第8章_钢的回火转变及回火.ppt

第八章钢的回火转变及回火 回火目的 去除残余应力 调整性能 稳定尺寸组织转变回火前的原始组织 转变过程 温度 C偏聚 M分解 过渡碳化物析出 AR分解 碳化物类型转变 碳化物聚集 基体再结晶驱动力原始组织是非平衡相M中碳过饱和M具有高的界面和应变能 1回火时的组织变化 一 碳原子的重新分布 M分解 实验 选Ms 室温 不会发生自回火现象的材料新鲜M在低于室温或其附近 硬度 电阻率上升M以调幅机理分解场离子显微镜分析 富碳区随时间 C C N偏聚在缺陷处 二 过渡碳化物析出 M分解 低温回火加热 M中析出规则分布的 亚稳定碳化物 弥散 与基体M共格 有位向关系 结构相似 形态棒 片或针状 在富碳区形成 但成分不同 低碳钢直接从富碳区析出稳定碳化物此时M中C 但仍过饱和 c a 1 三 残余A分解 与M分解同时进行C 0 4 明显分解发生在相界或A晶体内部高碳钢分解产物为 相 稳定碳化物 碳化物颗粒状 与残余A有取向关系低M板条之间的残余A 分解形成的碳化物连续 导致回火脆性 四 碳化物类型的转变 与A分解同时进行 亚稳定碳化物 稳定类型低 中碳钢在板条内形核 与M有惯习面和取向关系 因小角度相界的消失 板条粗化基体M中C 平衡 c a 1 但仍保持淬火时形态内应力基本消除 高碳M亚稳定碳化物先形成 随后被稳定碳化物取代 碳化物转变方式 原位转变 成分 结构改变独立转变 亚稳定碳化物溶解 稳定碳化物在其它部位形核 长大 五 碳化物聚集 等轴F形成 碳化物由棒 片 球 粗化 大吞小 系统能量下降渗碳体因密度小于F 较小的碳化物溶入基体 产生空位 促进渗碳体长大大角度相界合并 晶粒长大 等轴FM形貌消失残余应力消除c a 1综上所述 总体变化 2回火后的性能变化 一 硬度在100 时略高 亚稳定碳化物共格作用 M中析出C的弱化作用 温度 100 后 硬度 因为 M中C析出 固溶强化效果 残余A分解碳化物析出 基体C平衡碳化物粗化F等轴化 再结晶 二 强度 塑性 随温度升高 强度降低 塑性升高碳钢均在300 400 时弹性最好三 韧性除回火脆性外 温度升高 韧性升高高碳钢回火韧性提高显著亚稳定碳化物析出 内应力降低 M收缩 显微裂纹减少碳化物聚集 焊合显微裂纹 小结 硬度 200 以下 HRC不变 300 HRC降低 弹性极限 在300 400 最高 塑性 在600 650 最高 3合金元素对回火的影响 一 提高回火抗力1 时效 低温回火 影响小2 中温回火降低碳的扩散系数非碳化物形成元素在M中扩散碳化物形成元素在碳化物中扩散 3 Si中温回火时 阻碍碳化物类型转变 显著提高回火抗力4 除Ni P外 其它合金元素提高回火抗力5 残余A在回火加热时未分解 回火冷却时 二次淬火 硬度提高 脆性增加 进行再次回火 二 引起二次硬化 1 产生条件超过一定 强碳化物形成元素 Ti Cr V 2 实质Mo2CW2CVCTiCCr7C3共格碳化物的弥散强化作用超温 过时效 硬度降低 碳化物类型转变 3 合金碳化物取代渗碳体方式 原位转变相界面形核二次硬化效果差 碳化物较粗 独立转变位错处形核 长大 碳化物细小 效果好多组元 效果佳4 工程意义工具钢 提高红硬性耐热钢 高温强度好结构钢 提高材料强度 韧性 轻量化设计 5 提高二次硬化效果的途径 形变 淬火位错密度提高 碳化物弥散析出加合金元素 Co Al Si Nb 抑制特殊碳化物生长 4钢的回火脆性 一 第一类 低温 不可逆 回火马氏体脆1 特征韧性降低 冷脆转化温度升高 沿晶断裂250 400 产生 与冷却速度无关几乎所有钢都存在不能消除 只能减轻已产生此脆性工件在高温区回火 消除 再次在此温区回火不产生脆性 不可逆 2 产生原因 不定论 残余A分解脆化温区与残余A分解温区相同 加合金元素 脆化温区升高低 中碳钢板条之间渗碳体薄膜生长所致A晶界杂质偏聚俄歇实验高纯度材料 回火脆性倾向降低S P 杂质偏聚弱化晶界残余A分解 A晶界Sb Sn P S As杂质偏聚 3 措施 降低杂质细化晶粒降低杂质 脱氧剂 细化元素 加Mo 降低晶界磷 降低Mn加合金 改变脆化温度等温淬火代替淬火 回火工艺 二 第二类 可逆 回火脆 1 特征较高的回火温区出现 时间 明显沿晶 合金偏聚 其他同前对冷却速度敏感 快冷不出现某些合金钢出现脆性可逆 只要在此温区 或大于此温区 回火缓冷即出现已经脆化工件 不满足以上条件 脱脆 2 影响因素 成分致脆元素 Mn Cr Ni Si与杂质共存时出现多种元素共同作用 明显 促进元素 P Sn Sb As B S去脆元素 W Mo V Ti Mo 约0 5 最佳碳钢 不出现热处理措施 短时 快冷 避免脆化温区回火组织 M B P晶粒大 明显 3 机理 平衡偏聚理论杂质晶界偏聚 晶界畸变能 二重偏聚 A化时 合金晶界偏聚 回火 杂质被吸引 偏聚晶界合金元素回火晶界偏聚合金与杂质亲和力大 晶内也析出碳化物 抑制脆性合金与杂质亲和力中等 晶界杂质偏聚 脆性合金与杂质亲和力小 杂质晶界不偏聚 抑制脆性非平衡偏聚理论 杂质在渗碳体中溶解度小 渗碳体形成时排除杂质 晶界杂质 升高超过脆化温度 杂质向F中扩散 渗碳体溶解 脆性又会消失 4 预防 大型工件加Mo W降低杂质 细化晶粒形状简单的小工件回火后快冷亚温淬火磷溶入F中 晶界处磷 降低 5钢的回火工艺 制定原则一 加热温度1 低温回火目的 降低应力 提高韧性组织 回火马氏体 保留淬火形态性能 硬度与淬火时相当高碳钢 耐磨性好韧性提高 内应力降低 应用 轴承钢 制作耐磨工件工 模具钢渗碳 C N共渗工件 铣刀 双头钻 量具钢 冷处理 回火 研磨 时效 低碳钢 制作高强度工件 2 中温回火 目的提高弹性极限 获得高的强韧性配合组织回火屈氏体 F 细小碳化物 保留淬火M形貌性能 弹性极限最高 强韧性配合好应用 弹性工件 热模具 3 高温回火 调质 目的获得好的综合力学性能产生二次硬化效果组织回火索氏体 F 颗粒碳化物 M形貌消失性能综合性能优于S某些合金钢具有高的红硬性 应用 高速钢产生红硬性高合金钢的软化预备热处理渗N 表面感应加热的预备热处理重要结构工件的最终热处理 二 回火时间 根据经验公式选取与设备 装炉量 工件厚度等有关回火温度比回火时间对回火程度 性能 的影响大回火效果低温 长时间 高温 短时间回火程度通常用硬度衡量高碳钢为了防止淬火后开裂 应该及时回火 2小时之内 小结 随着回火温度的提高 材料中的组织 力学性能也随之发生变化 通过回火可以调整材料的性能 稳定其尺寸 消除淬