演示文稿第七章淬火鋼在回火時(shí)的轉(zhuǎn)變

（優(yōu)選）第七章淬火鋼在回火時(shí)的轉(zhuǎn)變當(dāng)前第1頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)本章基本內(nèi)容

回火的定義、目的

淬火鋼的回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變淬火鋼回火時(shí)力學(xué)性能的變化

當(dāng)前第2頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)基本要求

1.回火的定義、目的、淬火組織為淬火亞穩(wěn)組織2.淬火鋼的回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變的五個(gè)階段：馬氏體中碳的偏聚馬氏體分解：類型、過程、產(chǎn)物，殘余奧氏體轉(zhuǎn)變：過程、產(chǎn)物碳化物轉(zhuǎn)變：碳化物類型、方式、過程、產(chǎn)物基體α相回復(fù)再結(jié)晶，碳化物聚集長(zhǎng)大：淬火內(nèi)應(yīng)力的變化、碳化物聚集長(zhǎng)大方式、基體α相回復(fù)再結(jié)晶的過程、產(chǎn)物3.淬火鋼回火時(shí)力學(xué)性能的變化（1）低、中、高碳鋼淬火后回火時(shí)力學(xué)性能的變化（2）回火時(shí)強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性、淬火裂紋等的變化（3）合金元素對(duì)鋼回火時(shí)組織轉(zhuǎn)變和性能的影響（4）回火脆性：類型、特征、影響因素、減小和防止方法4.回火轉(zhuǎn)變產(chǎn)物與過冷奧氏體分解產(chǎn)物在組織、性能等方面的區(qū)別

當(dāng)前第3頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)概述回火的定義：將淬火零件重新加熱到低于臨界點(diǎn)A1某一溫度加熱保溫，使淬火亞穩(wěn)組織發(fā)生轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的回火組織，并一適當(dāng)?shù)睦鋮s速度冷卻到室溫的熱處理工藝過程?；鼗鹉康模海?）使淬火得到的亞穩(wěn)組織轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的回火組織；（2）提高淬火鋼的塑性和韌性，降低脆性；（3）降低或消除淬火引起的殘余應(yīng)力，防止變形和開裂，穩(wěn)定工件尺寸。當(dāng)前第4頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)7.1淬火鋼的回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變

淬火后得到的組織由馬氏體和殘余奧氏體所組成，它們都是處于亞穩(wěn)定狀態(tài)，是亞穩(wěn)組織，有自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體和滲碳體平衡組織的傾向。回火可使組織轉(zhuǎn)變，性能改變，內(nèi)應(yīng)力消除?；鼗饡r(shí)組織和性能的轉(zhuǎn)變稱為回火轉(zhuǎn)變。

回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變大體上可分為五個(gè)階段：(1).馬氏體中碳的偏聚—

時(shí)效階段，100℃以下；(2).馬氏體分解馬氏體轉(zhuǎn)變，發(fā)生于100℃～350℃；(3).殘余奧氏體轉(zhuǎn)變，發(fā)生于200℃300℃，屬于低溫回火，得到回火馬氏體(M')；(4).碳化物轉(zhuǎn)變，ε(η)→θ，發(fā)生于～400℃，屬于中溫回火，得到回火屈氏體(T')；(5).基體α相回復(fù)再結(jié)晶，碳化物聚集長(zhǎng)大，發(fā)生于400℃550℃，屬于高溫回火，得到回火索氏體(S')。這五個(gè)過程的溫度不能截然分開。當(dāng)前第5頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)馬氏體中碳原子的偏聚

馬氏體中碳原子偏聚－時(shí)效階段（～100℃）馬氏體是碳在α-Fe中的過飽和固溶體，存在于體心立方扁八面體中的碳原子將使晶體點(diǎn)陣產(chǎn)生嚴(yán)重畸變，使馬氏體處于不穩(wěn)定狀態(tài)。為了降低能量，在100℃左右，碳原子就偏聚于位錯(cuò)或?qū)\晶界面，或板條界，形成微小的碳的富集區(qū)。

1.板條馬氏體

亞結(jié)構(gòu)為位錯(cuò)，碳原子向位錯(cuò)線附近偏聚形成偏聚區(qū)。C＋⊥=⊥C

2.片狀馬氏體

亞結(jié)構(gòu)主要為孿晶，大量的碳原子向垂直于馬氏體的C軸的（100）面富集，形成富碳區(qū)。

含碳0.21%的Fe-C合金，奧氏體化后淬火，150℃回火10分鐘，用原子探針測(cè)得α基底含碳0.03%，而板條馬氏體的條界碳含量為0.42%，說明淬火或回火過程中，碳偏聚于板條。當(dāng)前第6頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)馬氏體的分解

馬氏體的分解－－過渡型碳化物析出階段。此過程發(fā)生在溫度高于100℃（80～250℃）時(shí)，馬氏體開始發(fā)生部分分解，隨回火溫度的升高及時(shí)間的延長(zhǎng)，富集區(qū)的碳原子發(fā)生有序化然后轉(zhuǎn)變?yōu)樘蓟?。隨碳化物的析出，馬氏體的含碳量不斷減少，點(diǎn)陣常數(shù)c下降、a升高、正方度c/a不斷下降，并析出彌散分布的過渡型ε碳化物。馬氏體的分解有兩種分解方式(即雙相分解和單相分解)，分解析出的ε碳化物與馬氏體保持共格關(guān)系。ε碳化物為ε－FexC（x=2～3），具有蜜排六方結(jié)構(gòu)，ε碳化物與基體馬氏體保持共格關(guān)系，存在一定的晶體學(xué)關(guān)系。ε不是平衡相，而是向滲碳體轉(zhuǎn)變前的一個(gè)過渡相。對(duì)于含碳量低的板條馬氏體只發(fā)生碳原子向位錯(cuò)線附近的偏聚，沒有碳化物析出。當(dāng)前第7頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)

（一）高碳馬氏體分解1.馬氏體雙相分解當(dāng)溫度低于125℃時(shí)，回火后可出現(xiàn)兩種不同的正方度。下頁(yè)表為含碳1.4%的馬氏體回火后點(diǎn)陣常數(shù)、正方度與含碳量的變化。從表中可看出，125℃以下回火得到的二種正方度為:具有高正方度的保持原始碳濃度的未分解的馬氏體以及具有低正方度的碳已部分析出的α相。當(dāng)前第8頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)

雙相分解機(jī)制：a)在碳原子的富集區(qū)，形成碳化物核，周圍碳原子的擴(kuò)散促使其長(zhǎng)大。但由于溫度低，進(jìn)行的僅僅是近程擴(kuò)散，從而形成具有二個(gè)濃度的α相，析出的碳化物粒子也不易長(zhǎng)大。b)在高碳區(qū)繼續(xù)形成新核，隨時(shí)間延長(zhǎng)，高碳區(qū)逐漸變成低碳區(qū)，高碳區(qū)減少。c)低碳區(qū)增多，平均成分將至0.250.3%，與原始碳量、分解溫度無關(guān)。

當(dāng)前第9頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)表7-1含碳1.4%的馬氏體回火后點(diǎn)陣常數(shù)、

正方度與含碳量的變化回火溫度℃回火時(shí)間acc/a碳含量(%)室溫10d2.8463.021.0621.41001h2.8463.021.0621.21251h2.8462.8861.0130.291501h2.8522.8861.0120.271751h2.8572.8841.0090.212001h2.8592.8781.0060.142251h2.8612.8741.0040.082501h2.8632.8721.0030.06當(dāng)前第10頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)

2.馬氏體單相分解當(dāng)溫度高于150℃時(shí)，碳原子擴(kuò)散能力加大，α相中不同濃度可通過長(zhǎng)程擴(kuò)散消除，析出的碳化物粒子可從較遠(yuǎn)處得到碳原子而長(zhǎng)大。故在分解過程中，不再存在兩種不同碳含量的α相，碳含量和正方度不斷下降，當(dāng)溫度達(dá)300℃時(shí)，正方度c/a接近1。合金元素對(duì)單相式分解有很大的影響。

當(dāng)前第11頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)

（二）低碳及中碳馬氏體的分解低碳鋼及中碳中MS點(diǎn)高，淬火過程中會(huì)發(fā)生碳原子偏聚及碳化物析出，這一特征稱為自回火。淬火后，在150℃回火時(shí)，不再發(fā)生碳化物的析出。當(dāng)回火溫度高于200℃時(shí)，發(fā)生單相分解析出碳化物。中碳鋼正常淬火得到板條與片狀馬氏體的混合組織，并有低碳、高碳馬氏體特征。

當(dāng)前第12頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)

總之，這一階段轉(zhuǎn)變完成后，鋼的組織由有一定過飽和度的α固溶體和與其有共格關(guān)系的ε碳化物所組成的復(fù)相混合組織，稱為回火馬氏體(如圖)。因此，第一階段轉(zhuǎn)變可用下式表示：M→M’（α’＋ε－FexC）對(duì)于含碳量低的板條馬氏體只發(fā)生碳原子向位錯(cuò)線附近的偏聚，沒有ε碳化物的析出。另外，有人通過電子衍射研究發(fā)現(xiàn)，第一階段除ε碳化物析出外，還有η碳化物，η碳化物具有正交結(jié)構(gòu)，成分為η－Fe2C，η碳化物也是一個(gè)過渡相，也與基體馬氏體存在一定的晶體學(xué)關(guān)系。在普通金相顯微鏡下，觀察不出回火馬氏體中的ε碳化物?；鼗瘃R氏體在形態(tài)上與淬火馬氏體相似，但回火馬氏體易腐蝕，成黑色組織；回火馬氏體和下貝氏體都是由α固溶體和ε碳化物所組成，但回火馬氏體中的ε碳化物較下貝氏體中的ε碳化物分布均勻。

當(dāng)前第13頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)20鋼980℃淬火+200℃回火組織（400倍）當(dāng)前第14頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)20鋼980℃淬火+200℃回火組織（TEM4500倍）當(dāng)前第15頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)T12鋼1100℃淬火+200℃回火組織（400倍）當(dāng)前第16頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)T12鋼1100℃淬火+200℃回火組織（TEM15000倍）當(dāng)前第17頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)T12鋼780℃淬火+200℃回火組織（400倍）當(dāng)前第18頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)T12鋼淬火200℃回火

組織（580倍）當(dāng)前第19頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)三.殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?cè)?00～300℃之間,鋼中的殘余奧氏體將發(fā)生分解，轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體或下貝氏體。其轉(zhuǎn)變可用下式表示：

Ar→M’

或B下（α’＋碳化物）碳化物可能是ε－FexC，也可能是Fe3C。鋼淬火后的殘余奧氏體，與過冷奧氏體同屬亞穩(wěn)組織，但二者仍有不同點(diǎn)，如：(1)已發(fā)生的轉(zhuǎn)變會(huì)對(duì)殘奧氏體帶來影響，如馬氏體條間的殘余奧氏體含碳量就大大高于平均含碳量，已轉(zhuǎn)變的馬氏體會(huì)使殘奧處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)等。(2)回火過程中，馬氏體將繼續(xù)轉(zhuǎn)變，這必然影響到殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變。當(dāng)前第20頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)回火過程中，馬氏體將繼續(xù)轉(zhuǎn)變，這必然影響到殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變，所以：

a)當(dāng)加熱到A1～MS之間時(shí)，馬氏體的存在可促進(jìn)珠光體轉(zhuǎn)變，但影響不大。馬氏體的存在可大大促進(jìn)貝氏體轉(zhuǎn)變。

b)當(dāng)加熱至MS以下時(shí)，殘余奧氏體有可能轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。

c)當(dāng)加熱回火時(shí)，如殘余奧氏體未分解，則在冷卻過程中殘余奧氏體將轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，這一過程稱為催化。如W18Cr4V淬火后，加熱到560℃三次回火，由于560℃正處于高速鋼的珠光體與貝氏體之間的轉(zhuǎn)變奧氏體穩(wěn)定區(qū)，故奧氏體在回火中不發(fā)生轉(zhuǎn)變，在隨后的冷卻過程中就轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，這就是催化。但如果該鋼560℃回火后，在冷卻過程中在250℃停留5分鐘，殘余奧氏體又變得穩(wěn)定，這一過程稱為穩(wěn)定化。

當(dāng)前第21頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)殘余奧氏體等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)圖當(dāng)前第22頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)穩(wěn)定化和催化的機(jī)理有幾種解釋，比較有說服力的是：柯俊等認(rèn)為催化現(xiàn)象是熱陳穩(wěn)定的逆過程，是碳、氮等原子與位錯(cuò)的交互作用引起的。即在奧氏體內(nèi)部存在位錯(cuò)等晶內(nèi)缺陷并溶有碳、氮等原子，為降低畸變能，碳、氮原子將進(jìn)入位錯(cuò)膨脹區(qū)形成所謂Cottrell氣氛并對(duì)位錯(cuò)起釘扎作用，使位錯(cuò)難以運(yùn)動(dòng)。而馬氏體是通過位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)形成的，故位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻也就必然使馬氏體轉(zhuǎn)變不易進(jìn)行。淬火時(shí)冷卻中斷以及緩慢冷卻均使碳、氮原子有可能進(jìn)入位錯(cuò)而使奧氏體變得穩(wěn)定，亦即引起所謂熱陳化穩(wěn)定。碳、氮等間隙原子進(jìn)入位錯(cuò)形成Cottrell氣氛有一溫度上限MC。在MC點(diǎn)以上停留不會(huì)引起熱陳化穩(wěn)定。不僅如此，如將已經(jīng)發(fā)生熱陳化穩(wěn)定的殘余奧氏體加熱到MC以上進(jìn)行回火，則為了增加熵以降低系統(tǒng)的自由焓，MC點(diǎn)碳、氮等原子將從位錯(cuò)逸出而使Cottrell氣氛瓦解，這將消除了熱陳化穩(wěn)定而使殘余奧氏體恢復(fù)了轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的能力。亦即引起了催化。由此可見，在MC點(diǎn)以下中斷冷卻或緩冷將引起熱陳化穩(wěn)定；在MC點(diǎn)以上回火則將引起催化。當(dāng)前第23頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)四.碳化物類型的轉(zhuǎn)變?cè)?50～400℃之間,由ε碳化物轉(zhuǎn)變成更穩(wěn)定的碳化物。碳化物的轉(zhuǎn)變與回火時(shí)間、回火溫度有關(guān)，高碳馬氏體、低碳馬氏體、中碳馬氏體的轉(zhuǎn)變有差異。（一）高碳馬氏體中碳化物的析出

(1).高碳馬氏體經(jīng)雙、單相分解、析出亞穩(wěn)碳化物六方ε碳化物(或正交η碳化物)，結(jié)構(gòu)式為θ－FeXC，x=2-3。馬氏體分解的反應(yīng)式可寫成M→M'(α+亞穩(wěn)碳化物)。當(dāng)回火溫度高于250℃時(shí)，ε(η)→χ(Fe5C2)，χ碳化物是較為穩(wěn)定的碳化物，具有復(fù)雜斜方點(diǎn)陣。當(dāng)溫度進(jìn)一步升高后，ε(η)碳化物與χ碳化物可轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的θ碳化物(θ－Fe3C)，θ碳化物具有正交點(diǎn)陣。轉(zhuǎn)變初期析出的亞穩(wěn)碳化物極為細(xì)小，不易分辨，而χ碳化物與θ碳化物長(zhǎng)大成為片狀。

當(dāng)前第24頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)(2)碳化物轉(zhuǎn)變方式(a)原位轉(zhuǎn)變（原位析出、就地形核）—

在原碳化物的基礎(chǔ)上、（原碳化物）發(fā)生成分、點(diǎn)陣改組，新、舊相具有相同析出位置與慣習(xí)面。如χ→θ的轉(zhuǎn)變。(b)獨(dú)立轉(zhuǎn)變（離位析出、單獨(dú)形核）—

原碳化物溶解，新碳化物在其它位置重新形核、長(zhǎng)大，使馬氏體中含碳量降低，為維持平衡，細(xì)小的舊相溶解，如ε(η)→χ碳化物或θ碳化物。ε(η)碳化物均勻分布在α‘基底，慣習(xí)面為{100}α’，χ碳化物與θ碳化物集中于馬氏體內(nèi)孿晶面，慣習(xí)面為{112}α‘。碳化物轉(zhuǎn)變的方式取決于原碳化物和新碳化物與母相之間的晶體學(xué)關(guān)系（慣習(xí)面和位向關(guān)系）。若慣習(xí)面和位向關(guān)系相同，可以進(jìn)行原位析出；若慣習(xí)面和位向關(guān)系不同則進(jìn)行離位析出。(3)一般規(guī)律高碳鋼中碳化物的析出與回火時(shí)間、回火溫度的關(guān)系。當(dāng)前第25頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)

（二）低碳馬氏體中碳化物析出當(dāng)碳含量低于0.2%時(shí)，在200℃以下回火，僅發(fā)生碳在位錯(cuò)線的偏聚，而且較為穩(wěn)定；在200℃以上回火以及淬成馬氏體過程中的自回火，均析出穩(wěn)定的θ碳化物。回火時(shí)，在板條內(nèi)位錯(cuò)纏結(jié)處析出細(xì)針狀碳化物，沿板條界析出薄片狀碳化物。溫度升高后，條內(nèi)碳化物就溶解而使條間碳化物長(zhǎng)大。溫度達(dá)到500℃以上時(shí)，條內(nèi)碳化物已消失，僅剩下較粗大的條間碳化物。（三）中碳馬氏體碳化物的析出對(duì)孿晶馬氏體，當(dāng)溫度高于200℃時(shí)，由亞穩(wěn)ε(η)→θ，無χ碳化物相出現(xiàn)，對(duì)位錯(cuò)馬氏體，當(dāng)溫度高于200℃時(shí)，在位錯(cuò)線上直接析出θ碳化物，或經(jīng)自回火析出；溫度高時(shí)，碳化物向板條界轉(zhuǎn)移。當(dāng)前第26頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)

綜上所述，低碳鋼淬火后回火時(shí)碳化物變化如下：

1.WC<0.2%

M→偏聚⊥C→滲碳體θ－Fe3C，250℃以后發(fā)生球化。這類鋼回火過程中可能出現(xiàn)的相的狀態(tài)為：M→M’→α＋θ－Fe3C2.WC>0.2%

（1）WC<0.4～0.6%M→ε－FexC→θ－Fe3C，270℃以后發(fā)生ε－FexC溶解，θ－Fe3C析出，延續(xù)到450℃。以后發(fā)生球化。這類鋼回火過程中可能出現(xiàn)的相的狀態(tài)為：M→α＋ε－FexC→α＋ε－FexC＋θ－Fe3C→α＋θ－Fe3C（2）

WC>0.4～0.6%M→ε－FexC→χ－Fe5C2→θ－Fe3C以后發(fā)生球化。這類鋼回火過程中可能出現(xiàn)的相的狀態(tài)為：M→α＋ε－FexC→α＋ε－FexC＋θ－Fe3C＋χ－Fe5C2→α＋χ－Fe5C2＋θ－Fe3C→α＋θ－Fe3C當(dāng)前第27頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)當(dāng)前第28頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)綜上所述1.板條馬氏體馬氏體中的碳原子全部析出，在原馬氏體內(nèi)或晶界上析出滲碳體。α相仍保持原M的形態(tài)。2.片狀馬氏體ε碳化物溶解，形成χ碳化物（χ—Fe5C2），χ碳化物再轉(zhuǎn)變成滲碳體。χ碳化物仍與基體保持共格關(guān)系。滲碳體與基體無共格關(guān)系。α相中的孿晶亞結(jié)構(gòu)消失。

這一階段轉(zhuǎn)變完成后,鋼的組織由飽和的針狀α相和細(xì)小粒狀的滲碳體組成，這種組織稱為回火屈氏體。回火屈氏體仍保持原馬氏體的形態(tài)，但模糊不清。當(dāng)前第29頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)45鋼淬火+400℃回火組織（400倍）當(dāng)前第30頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)45鋼淬火+400℃回火組織（TEM4500倍）當(dāng)前第31頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)五.α相的回復(fù)、再結(jié)晶

和碳化物的聚集長(zhǎng)大

由于馬氏體中的缺陷（如位錯(cuò)或形變孿晶等）密度很高，當(dāng)回火溫度超過400℃以上后，在回火過程中也發(fā)生回復(fù)和再結(jié)晶過程。該過程特征：1.α相400℃開始回復(fù)，位錯(cuò)密度下降。2.600℃以下α相基本上保持板條或片狀M形態(tài)。3.600℃以上球狀滲碳體聚集和長(zhǎng)大，進(jìn)一步粗化。α相再結(jié)晶，由片狀或板條狀轉(zhuǎn)變成無應(yīng)變的、等軸狀新晶粒。當(dāng)前第32頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)（一）α相狀態(tài)的變化

1.淬火內(nèi)應(yīng)力的變化淬火時(shí)，由于馬氏體轉(zhuǎn)變引起晶內(nèi)缺陷增加，表面與中心的溫差造成熱應(yīng)力與組織應(yīng)力引起的塑性變形，均會(huì)引起各種內(nèi)應(yīng)力的增加。這些內(nèi)應(yīng)力，一般可分解為三類：(1)第I類內(nèi)應(yīng)力：第I類內(nèi)應(yīng)力存在于宏觀范圍，如表面與心部之間，可造成變形與開裂。回火溫度越高，回火時(shí)間越長(zhǎng)，應(yīng)力下降越劇烈。經(jīng)550℃回火，第I類內(nèi)應(yīng)力可基本消除。當(dāng)前第33頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)

(2)第II類內(nèi)應(yīng)力：第II類內(nèi)應(yīng)力存在于晶粒間，可用△a/a來表示其大小，按性質(zhì)又可分為三種類型：(a)存在于馬氏體片之間，來源于淬火時(shí)的畸變，到300℃以上時(shí)，因碳的析出而大大減小。(b)析出的ε(η)碳化物與基體共格，造成與基體間的應(yīng)力，但在ε(η)→θ內(nèi)消除。(c)因θ碳化物的析出而造成的與基體間的應(yīng)力。

(3)第III類內(nèi)應(yīng)力：第III類內(nèi)應(yīng)力存在于晶胞內(nèi)。當(dāng)溫度升高后，碳原子析出使單胞畸變下降。在300℃以上時(shí)，碳鋼中的第III類應(yīng)力可基本消除。當(dāng)前第34頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)

2．α相回復(fù)與再結(jié)晶在400℃以上時(shí)，開始回復(fù)。即板條界的位錯(cuò)通過攀移、滑移而消失。位錯(cuò)密度下降，板條合并、變寬。當(dāng)亞結(jié)構(gòu)為孿晶時(shí)，經(jīng)400℃回火后也消失，但片狀特征仍存在。在600℃以上時(shí)，開始再結(jié)晶，位錯(cuò)密度低的板條塊長(zhǎng)大成等軸α晶粒，顆粒狀碳化物分布在其基體上。鋼的這種由等軸的α相和粗粒狀滲碳體組成的組織成為回火索氏體S’。孿晶馬氏體經(jīng)此溫度回火，片狀特征也消除，得到回火索氏體。當(dāng)前第35頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)（二）碳化物聚集長(zhǎng)大

長(zhǎng)期保溫或提高回火溫度，使碳化物聚集長(zhǎng)大。(1)片、桿狀的第二相粒子，各處的曲率半徑不同，小半徑處易于溶解，而使片、桿斷開，并進(jìn)一步球化。(2)小粒子溶解，大粒子長(zhǎng)大。當(dāng)前第36頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)45鋼淬火+600℃回火組織（400倍）當(dāng)前第37頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)45鋼淬火+600℃回火組織（TEM4500倍）當(dāng)前第38頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)淬火碳鋼在不同溫度回火，可得到不同的組織：200℃回火，得到α+碳化物(ε，η)，即回火馬氏體(碳化物存在于板條或片內(nèi))，記作M'400℃回火，得到α（0.25%C）+θ碳化物，即回火屈氏體(細(xì)小碳化物及針狀α)，記作T'.600℃回火，得到平衡態(tài)等軸α+θ，即回火索氏體(細(xì)粒碳化物及等軸α)，記作S'。回火組織（M’、T’、S’）比較：如下圖

當(dāng)前第39頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)回火組織（M’、T’、S’）比較當(dāng)前第40頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)回火組織（M’、T’、S’）比較當(dāng)前第41頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)T8鋼的回火組織（M’、T’、S’）當(dāng)前第42頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)7.2淬火鋼回火時(shí)力學(xué)性能的變化淬火碳鋼在回火時(shí)，隨溫度上升，力學(xué)性能發(fā)生變化，力學(xué)性能（包括強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性、淬火裂紋等）的變化規(guī)律與組織的變化有密切的關(guān)系。低碳鋼力學(xué)性能的變化與回火溫度的關(guān)系

中碳鋼力學(xué)性能的變化與回火溫度的關(guān)系

高碳鋼力學(xué)性能的變化與回火溫度的關(guān)系當(dāng)前第43頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)低碳鋼回火時(shí)力學(xué)性能的變化

低碳鋼淬火后回火時(shí)，當(dāng)?shù)陀?00℃回火時(shí)，強(qiáng)度與硬度下降不多，塑性與韌性也基本不變。這是由于此溫度下僅有碳原子的偏聚而無析出。固溶強(qiáng)化得以保持的緣故。當(dāng)高于300℃回火時(shí)，硬度、強(qiáng)度下降明顯，塑性有所上升，沖擊韌性下降至最低，見上圖。這是由于薄片狀θ碳化物析出于馬氏體條間并充分長(zhǎng)大，從而降低了沖擊韌性，而α基體因回復(fù)和再結(jié)晶共同作用，提高了塑性，降低了強(qiáng)度。當(dāng)前第44頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)7.2.2

高碳鋼回火時(shí)的力學(xué)性能

高碳鋼淬火后回火時(shí)，當(dāng)?shù)陀?00℃回火，硬度會(huì)略有上升，在100℃回火時(shí)硬度出現(xiàn)一個(gè)峰值。這是時(shí)效硬化。當(dāng)300℃回火時(shí)，硬度下降緩慢。當(dāng)高于300℃回火，硬度大大下降，塑性有所上升，規(guī)律與低碳鋼基本相同。高碳鋼淬火裂紋在回火時(shí)可發(fā)生自動(dòng)“焊合”，消除或減少裂紋。結(jié)論：高碳鋼一般采用不完全淬火，使奧氏體中碳含量在0.5%左右。淬火后低溫回火以獲高的硬度，并生成大量彌散分布的碳化物以提高耐磨性，細(xì)化奧氏體晶粒。

當(dāng)前第45頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)中碳鋼回火后的力學(xué)性能

中碳鋼淬火后回火時(shí)，當(dāng)?shù)陀?00℃回火，析出少量的碳化物，硬化效果不大，可維持硬度不降。當(dāng)高于300℃回火，隨回火溫度升高，塑性升高，斷裂韌性KIC劇增。強(qiáng)度雖然下降，但仍比低碳鋼高的多。結(jié)論：中碳鋼淬火后中溫回火，可獲得優(yōu)良的綜合機(jī)械性能。

當(dāng)前第46頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)40鋼回火后的力學(xué)性能與回火溫度的關(guān)系當(dāng)前第47頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)中、高碳鋼力學(xué)性能與回火溫度的關(guān)系對(duì)比當(dāng)前第48頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)碳鋼淬火后回火時(shí)的力學(xué)性能的變化總結(jié)

鋼在回火時(shí)力學(xué)性能變化如下：

（1）硬度：回火時(shí)硬度變化的總趨勢(shì)是隨回火溫度的升高而下降但低、中碳鋼在250℃以下回火硬度下降不多，高碳鋼在100℃回火時(shí)硬度略有上升，出現(xiàn)一個(gè)峰值。250℃以上回火硬度持續(xù)下降。

（2）強(qiáng)度和塑性：回火時(shí)強(qiáng)度變化的趨勢(shì)是隨回火溫度的升高，強(qiáng)度（σb、σs、SK）不斷下降，塑性（δ、ψ）不斷升高。但低溫回火時(shí)強(qiáng)度略有上升，塑性基本不變。彈性極限σe在300～400℃有一峰值。（3）韌性：回火時(shí)韌性變化的趨勢(shì)是隨回火溫度的升高，韌性升高，但合金鋼的韌性升高是不連續(xù)的，在T-aK和

T-KIC曲線上出現(xiàn)兩個(gè)谷值，即回火脆性。

（4）高碳鋼淬火裂紋：回火時(shí)可發(fā)生自動(dòng)“焊合”，消除或減少裂紋。當(dāng)前第49頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)

回火馬氏體組織金相圖當(dāng)前第50頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)刀具回火馬氏體淬火馬氏體低溫回火組織及應(yīng)用當(dāng)前第51頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)

回火屈氏體組織金相圖當(dāng)前第52頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)彈簧

熱鍛?；鼗鹎象w屈氏體中溫回火組織及應(yīng)用當(dāng)前第53頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)

回火索氏體組織金相圖當(dāng)前第54頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)回火索氏體索氏體凸輪軸變速箱高溫回火組織及應(yīng)用當(dāng)前第55頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)合金元素對(duì)鋼回火時(shí)組織轉(zhuǎn)變的影響

合金元素對(duì)鋼回火時(shí)組織轉(zhuǎn)變的影響表現(xiàn)在：1.延緩鋼的軟化，回火抗力提高；2.引起二次硬化現(xiàn)象；3.影響鋼的回火脆性。當(dāng)前第56頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)

（一）.提高鋼的回火抗力1.合金元素對(duì)低溫回火的影響較小2.碳化物形成元素可阻礙碳的擴(kuò)散，從而顯著提高了馬氏體的分解溫度。合金元素一般都能提高殘余奧氏體轉(zhuǎn)變的溫度范圍。3.發(fā)生二次淬火現(xiàn)象。某些高合金鋼（如高速鋼）中的殘余奧氏體十分穩(wěn)定，在加熱時(shí)殘余奧氏體發(fā)生部分分解，從而使奧氏體的穩(wěn)定性下降，在隨后的快速冷卻過程中剩余的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，使鋼的硬度有較大提高，這種現(xiàn)象稱為二次淬火。當(dāng)前第57頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)

(二).引起二次硬化現(xiàn)象合金元素對(duì)碳化物的析出和聚集長(zhǎng)大都有較大影響。一方面合金元素提高了碳化物向滲碳體的轉(zhuǎn)變溫度；另一方面，引起滲碳體向特殊碳化物。隨著回火溫度的提高，滲碳體和相中的合金元素將重新分配，非碳化物形成元素逐漸向相中富集，碳化物形成元素則不斷向滲碳體中富集，引起滲碳體向特殊碳化物轉(zhuǎn)變；當(dāng)在560℃溫度回火時(shí)，還可能從相中直接析出特殊碳化物。這些特殊碳化物高度彌散析出，使鋼的硬高顯著升高，把這種現(xiàn)象稱為“二次硬化”。W、Mo、V等碳化物在550℃時(shí),使鋼達(dá)到最高硬度,產(chǎn)生二次硬化。如V4C3、VC；TiC、NbC；Mo23C、Mo6C、MoC、Mo3C；W6C、W2C、W23CMo的二次硬化當(dāng)前第58頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)含Mo鋼中碳化物在550℃時(shí)產(chǎn)生二次硬化。當(dāng)前第59頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)高速鋼三次560℃回火，在560℃回火時(shí),產(chǎn)生二次硬化當(dāng)前第60頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)

W18Cr4V淬火+一次回火組織W18Cr4V淬火+一次回火組織105當(dāng)前第61頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)W18Cr4V淬火+三次回火組織W18Cr4V淬火+三次回火組織420

當(dāng)前第62頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)合金元素對(duì)碳化物的析出和聚集長(zhǎng)大的影響。對(duì)ε(η)→θ轉(zhuǎn)變的影響合金碳化物的形成√合金碳化物比θ碳化物穩(wěn)定；√一種合金元素可以形成幾種不同的合金碳化物；√合金碳化物形成有兩種方式：原位轉(zhuǎn)變，獨(dú)立轉(zhuǎn)變；√多種合金元素可以形成復(fù)雜的合金碳化物；√合金碳化物發(fā)生聚集長(zhǎng)大；√合金碳化物形成與合金元素的含量有關(guān)。碳化釩的形成碳化鉻的形成碳化鎢和碳化鉬的形成當(dāng)前第63頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)合金鋼回火時(shí)碳化物析出序列當(dāng)前第64頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)

碳化物聚集長(zhǎng)大:片、桿狀的第二相粒子，各處的曲率半徑不同，小半徑處易于溶解，而使片、桿斷開，并進(jìn)一步球化。小粒子溶解，大粒子長(zhǎng)大。當(dāng)前第65頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)7.2.5回火脆性

回火脆性：某些鋼在回火時(shí)，隨著回火溫度的升高，沖擊韌性反而降低，如圖所示。由于回火引起的脆性稱為回火脆性。分類：第一類回火脆性（低溫回火脆性）：在250～400℃溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)的回火脆性。第二類回火脆性（高溫回火脆性）：在450～650℃溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)的回火脆性。當(dāng)前第66頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)（一）第一類回火脆性

1.特征:不可逆回火脆性；與冷速無關(guān)，與回火時(shí)間無關(guān)；表現(xiàn)為aK、FATT、KIC下降，晶間斷裂。當(dāng)出現(xiàn)了第一類回火脆性后，再加熱到較高溫度回火，可將脆性消除；如再在此溫度范圍回火，就不會(huì)出現(xiàn)這種脆性。故稱之為不可逆回火脆性。當(dāng)鋼中存在Mo、W、Ti、Al，則第I類回火脆性可被減弱或抑制。2.影響因素:影響第一類回火脆性的因素主要是化學(xué)成分。（1）有害雜質(zhì)元素：雜質(zhì)元素的偏聚引起晶界弱化而導(dǎo)致脆斷。（2）促進(jìn)第一類回火脆性的元素：包括Mn、Si、Cr、Ni、V等能夠促進(jìn)雜質(zhì)元素在奧氏體晶界的偏聚，故能促進(jìn)第一類回火脆性的發(fā)展。（3）減弱第一類回火脆性的元素：包括Mo、W、Ti、Al等能阻止雜質(zhì)元素在奧氏體晶界的偏聚，故能扼制第一類回火脆性的發(fā)展。（4）奧氏體晶粒大小和殘余奧氏體：奧氏體晶粒愈粗，殘余奧氏體的量越多第一類回火脆性越嚴(yán)重。

當(dāng)前第67頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)

3.產(chǎn)生機(jī)理目前，關(guān)于引起第一類回火脆性的原因說法很多，尚無定論?？磥?，很可能是多種原因的綜合結(jié)果，而對(duì)于不同的鋼料來說，也很可能是不同的原因引起的。（1）殘余奧氏體轉(zhuǎn)變理論（2）碳化物薄殼理論（3）雜質(zhì)的晶界偏聚理論（4）雜質(zhì)晶界偏聚和馬氏體條間碳化物薄殼理論

當(dāng)前第68頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)

（1）殘余奧氏體轉(zhuǎn)變理論根據(jù)第一類回火脆性出現(xiàn)的溫度范圍正好與碳鋼回火時(shí)的第二個(gè)轉(zhuǎn)變，即殘余奧氏體轉(zhuǎn)變的溫度范圍相對(duì)應(yīng)而認(rèn)為第一類回火脆性是殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變引起的，因轉(zhuǎn)變的結(jié)果將使塑性相奧氏體消失。這一觀點(diǎn)能夠很好地解釋Cr、Si等元素將第一類回火脆性推向高溫以及殘余奧氏體量增多能夠促進(jìn)第一類回火脆性等現(xiàn)象。但對(duì)于有些鋼來說，第一類回火脆性與殘余奧氏體轉(zhuǎn)變并不完全對(duì)應(yīng)。故殘余奧氏體轉(zhuǎn)變理論不能解釋各種鋼的第一類回火脆性。

當(dāng)前第69頁(yè)\共有74頁(yè)\編于星期四\3點(diǎn)（2）碳化物薄殼理論

Ar轉(zhuǎn)變理論又一度為碳化物薄殼理論所取代。經(jīng)電鏡證實(shí)，在出現(xiàn)第一類回火脆性時(shí)，沿晶界有碳化物薄殼形成，據(jù)此認(rèn)為第一類回火脆性是由碳化物薄殼引起的。沿晶界形成脆性相能引起脆性沿晶斷裂。低、中碳鋼淬火后得到板條M以及沿板條條界分布的碳含量