)的回火脆性叫第一類回火脆性，也叫低溫回火脆性； 在450-650溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)的回火脆性叫做第二類回火脆性，也叫高溫回火脆性。 低溫回火脆性幾乎在所有的工業(yè)用鋼中都會(huì)出現(xiàn)。 一般認(rèn)為，低溫回火脆性是由于馬氏體分解時(shí)沿馬氏體條或片的界面析出斷續(xù)的薄殼狀碳化物，降低了晶界的斷裂強(qiáng)度，使之成為裂紋擴(kuò)展的路徑，因而導(dǎo)致脆性斷裂。 如果提高回火溫度，由于析出的碳化物聚集和球化，改善了脆化界面狀況而使鋼的韌性又重新恢復(fù)或提高。 鋼中含有合金元素一般不能抑制低溫回火脆性，但Si、Cr、M

16、n等元素可使脆化溫度推向更高溫度。例如WSi =1.0-1.5的鋼，產(chǎn)生脆化的溫度為300-320；而WSi =1.01.5、 WCr =1.52.0的鋼，脆化溫度可達(dá)350370。 到目前為止，還沒有一種有效地消除低溫回火脆性的熱處理或合金化方法。為了防止低溫回火脆性，通常的辦法是避免在脆化溫度范圍內(nèi)回火。 高溫回火脆性主要在合金結(jié)構(gòu)鋼中出現(xiàn)，碳鋼一般不出現(xiàn)這種脆性。 高溫回火脆性通常在回火保溫后緩冷的情況下出現(xiàn)，若快速冷卻，脆化現(xiàn)象將消失或受到抑制。因此這種回火脆性可以通過再次高溫回火并快冷的辦法消除，但是若將已消除脆性的鋼件重新高溫回火并隨后緩冷時(shí)脆化現(xiàn)象又再次出現(xiàn)。為此，高溫回火脆性又

17、稱可逆回火脆性。 鋼中含有Cr、Mn、P、As、Sb等元素時(shí)，會(huì)使高溫回火脆性傾向增大。如果鋼中除Cr以外，還含有Ni或相當(dāng)?shù)腗n量時(shí)，則高溫回火脆性更為顯著。而W、Mo等元素能減弱高溫回火脆性的傾向。例如鋼中含有鉬0.5左右或W為1時(shí)，可以有效地抑制高溫回火脆性。 高溫回火脆性產(chǎn)生的原因亦有許多說法。目前比較引人注意的是晶界偏聚機(jī)制。Sb、Sn、P、As等雜質(zhì)元素在回火處理時(shí)向原奧氏體晶界偏聚，減弱了奧氏體晶界上原子間的結(jié)合力，降低晶界斷裂強(qiáng)度是產(chǎn)生高溫回火脆性的主要原因。Ni、Cr等合金元素不但促進(jìn)這些雜質(zhì)元素的偏聚，而且本身也向晶界偏聚，進(jìn)一步降低了晶界斷裂強(qiáng)度，從而增大了回火脆性傾向。

18、Mo與雜質(zhì)元素發(fā)生交互作用，抑制雜質(zhì)元素向晶界偏聚，從而能減輕回火脆性傾向。 上述雜質(zhì)元素偏聚機(jī)制能較好地解釋高溫回火脆性的許多現(xiàn)象，并能有力地說明鋼在450550長(zhǎng)期停留使雜質(zhì)原子有足夠時(shí)間向晶界偏聚而造成脆化的原因。卻難以說明這類回火脆性對(duì)冷速的敏感性。 防止或減輕高溫回火脆性的方法很多。采用高溫回火后快冷的方法可抑制回火脆性，但這種方法不適用于較大工件。在鋼中加入Mo、W等合金元素阻礙雜質(zhì)元素在晶界上偏聚，也可以有效地抑制高溫回火脆性。此外，對(duì)亞共析鋼采用在A1-A3臨界區(qū)亞溫淬火方法，使P等雜質(zhì)元素溶入殘留的鐵素體中，減輕P等雜質(zhì)元素在原奧氏體晶界上的偏聚，也可以減小高溫回火脆性傾向。

19、還有，選擇含雜質(zhì)元素極少的優(yōu)質(zhì)鋼材以及采用形變熱處理等方法都可以減輕高溫回火脆性。 四、淬火后的回火產(chǎn)物與奧氏體直接分解產(chǎn)物的性能比較 同一鋼件經(jīng)淬火加回火處理后，可以得到回火托氏體或回火索氏體組織；由過冷奧氏體直接分解可得到托氏體或索氏體組織。這兩類轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能有什么差別呢? 它們都是鐵素體加碳化物的珠光體類型組織，但是回火托氏體和回火索氏體中的碳化物是呈顆粒狀的，而托氏體和索氏體中的碳化物是片狀的。碳化物呈顆粒狀的組織使鋼的許多性能得到改善。 圖9-74表示在相同硬度下共析鋼片狀組織和粒狀組織的力學(xué)性能。 硬度在20-35HRC范圍內(nèi)，淬火加回火產(chǎn)物是回火索氏體；而直接分解產(chǎn)物是細(xì)

20、珠光體，即索氏體。在相同硬度時(shí)，兩類組織的抗拉強(qiáng)度相近，但回火索氏體組織的屈服強(qiáng)度和塑性指標(biāo)均比索氏體高。尤其是硬度在2530HRC范圍內(nèi)，屈服強(qiáng)度和斷面收縮率的差別最大?？梢?，硬度為25-30HRC的回火索氏體組織綜合力學(xué)性能遠(yuǎn)比索氏體好得多。 硬度為25-30HRC的回火索氏體組織綜合力學(xué)性能遠(yuǎn)比索氏體好得多。這是由于片狀碳化物受力時(shí)會(huì)使基體產(chǎn)生很大的應(yīng)力集中，易使碳化物片產(chǎn)生脆斷或形成微裂紋。而粒狀碳化物造成的應(yīng)力集中小，微裂紋不易產(chǎn)生，故鋼的塑性、韌性好。因此，工程上凡是承受沖擊并要求優(yōu)良綜合力學(xué)性能的工件都要進(jìn)行淬火加高溫回火處理，即調(diào)質(zhì)處理，以得到具有優(yōu)良綜合力學(xué)性能的回火索氏體組

21、織。 對(duì)于具有回火脆性的鋼種，與進(jìn)行淬火加低溫回火獲得的回火馬氏體相比，進(jìn)行等溫淬火獲得的下貝氏體性能更為優(yōu)越。 圖9-75是在相同強(qiáng)度條件下40CrNiMo鋼兩種轉(zhuǎn)變產(chǎn)物沖擊韌度的比較。圖上的數(shù)字表示回火溫度或奧氏體等溫分解溫度。由圖可見，鋼分別進(jìn)行淬火后在低溫回火脆性溫度范圍回火及在低溫回火脆性溫度范圍等溫淬火后，當(dāng)強(qiáng)度相同時(shí)，下貝氏體的沖擊韌度顯著高于回火馬氏體。所以生產(chǎn)上在條件可能的情況下盡量采用等溫淬火方法，取代淬火加低溫回火，以獲得優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。為什么在硬度相同的情況下，淬火回為什么在硬度相同的情況下，淬火回火組織的塑性和韌性優(yōu)于正火組織？火組織的塑性和韌性優(yōu)于正火組織？ 因

22、為：因?yàn)椋? 1、滲碳體在兩種索氏體中、滲碳體在兩種索氏體中形狀形狀相相差很大，在受力變形過程中，片狀滲碳體差很大，在受力變形過程中，片狀滲碳體對(duì)基體連續(xù)性的損害作用比粒狀的大；對(duì)基體連續(xù)性的損害作用比粒狀的大； 2 2、片狀滲碳體易于斷裂形成微裂紋，而粒狀片狀滲碳體易于斷裂形成微裂紋，而粒狀滲碳體則不易產(chǎn)生微裂紋。滲碳體則不易產(chǎn)生微裂紋。 正由于鋼經(jīng)淬火回火后，獲得的組織中強(qiáng)正由于鋼經(jīng)淬火回火后，獲得的組織中強(qiáng)化相是粒狀均勻分布的，才具有好的綜合化相是粒狀均勻分布的，才具有好的綜合力學(xué)性能，力學(xué)性能，塑性和韌性優(yōu)于正火組織塑性和韌性優(yōu)于正火組織。 重要的鋼制工件需經(jīng)正確的淬火回火處理重要的鋼

23、制工件需經(jīng)正確的淬火回火處理后使用。后使用。 以下內(nèi)容是回火轉(zhuǎn)變的另一個(gè)版本PPT定定 義義鋼的回火是將鋼的回火是將淬火鋼淬火鋼加熱至加熱至A A1 1以以下的某一溫度，保溫，然后冷卻下的某一溫度，保溫，然后冷卻到室溫的一種熱處理工藝。到室溫的一種熱處理工藝。鋼在淬火狀態(tài)下一般不能使用。鋼在淬火狀態(tài)下一般不能使用。 為什么淬火鋼要進(jìn)行回火？為什么淬火鋼要進(jìn)行回火？ 鋼經(jīng)淬火得到的組織主要由馬氏體和少鋼經(jīng)淬火得到的組織主要由馬氏體和少量的殘余奧氏體等量的殘余奧氏體等亞穩(wěn)定組織亞穩(wěn)定組織組成。組成。 1 1、過飽和碳的馬氏體要發(fā)生脫溶分解；、過飽和碳的馬氏體要發(fā)生脫溶分解； 2 2、殘余奧氏體是高

24、溫相處于過冷狀態(tài)，、殘余奧氏體是高溫相處于過冷狀態(tài)，也要發(fā)生轉(zhuǎn)變；也要發(fā)生轉(zhuǎn)變； 3 3、淬火過程還使鋼存在著較大的淬火應(yīng)、淬火過程還使鋼存在著較大的淬火應(yīng)力。淬火應(yīng)力要逐漸松弛。力。淬火應(yīng)力要逐漸松弛。 以上這些變化會(huì)引起鋼的性能、形狀和以上這些變化會(huì)引起鋼的性能、形狀和尺寸的變化。尺寸的變化。 4 4、太脆。、太脆。回火可以減少或消除應(yīng)力，可以回火可以減少或消除應(yīng)力，可以得到穩(wěn)定的組織、尺寸形狀和性得到穩(wěn)定的組織、尺寸形狀和性能，使工件達(dá)到服役狀態(tài)的要求。能，使工件達(dá)到服役狀態(tài)的要求。所以鋼一般不能在淬火狀態(tài)下使所以鋼一般不能在淬火狀態(tài)下使用，必須經(jīng)過回火才能使用。用，必須經(jīng)過回火才能使用

25、。 一、淬火鋼在回火過程中的轉(zhuǎn)變 分三個(gè)階段：分三個(gè)階段：1 1馬氏體分解馬氏體分解2 2殘余奧氏體的分解殘余奧氏體的分解 3 3鐵素體基體的回復(fù)與再結(jié)晶鐵素體基體的回復(fù)與再結(jié)晶1 1馬氏體分解過程馬氏體分解過程 淬火馬氏體是碳在鐵素體中的過飽和淬火馬氏體是碳在鐵素體中的過飽和固溶體，一旦固溶體，一旦加熱加熱就會(huì)析出過飽和的就會(huì)析出過飽和的碳，發(fā)生分解轉(zhuǎn)變，馬氏體的正方度碳，發(fā)生分解轉(zhuǎn)變，馬氏體的正方度c ca a下降，逐漸趨于下降，逐漸趨于1 1。 當(dāng)回火溫度當(dāng)回火溫度足夠高足夠高時(shí)，過飽和的碳全時(shí)，過飽和的碳全部析出，馬氏體最終轉(zhuǎn)變成鐵素體加部析出，馬氏體最終轉(zhuǎn)變成鐵素體加碳化物碳化物的的

26、平衡組織平衡組織，并會(huì)發(fā)生碳化物，并會(huì)發(fā)生碳化物的長(zhǎng)大和球化。的長(zhǎng)大和球化。 (1)(1)碳原子偏聚碳原子偏聚 過飽和的碳原子始終存在著從晶格中脫過飽和的碳原子始終存在著從晶格中脫溶形成碳化物的趨勢(shì)。溶形成碳化物的趨勢(shì)。 在在室溫至室溫至100100的溫度范圍內(nèi)回火的溫度范圍內(nèi)回火，碳，碳原子不可能進(jìn)行較長(zhǎng)距離的擴(kuò)散，只能原子不可能進(jìn)行較長(zhǎng)距離的擴(kuò)散，只能做短距離擴(kuò)散遷移，形成碳的偏聚區(qū)。做短距離擴(kuò)散遷移，形成碳的偏聚區(qū)。碳原子可以向晶體缺陷處偏聚，例如偏碳原子可以向晶體缺陷處偏聚，例如偏聚在位錯(cuò)線上形成柯垂?fàn)枤鈭F(tuán)；碳原子聚在位錯(cuò)線上形成柯垂?fàn)枤鈭F(tuán)；碳原子也可以在板條馬氏體的也可以在板條馬氏體

27、的100100面、片狀面、片狀馬氏體的孿晶面馬氏體的孿晶面112112上偏聚形成富碳上偏聚形成富碳原子團(tuán)。原子團(tuán)。 自自 回回 火火在許多在許多MsMs點(diǎn)高的鋼中，馬氏體形點(diǎn)高的鋼中，馬氏體形成溫度高于成溫度高于100100，所以在馬氏，所以在馬氏體剛一形成就已經(jīng)發(fā)生了碳原子體剛一形成就已經(jīng)發(fā)生了碳原子的遷移偏聚過程，這一過程稱為的遷移偏聚過程，這一過程稱為自回火。自回火。(2)(2)形成形成過渡過渡碳化物碳化物 在在100100以上溫度回火，馬氏體內(nèi)開始析出以上溫度回火，馬氏體內(nèi)開始析出亞穩(wěn)定的過渡碳化物相。亞穩(wěn)定的過渡碳化物相。 加熱至加熱至100100250250時(shí)形成時(shí)形成碳化物，碳化

28、物，碳化碳化物呈條狀薄片或針狀，長(zhǎng)度約為物呈條狀薄片或針狀，長(zhǎng)度約為100nm100nm，在，在光學(xué)顯微鏡下無法分辨，而在電鏡下可以清光學(xué)顯微鏡下無法分辨，而在電鏡下可以清楚觀察到。楚觀察到。 碳化物的成分約為碳化物的成分約為FeFe2-32-3C C，具有密排六方，具有密排六方結(jié)構(gòu)，慣析面為結(jié)構(gòu)，慣析面為001001M M。碳化物形成的開碳化物形成的開始階段始階段( (低溫時(shí)低溫時(shí)) )與馬氏體保持共格，與馬氏與馬氏體保持共格，與馬氏體的位向關(guān)系是：體的位向關(guān)系是： (0001) (0001)E E(011)(011)M M，10 T110 T1E E101101M M。 回火溫度升高，回火

29、溫度升高，碳化物粗化，共格相界轉(zhuǎn)碳化物粗化，共格相界轉(zhuǎn)變?yōu)榘牍哺裣嘟?。變?yōu)榘牍哺裣嘟纭?回火溫度升高到回火溫度升高到250250以上，以上，Wc0.4%Wc0.4%的鋼中的鋼中碳化物會(huì)逐漸溶解消失，同時(shí)沿著馬氏體碳化物會(huì)逐漸溶解消失，同時(shí)沿著馬氏體112112面形成面形成X X碳化物。碳化物。 X X碳化物的成分大約是碳化物的成分大約是FeFe5 5C C，具有單斜結(jié)構(gòu)，具有單斜結(jié)構(gòu)，也是亞穩(wěn)定過渡相。也是亞穩(wěn)定過渡相。 X X碳化物不是由碳化物不是由碳化物直接轉(zhuǎn)化而來的，因碳化物直接轉(zhuǎn)化而來的，因?yàn)樗鼈兊膽T析面不同。為它們的慣析面不同。 與亞穩(wěn)定過渡碳化物析出的同時(shí)，馬氏體的與亞穩(wěn)定過渡碳化

30、物析出的同時(shí)，馬氏體的碳濃度逐漸減少，正方度逐步降低。碳濃度逐漸減少，正方度逐步降低。 (3)(3)滲碳體的形成滲碳體的形成淬火鋼在淬火鋼在250250300300回火時(shí)，即會(huì)回火時(shí)，即會(huì)有滲碳體有滲碳體FeFe3 3C C形成。形成。滲碳體與過渡碳化物相比，有較低滲碳體與過渡碳化物相比，有較低的吉布斯自由能。的吉布斯自由能。滲碳體可以通過過渡碳化物點(diǎn)陣轉(zhuǎn)滲碳體可以通過過渡碳化物點(diǎn)陣轉(zhuǎn)化成滲碳體點(diǎn)陣而形成，也可以從化成滲碳體點(diǎn)陣而形成，也可以從馬氏體中直接析出形成。馬氏體中直接析出形成。滲碳體最初的形狀是細(xì)小的薄片滲碳體最初的形狀是細(xì)小的薄片狀，與馬氏體保持一定的位向關(guān)狀，與馬氏體保持一定的位

31、向關(guān)系：系： (001) (001)FeFe3 3C C(211)(211)M M 100 100Fe3CFe3C011011M M 010 010Fe3CFe3C111111M M。在形成滲碳體時(shí)，片狀馬氏體中在形成滲碳體時(shí)，片狀馬氏體中的孿晶亞結(jié)構(gòu)也同時(shí)消失。的孿晶亞結(jié)構(gòu)也同時(shí)消失。 (4)(4)滲碳體的球化與長(zhǎng)大滲碳體的球化與長(zhǎng)大 回火溫度繼續(xù)升高，在碳素鋼中不再發(fā)生碳回火溫度繼續(xù)升高，在碳素鋼中不再發(fā)生碳化物的轉(zhuǎn)變，只有碳化物的形態(tài)、分布和尺化物的轉(zhuǎn)變，只有碳化物的形態(tài)、分布和尺寸發(fā)生變化。寸發(fā)生變化。 回火溫度在回火溫度在400400600600時(shí)，片狀滲碳體聚集時(shí)，片狀滲碳體聚集成

32、球狀，并長(zhǎng)大粗化；成球狀，并長(zhǎng)大粗化； 回火溫度到回火溫度到600600以上時(shí)，球狀滲碳體迅速以上時(shí)，球狀滲碳體迅速粗化。粗化。 滲碳體的球化和粗化，都是通過曲率半徑小滲碳體的球化和粗化，都是通過曲率半徑小的，相對(duì)不穩(wěn)定的滲碳體溶解到鐵素體中，的，相對(duì)不穩(wěn)定的滲碳體溶解到鐵素體中，較穩(wěn)定的曲率半徑大的滲碳體長(zhǎng)大來完成的。較穩(wěn)定的曲率半徑大的滲碳體長(zhǎng)大來完成的。 對(duì)于碳素鋼要對(duì)于碳素鋼要注意幾點(diǎn)注意幾點(diǎn) 1 1、回火溫度升到約、回火溫度升到約300300時(shí)，馬氏體中過時(shí)，馬氏體中過飽和的碳已基本以飽和的碳已基本以碳化物碳化物形式析出，正方形式析出，正方度已減小到度已減小到1 1，鐵素體的碳濃度也

33、已接近，鐵素體的碳濃度也已接近平衡狀態(tài)，馬氏體轉(zhuǎn)變已基本結(jié)束。平衡狀態(tài)，馬氏體轉(zhuǎn)變已基本結(jié)束。 2 2、溫度高于、溫度高于300300時(shí)，僅有過渡碳化物的時(shí)，僅有過渡碳化物的轉(zhuǎn)變和滲碳體的球化和長(zhǎng)大。轉(zhuǎn)變和滲碳體的球化和長(zhǎng)大。 3 3、WcWc小于小于0.40.4的馬氏體回火過程中，沒的馬氏體回火過程中，沒有有X X碳化物形成。碳化物形成。 4 4、濃度、濃度WcWc小于小于0.20.2的馬氏體回火時(shí)，也的馬氏體回火時(shí)，也不析出不析出碳化物，而是直接形成滲碳體。碳化物，而是直接形成滲碳體。2 2殘余奧氏體的分解殘余奧氏體的分解 含碳量大于含碳量大于0.40.4的碳素鋼淬火后，組織的碳素鋼淬火后

34、，組織中總含有中總含有較大量較大量的殘余奧氏體（？）。的殘余奧氏體（？）。 在回火溫度為在回火溫度為200200300300時(shí)，殘余奧氏時(shí)，殘余奧氏體便會(huì)發(fā)生分解，轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w體便會(huì)發(fā)生分解，轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w( (過飽過飽和鐵素體加和鐵素體加E E碳化物碳化物) )。 隨著回火溫度的升高，下貝氏體中過飽隨著回火溫度的升高，下貝氏體中過飽和鐵素體的碳濃度逐漸降低，和鐵素體的碳濃度逐漸降低，E E碳化物逐碳化物逐步轉(zhuǎn)變?yōu)闈B碳體，最后形成鐵素體加滲步轉(zhuǎn)變?yōu)闈B碳體，最后形成鐵素體加滲碳體組織。碳體組織。 3 3鐵素體基體的回復(fù)與再結(jié)晶鐵素體基體的回復(fù)與再結(jié)晶 回火溫度升高，隨著馬氏體的分解，回火溫度升

35、高，隨著馬氏體的分解，碳的析出，基體由存在著大量晶體缺碳的析出，基體由存在著大量晶體缺陷的過飽和碳的馬氏體，轉(zhuǎn)變?yōu)槿院莸倪^飽和碳的馬氏體，轉(zhuǎn)變?yōu)槿院写罅课诲e(cuò)等晶體缺陷的鐵素體。有大量位錯(cuò)等晶體缺陷的鐵素體。 但是鐵素體形態(tài)仍然保留原來的馬氏但是鐵素體形態(tài)仍然保留原來的馬氏體形態(tài)。體形態(tài)。 回火溫度繼續(xù)升高，鐵素體將逐步發(fā)回火溫度繼續(xù)升高，鐵素體將逐步發(fā)生再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大。生再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大。鋼淬火后在鋼淬火后在400400以下以下回火，基回火，基體仍保持原馬氏體的體仍保持原馬氏體的形態(tài)形態(tài)。高于高于400400時(shí)，開始發(fā)生基體的時(shí)，開始發(fā)生基體的回復(fù)過程，位錯(cuò)密度逐漸減小?；貜?fù)過程，位錯(cuò)密

36、度逐漸減小。在回復(fù)過程中，淬火應(yīng)力也在消在回復(fù)過程中，淬火應(yīng)力也在消失。失。 回復(fù)后的鐵素體基體的微觀組織仍保回復(fù)后的鐵素體基體的微觀組織仍保持原馬氏體板條狀和片狀特征。持原馬氏體板條狀和片狀特征。 溫度升高至溫度升高至600600以上，鐵素體基體以上，鐵素體基體開始再結(jié)晶，形成位錯(cuò)密度更低的鐵開始再結(jié)晶，形成位錯(cuò)密度更低的鐵素體等軸晶，板條狀、片狀特征消失。素體等軸晶，板條狀、片狀特征消失。與此同時(shí)，鐵素體晶粒開始長(zhǎng)大，但與此同時(shí)，鐵素體晶粒開始長(zhǎng)大，但這時(shí)滲碳體顆粒阻礙鐵素體迅速長(zhǎng)大。這時(shí)滲碳體顆粒阻礙鐵素體迅速長(zhǎng)大。 溫度在溫度在700700以上以上( (當(dāng)然低于當(dāng)然低于A A1 1點(diǎn)點(diǎn)

37、) )時(shí)，時(shí)，鐵素體晶粒將急劇長(zhǎng)大粗化。鐵素體晶粒將急劇長(zhǎng)大粗化。二、回火后的組織與性能 1 1回火組織回火組織 2 2回火后的力學(xué)性能回火后的力學(xué)性能1 1回火組織回火組織 淬火鋼在不同的回火溫度下，處于淬火鋼在不同的回火溫度下，處于不同的回火轉(zhuǎn)變階段，將會(huì)得到如不同的回火轉(zhuǎn)變階段，將會(huì)得到如下幾種回火組織。下幾種回火組織。 (1)(1)回火馬氏體回火馬氏體 (2)(2)回火屈氏體回火屈氏體 (3)(3)回火索氏體回火索氏體 (4)(4)回火珠光體回火珠光體 (1)(1)回火馬氏體回火馬氏體 回火馬氏體是回火馬氏體是150150250 250 低溫回火時(shí)得到的組低溫回火時(shí)得到的組織。織。 在

38、馬氏體中已有大量的在馬氏體中已有大量的細(xì)小細(xì)小碳化物，殘余奧碳化物，殘余奧氏體發(fā)生了部分分解氏體發(fā)生了部分分解（200200300300）。）。 光學(xué)顯微鏡下，淬火組光學(xué)顯微鏡下，淬火組織的形貌沒有變化，只織的形貌沒有變化，只有在電鏡下可以清晰地有在電鏡下可以清晰地觀察到，馬氏體基體中觀察到，馬氏體基體中分布著大量的分布著大量的E E碳化物。碳化物。(2)(2)回火托氏體回火托氏體 淬 火 馬 氏 體 經(jīng)淬 火 馬 氏 體 經(jīng)3503505005000 0C C中溫回中溫回火后得到的組織火后得到的組織稱為回火托氏體。稱為回火托氏體。 回火托氏體組織回火托氏體組織是鐵素體基體中是鐵素體基體中彌散

39、分布著極細(xì)彌散分布著極細(xì)小的片狀或粒狀小的片狀或粒狀滲碳體。滲碳體。 在光鏡下，鐵素在光鏡下，鐵素體仍基本保持原體仍基本保持原馬氏體的形貌特馬氏體的形貌特征，分辨不出滲征，分辨不出滲碳體的顆粒。碳體的顆粒。 (3)(3)回火索氏體回火索氏體 回火索氏體是淬火回火索氏體是淬火馬 氏 體 經(jīng)馬 氏 體 經(jīng) 5 0 05 0 0 650650高溫回火后高溫回火后得到的組織。得到的組織。 它是由鐵素體加球它是由鐵素體加球粒狀滲碳體組成的。粒狀滲碳體組成的。 在高倍的光鏡下可在高倍的光鏡下可以清晰地觀察到滲以清晰地觀察到滲碳體顆粒，原馬氏碳體顆粒，原馬氏體的形貌已基本消體的形貌已基本消失。失。(4)(4

40、)回火珠光體回火珠光體 回火珠光體又稱回火珠光體又稱回火球化組織，回火球化組織，是淬火馬氏體經(jīng)是淬火馬氏體經(jīng)650650以上長(zhǎng)時(shí)以上長(zhǎng)時(shí)間回火后得到的間回火后得到的組織。組織。 滲碳體已完全球滲碳體已完全球化，尺寸也已相化，尺寸也已相當(dāng)大了。當(dāng)大了。 右圖示出不同含右圖示出不同含碳量的碳素鋼回碳量的碳素鋼回火后硬度與回火火后硬度與回火溫度之間的關(guān)系，溫度之間的關(guān)系，硬度變化的總趨硬度變化的總趨勢(shì)是，勢(shì)是，隨著回火隨著回火溫度的升高而逐溫度的升高而逐漸的降低。漸的降低。在在200200以下回以下回火，硬度變化不火，硬度變化不大，這是因?yàn)樘即?，這是因?yàn)樘荚拥钠酆驮拥钠酆吞蓟锏奈龀鏊蓟?/p>

41、的析出所引起的硬化抵消引起的硬化抵消了馬氏體畸變減了馬氏體畸變減小所產(chǎn)生的軟化。小所產(chǎn)生的軟化。 含碳量大于含碳量大于O.8O.8的 高 碳 鋼 ， 在的 高 碳 鋼 ， 在100100左右回火硬左右回火硬度還稍許有所升高度還稍許有所升高(1(12HRC)2HRC)，這是，這是由于碳原子的偏聚由于碳原子的偏聚和和碳化物的析出碳化物的析出所引起的硬化效果所引起的硬化效果超過了軟化的效果超過了軟化的效果所致。所致。高 碳 鋼 在高 碳 鋼 在 2 0 02 0 0 300300回火出現(xiàn)一回火出現(xiàn)一個(gè)硬度個(gè)硬度“平臺(tái)平臺(tái)”，則是因?yàn)榇慊鸾M織則是因?yàn)榇慊鸾M織中的殘余奧氏體分中的殘余奧氏體分解使硬度上升

42、，和解使硬度上升，和馬氏體大量轉(zhuǎn)變使馬氏體大量轉(zhuǎn)變使硬度下降兩個(gè)因素硬度下降兩個(gè)因素綜合作用的結(jié)果。綜合作用的結(jié)果。高于高于300300回火，回火，馬氏體已經(jīng)完全馬氏體已經(jīng)完全分解，亞穩(wěn)定的分解，亞穩(wěn)定的過渡碳化物轉(zhuǎn)變過渡碳化物轉(zhuǎn)變成滲碳體，滲碳成滲碳體，滲碳體長(zhǎng)大，以及鐵體長(zhǎng)大，以及鐵素體基體回復(fù)、素體基體回復(fù)、再結(jié)晶等過程均再結(jié)晶等過程均使鋼軟化，因此使鋼軟化，因此硬度直線下降。硬度直線下降。 隨回火溫度的隨回火溫度的升高，碳鋼的升高，碳鋼的硬度下降，強(qiáng)硬度下降，強(qiáng)度也降低，而度也降低，而塑性升高。塑性升高。 4040鋼的各項(xiàng)力鋼的各項(xiàng)力學(xué)性能與回火學(xué)性能與回火溫度的關(guān)系如溫度的關(guān)系如圖所

43、示。圖所示。 在有關(guān)的手冊(cè)在有關(guān)的手冊(cè)中，可以查到中，可以查到現(xiàn)有各種鋼回現(xiàn)有各種鋼回火后的性能與火后的性能與回火溫度之間回火溫度之間的關(guān)系曲線或的關(guān)系曲線或圖表，根據(jù)工圖表，根據(jù)工件的服役要求件的服役要求利用這些數(shù)據(jù)利用這些數(shù)據(jù)就可以確定回就可以確定回火溫度?；饻囟取?高碳鋼淬火狀態(tài)（高碳馬氏體），雖然高碳鋼淬火狀態(tài)（高碳馬氏體），雖然硬度高，但由于內(nèi)應(yīng)力大，組織中存在硬度高，但由于內(nèi)應(yīng)力大，組織中存在顯微裂紋，塑性和韌性低，表現(xiàn)出大的顯微裂紋，塑性和韌性低，表現(xiàn)出大的脆性，不能直接使用。脆性，不能直接使用。 高碳馬氏體經(jīng)低溫回火后，內(nèi)應(yīng)力降低，高碳馬氏體經(jīng)低溫回火后，內(nèi)應(yīng)力降低，顯微裂紋得

44、到彌合，使鋼在保持高硬度顯微裂紋得到彌合，使鋼在保持高硬度的條件下，具有一定的塑性和韌性的條件下，具有一定的塑性和韌性( (雖雖然仍然很低然仍然很低) )，可以作為工具加以使用，可以作為工具加以使用( (非配合性工具非配合性工具) )。 低碳馬氏體低碳馬氏體的塑性和韌性較好，經(jīng)低溫的塑性和韌性較好，經(jīng)低溫回火后，內(nèi)應(yīng)力降低，表現(xiàn)出良好的強(qiáng)回火后，內(nèi)應(yīng)力降低，表現(xiàn)出良好的強(qiáng)韌性。韌性。 在硬度相同的情況下，淬火回火在硬度相同的情況下，淬火回火組織的塑性和韌性優(yōu)于正火組織。組織的塑性和韌性優(yōu)于正火組織。例如共析碳鋼，過冷奧氏體在例如共析碳鋼，過冷奧氏體在650650600600直接分解的產(chǎn)物為索氏

45、直接分解的產(chǎn)物為索氏體體( (細(xì)珠光體細(xì)珠光體) )，淬火后經(jīng)，淬火后經(jīng)600600650650回火得到回火索氏體，雖然回火得到回火索氏體，雖然兩種組織都是鐵素體加滲碳體的混兩種組織都是鐵素體加滲碳體的混合物，滲碳體的合物，滲碳體的彌散度彌散度也相似，但也相似，但是回火索氏體的綜合性能優(yōu)于索氏是回火索氏體的綜合性能優(yōu)于索氏體（？）。體（？）。為什么在硬度相同的情況下，淬火回為什么在硬度相同的情況下，淬火回火組織的塑性和韌性優(yōu)于正火組織？火組織的塑性和韌性優(yōu)于正火組織？ 因?yàn)椋阂驗(yàn)椋? 1、滲碳體在兩種索氏體中、滲碳體在兩種索氏體中形狀形狀相相差很大，在受力變形過程中，片狀滲碳體差很大，在受力變

46、形過程中，片狀滲碳體對(duì)基體連續(xù)性的損害作用比粒狀的大；對(duì)基體連續(xù)性的損害作用比粒狀的大； 2 2、片狀滲碳體易于斷裂形成微裂紋，而粒狀片狀滲碳體易于斷裂形成微裂紋，而粒狀滲碳體則不易產(chǎn)生微裂紋。滲碳體則不易產(chǎn)生微裂紋。 正由于鋼經(jīng)淬火回火后，獲得的組織中強(qiáng)正由于鋼經(jīng)淬火回火后，獲得的組織中強(qiáng)化相是粒狀均勻分布的，才具有好的綜合化相是粒狀均勻分布的，才具有好的綜合力學(xué)性能，力學(xué)性能，塑性和韌性優(yōu)于正火組織塑性和韌性優(yōu)于正火組織。 重要的鋼制工件需經(jīng)正確的淬火回火處理重要的鋼制工件需經(jīng)正確的淬火回火處理后使用。后使用。 三、回火脆性 定定 義義 淬火鋼回火時(shí)，隨著回火溫度的升高，淬火鋼回火時(shí)，隨著

47、回火溫度的升高，總趨勢(shì)是硬度和強(qiáng)度下降而塑性升高。總趨勢(shì)是硬度和強(qiáng)度下降而塑性升高。 然而，許多鋼的然而，許多鋼的沖擊韌度沖擊韌度卻不是隨著回卻不是隨著回火溫度的升高而一直升高。火溫度的升高而一直升高。 在在2504000C區(qū)間回火時(shí)出現(xiàn)的沖擊韌區(qū)間回火時(shí)出現(xiàn)的沖擊韌度下降現(xiàn)象，稱為第一類回火脆性；度下降現(xiàn)象，稱為第一類回火脆性； 在在4506000C區(qū)間回火時(shí)出現(xiàn)的沖擊韌區(qū)間回火時(shí)出現(xiàn)的沖擊韌度下降現(xiàn)象稱為第二類回火脆性。度下降現(xiàn)象稱為第二類回火脆性。 1第一類回火脆性第一類回火脆性 發(fā)生第一類回火脆性的主要原因是，細(xì)發(fā)生第一類回火脆性的主要原因是，細(xì)小的薄片狀過渡碳化物（尤其是小的薄片狀過

48、渡碳化物（尤其是X型碳型碳化物）和滲碳體在馬氏體的板條化物）和滲碳體在馬氏體的板條界界，或，或是在馬氏體片的是在馬氏體片的界面界面上析出，硬而脆的上析出，硬而脆的碳化物薄膜割裂了基體的連續(xù)性，使鋼碳化物薄膜割裂了基體的連續(xù)性，使鋼的韌性下降。另外，在此溫度區(qū)間發(fā)生的韌性下降。另外，在此溫度區(qū)間發(fā)生的殘余奧氏體的分解，也加重了這種回的殘余奧氏體的分解，也加重了這種回火脆性?；鸫嘈?。 應(yīng)避免在應(yīng)避免在2504000C區(qū)間回火。區(qū)間回火。 如果工件如果工件(例如彈簧例如彈簧)的服役條的服役條件要求高的彈性極限，必須采件要求高的彈性極限，必須采用此溫度區(qū)間的回火工藝，則用此溫度區(qū)間的回火工藝，則應(yīng)選用

49、含適量應(yīng)選用含適量Si的鋼種，因?yàn)榈匿摲N，因?yàn)镾i可以使可以使E碳化物向碳化物向X碳化物轉(zhuǎn)碳化物轉(zhuǎn)變推遲到較高的溫度，從而推變推遲到較高的溫度，從而推遲遲X碳化物沿馬氏體界面析出。碳化物沿馬氏體界面析出。 或者采用或者采用等溫淬火等溫淬火工藝。工藝。2第二類回火脆性第二類回火脆性 第二類回火脆性主要發(fā)生在含第二類回火脆性主要發(fā)生在含Ni、Cr、Mn的鋼中。的鋼中。 高溫回火脆性高溫回火脆性的特點(diǎn)是，淬火的鋼在的特點(diǎn)是，淬火的鋼在4506000C回火后回火后慢冷慢冷，就出現(xiàn)沖擊韌，就出現(xiàn)沖擊韌度下降的現(xiàn)象，重新在此溫度回火然后度下降的現(xiàn)象，重新在此溫度回火然后快冷，沖擊韌度又會(huì)提高。如果再次在快

50、冷，沖擊韌度又會(huì)提高。如果再次在此溫度回火并慢冷，脆性又再此出現(xiàn)。此溫度回火并慢冷，脆性又再此出現(xiàn)。 由此可見第二類回火脆性具有可逆性，由此可見第二類回火脆性具有可逆性，所以又稱可逆回火脆性。所以又稱可逆回火脆性。 第一類回火脆性又稱作不可逆回火脆性。第一類回火脆性又稱作不可逆回火脆性。 發(fā)生第二類回火脆性的發(fā)生第二類回火脆性的主要原因主要原因是，在是，在4506000C加熱后慢冷的過程中，發(fā)生加熱后慢冷的過程中，發(fā)生了微量雜質(zhì)元素了微量雜質(zhì)元素P、As、Sb、Sn等向等向原原奧氏體晶界奧氏體晶界偏聚，因而引起晶界弱化造偏聚，因而引起晶界弱化造成的。鋼中含有成的。鋼中含有Ni、Cr、Mn等合金

51、元等合金元素時(shí)，加速這種偏聚過程，更容易出現(xiàn)素時(shí)，加速這種偏聚過程，更容易出現(xiàn)第二類回火脆性。第二類回火脆性。 重新在此溫度加熱，這些元素又會(huì)從晶重新在此溫度加熱，這些元素又會(huì)從晶界處擴(kuò)散開，在快冷時(shí)來不及在晶界處界處擴(kuò)散開，在快冷時(shí)來不及在晶界處偏聚，就不呈現(xiàn)脆性。偏聚，就不呈現(xiàn)脆性。 鋼中加入鋼中加入0.5Mo或者或者lW，強(qiáng)烈阻礙，強(qiáng)烈阻礙有害元素的偏聚，可以基本上消除這種有害元素的偏聚，可以基本上消除這種回火脆性。此外，采用在回火脆性。此外，采用在A1A3溫度區(qū)溫度區(qū)間加熱淬火工藝間加熱淬火工藝(亞溫淬火亞溫淬火)，奧氏體化，奧氏體化后組織中殘留有少量的鐵素體，后組織中殘留有少量的鐵素

52、體，P、As、Sb、Sn等雜質(zhì)均優(yōu)先溶入鐵素體中，等雜質(zhì)均優(yōu)先溶入鐵素體中，而不進(jìn)入奧氏體，淬火后馬氏體中也幾而不進(jìn)入奧氏體，淬火后馬氏體中也幾乎不含有這些雜質(zhì)，因此可以基本避免乎不含有這些雜質(zhì)，因此可以基本避免第二類回火脆性的危害。第二類回火脆性的危害。四、鋼的淬火回火熱處理的應(yīng)用四、鋼的淬火回火熱處理的應(yīng)用 除少數(shù)情況外，鋼在除少數(shù)情況外，鋼在淬火后都要進(jìn)行回火。淬火后都要進(jìn)行回火。回火處理最后決定鋼回火處理最后決定鋼在使用狀態(tài)下的組織在使用狀態(tài)下的組織和性能。和性能。 鋼在淬火后，根據(jù)回鋼在淬火后，根據(jù)回火溫度高低，其性能火溫度高低，其性能可以在很寬的范圍內(nèi)可以在很寬的范圍內(nèi)改變。改變。

53、 像刃具要求的高硬度，或是結(jié)構(gòu)像刃具要求的高硬度，或是結(jié)構(gòu)件所要求強(qiáng)而韌的綜合性能，都件所要求強(qiáng)而韌的綜合性能，都可以通過淬火回火來達(dá)到。可以通過淬火回火來達(dá)到。 回火不足回火不足(回火溫度偏低或時(shí)間不回火溫度偏低或時(shí)間不夠夠)硬度偏高，還可以補(bǔ)充回火；硬度偏高，還可以補(bǔ)充回火； 由于回火溫度過高或者時(shí)間過長(zhǎng)，由于回火溫度過高或者時(shí)間過長(zhǎng)，造成造成回火過度回火過度使回火硬度過低，使回火硬度過低，則必須重新淬火。則必須重新淬火。 1常用的四種回火工藝常用的四種回火工藝 (1)低溫回火低溫回火 (2)中溫回火中溫回火 (3)高溫回火高溫回火 (4)高溫軟化回火高溫軟化回火 (1)低溫回火低溫回火

54、回火溫度是回火溫度是1502500C 得到的組織是回火馬氏體得到的組織是回火馬氏體 低溫回火的主要目的是低溫回火的主要目的是降低降低鋼中的淬火鋼中的淬火殘余應(yīng)力和脆性殘余應(yīng)力和脆性 其性能特點(diǎn)是有高的硬度其性能特點(diǎn)是有高的硬度(5864HRC)和耐磨性，疲勞強(qiáng)度高。和耐磨性，疲勞強(qiáng)度高。 各種高碳鋼工具、冷作模具、滾動(dòng)軸各種高碳鋼工具、冷作模具、滾動(dòng)軸承和滲碳的結(jié)構(gòu)件都采用淬火低溫回承和滲碳的結(jié)構(gòu)件都采用淬火低溫回火工藝。火工藝。 對(duì)于尺寸穩(wěn)定性要求很高的精密零件對(duì)于尺寸穩(wěn)定性要求很高的精密零件(如高精密滾動(dòng)軸承如高精密滾動(dòng)軸承)，需經(jīng)低溫長(zhǎng)時(shí)間，需經(jīng)低溫長(zhǎng)時(shí)間回火或多次低溫回火，穩(wěn)定組織和充回火或多次低溫回火，穩(wěn)定組織和充分消除殘余應(yīng)力。分消除殘余應(yīng)力。(2)中溫回火中溫回火 回火溫度是回火溫度是3505000C 一般得到回火托氏體一般得到回火托氏體 其性能特點(diǎn)是具有一定的韌性，同時(shí)其性能特點(diǎn)是具有一定的韌性，同時(shí)又有較高的彈性極限和屈服強(qiáng)度又有較高的彈性極限和屈服強(qiáng)度 主要應(yīng)用于各種彈簧零件和鍛模，也主要應(yīng)用于各種彈簧零件和鍛模，也可以用來處理要求有高強(qiáng)度、硬度和可以用來處理要求有高強(qiáng)度、硬度和一定韌性的工件，如刀桿、軸套等。一定韌性的工件，如刀桿、軸套等。 (3)高溫回火高溫回火 回火溫度是回火溫度是5006500C