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「热处理」03期：钢在回火时的转变1、回火的定义与作用 定义：回火是把淬火后的钢件，重新加热到A1以下某一温度，经保温后空冷至室温的热处理工艺。 作用： ① 淬火组织不稳定。淬火钢的组织主要是M或（M+A残），M和A残在室温下都处于亚稳定状态，M处于碳过饱和状态，A残处于过冷状态，它们有向（F+碳化物）的稳定状态转化的趋势。但在室温下，原子扩散能力很低，这种转变很困难，回火则促进组织转变。 ② 性能不能满足使用要求。硬而脆，残余应力很大。 2、回火转变及其组织 （1）马氏体中碳的偏聚（室温~100℃回火） 马氏体中的过饱和碳原子偏聚在位错线附近的间隙位置，形成碳的偏聚区，降低M的弹性应变能。 （2）马氏体分解（100~250℃回火） 偏聚区的碳原子发生有序化，继而转变为ε-FexC碳化物。马氏体分解后形成的低碳α相和ε-FexC碳化物组成的双相组织称为回火马氏体。 （3）残余奥氏体的转变（200~300℃回火） 残余奥氏体随淬火加热时奥氏体中碳和合金元素的含量的增加而增加。高碳钢淬火后于200~300回火时，马氏体继续分解，同时残余奥氏体转变为过饱和固溶体α与ε-FexC碳化物，得到回火马氏体组织。 （4）碳化物的转变 （250~400℃） M分解及A残转变形成的ε-碳化物是亚稳定的过渡相。当回火温度升高至的250~400℃时，会形成比ε-碳化物更稳定的碳化物，一种是Χ-碳化物，即Fe5C2，具有单斜结构；另一种是更稳定的θ-碳化物，即Fe3C。在300~400℃时，ε-碳化物与基体的共格关系破坏，渗碳体脱离铁素体而析出。 （5）渗碳体的聚集长大和铁素相的回复、再结晶400~500℃回火时，脱离铁素体的渗碳体开始明显地聚集长大，片状渗碳体转变为细粒状渗碳体；铁素体相发生明显回复。这种由回复了的铁素体和极细粒状渗碳体的机械混合物称作回火屈氏体。 500℃~650℃回火时，细粒状渗碳体迅速聚集并粗化，铁素体相发生再结晶。这种由回复或再结晶了的铁素体和粒状渗碳体的机械混合物称作回火索氏体。 3、回火时性能的变化 （1）碳钢在回火时力学性能变化的总趋势如图1所示： 来百度APP畅享高清图片 图1 回火温度对淬火钢图回火后硬度的影响 回火温度较低时硬度稍微上升，这是由于第二相强化，这里第二相主要是碳化物，通过阻碍位错运动，提高强度，如图2所示。 图2 析出相对位错运动的阻碍 随着回火温度升高，硬度不断下降，强度不断下降，而塑性不断升高，图3所示。 图3 淬火钢的拉伸性能与回火温度的关系 200~300℃较低温度回火时，内应力的消除，仍能保证高的强度和耐磨性；300~400℃中温回火时，弹性极限最高；500~600℃高温回火时，塑性达到较高值，而且保持相当高的强度，可以获得良好的综合力学性能。 （2）由于合金元素可使钢的各种回火温度范围向高温推移，合金钢比碳钢具有更高的抵抗回火软化的能力，即回火抗力高。与相同含碳量的碳钢相比，在高于300℃回火时，在相同回火温度和回火时间情况下，合金钢具有较高的强度和硬度。反之，为了得到相同的强度和硬度，合金钢可以在更高温度下回火，这又有利于钢的韧性和塑性的提高。 4、回火脆性 有些钢在一定温度范围内回火时，其冲击韧性显著下降，这种脆化现象称为回火脆性。 （1）第一类回火脆性——在250~400℃回火时出现的脆性，也叫低温回火脆性。为防止低温回火脆性，通常的办法是避免在脆化温度范围内回火。 原因：低温回火脆性是由于马氏体分解时沿马氏体条或片的界面析出断续的薄壳状碳化物，降低了晶界的断裂强度，使之成为裂纹扩展的路径，因而导致脆性断裂。如果提高回火温度，由于析出的碳化物聚集和球化，改善了脆化界面状况而使钢的韧性又重新恢复或提高。 特点：不可消除，不可逆。 （2）第二类回火脆性——钢在450~650℃回火时出现的脆性，又叫高温回火脆性，主要出现在合金结构钢中。 特点：具有可逆，出现后可消除。 防止高温回火脆性的方法是： a. 对于回火脆性敏感的钢制作的小尺寸零件，可采用高温回火后快速冷却的方法； b. 在钢中加入Mo、W等合金元素阻止杂质元素在晶界上的偏聚，可有效抑制高温回火脆性； c. 对于大截面工件，可提高钢的纯度，减少钢中杂质元素，抑制杂质元素向晶界偏聚，从而降低回火脆性。 5、回火产物与奥氏体直接分解产物的性能比较 1.回火索氏体和索氏体相同点：都是铁素体+碳化物的珠光体型组织。 不同点：回火索氏体中的碳化物呈颗粒状，而索氏体中的碳化物呈片状。碳化物呈颗粒状的组织可使钢的力学性能得到改善，硬度相同时，两类组织的抗拉强度接近，但回火索氏体组织的屈服强度、塑性均比索氏体高。 2.下贝氏体和回火马氏体相同点：（铁素体+ε-碳化物）两相组织。 不同点：下贝氏体是奥氏体直接经过等温淬火直接分解的产物，而回火马氏体是淬火钢的低温回火产物。对于具有回火脆性的钢种，当强度相同时，下贝氏体的冲击韧度显著高于回火马氏体。工程上采用等温淬火取代淬火+低温回火。 6、魏氏组织 在实际生产中，W（C）<0.6%的亚共析钢和W（C）>1.2%的过共析钢在铸造、热轧、锻造后的空冷，焊缝或热影响区空冷，或者当加热温度过高并以较快速度冷却时，先共析铁素体或先共析渗碳体从奥氏体晶界沿奥氏体一定晶面往晶内生长，呈针片状析出。在金相显微镜下可以观察到从奥氏体晶界生长出来的近于平行的或其他规则排列的针状铁素体或渗碳体以及其间存在的珠光体组织，这种组织称为魏氏组织。前者称为铁素体魏氏组织，后者称为渗碳体魏氏组织。 奥氏体晶粒越细小，越容易形成网状铁素体，而不容易形成魏氏组织。奥氏体晶粒越粗大，越容易形成魏氏组织，形成魏氏组织的含碳量的范围变宽。 魏氏组织是钢的一种过热缺陷组织。它使钢的力学性能，特别是冲击韧度和塑性有显著降低，并提高钢的脆性转折温度，因而使钢容易发生脆性断裂。 |
