钢的回火3-6.doc

3.6 钢的回火当钢全淬成马氏体再加热回火时，随着回火温度升高，按其内部组织结构变化，分四个阶段进行：1）马氏体的分解；2）残余奥氏体的转变；3）碳化物的转变；4）e相状态的变化及碳化物的聚集长大二次硬化：当钢中含有较多的碳化物形成元素时，在回火第四阶段温度区(约为500550)形成合金渗碳体或者特殊碳化物。这些碳化物的析出，将使硬度再次提高，称为二次硬化形象。回火目的：减少或消除淬火应力，提高韧性和塑性，获得硬度、强度、塑性和韧性的适当配合，以满足不同工件的性能要求。本节任务：是解决回火工艺的选择与制订问题。因此必须了解淬火钢回火时的组织结构及性能的变化规律，其中包括回火脆性的问题。选择回火温度时，应避免选择第一类回火脆性的温度区间，而对具有第二类回火脆性的钢，应采取措施，抑制其出现。一、碳钢的回火特性 淬火钢回火后的力学性能，常以硬度来衡量。 在未完全淬透情况下，沿工件截面硬度差别随着回火温度的提高及回火时间的延长而逐渐减小合金钢的回火特性，基本和碳钢类似。但对具有二次硬化现象的钢则不同，也不能简单地用M参数来表征回火程度。二、回火工艺的制订1 回火温度的选择和确定 前已述及，工件回火后的硬度主要取决于回火温度，而回火温度的选择和确定主要取决于工件使用性能、技术要求、钢种及淬火状态。为了讲述方便，以下按回火温度区间来叙述这一问题。(1)低温回火(指温度低于250的回火)低温回火一般用于以下几种情况：(a)工、量具的回火 一般工具、量具要求硬度高、耐磨，足够的强度和韧性。此外，如波动轴承，除了上述要求外，还要求有高的接触疲劳强度，从而有高的使用寿命。对这些工、量具和机器零件一般均用碳素工具钢或低合金工具钢制造，淬火后具有较高的强度和硬度。其淬火组织主要为韧性极差的孪晶马氏体，有较大的淬火内应力和较多的微裂纹，故应及时回火。这类钢一般采用180200的温度回火。因为：在200回火能使挛晶马氏体中过饱和固溶的碳原子沉淀析出弥散分布的s一碳化物，既可提高钢的韧性，又保持钢的硬度、强度和耐磨性；在200回火大部分微裂纹已经焊合，可大大减轻工件脆裂倾向低温回火以后得到隐晶的回火马氏体及在其上分布的均匀细小的碳化物颗粒，硬度为HRC(6165)。对高碳轴承钢，例GCrl5、GSiMnV等钢通常采用155165的低温回火，可保证一定硬度条件下有较好的综合机械性能及尺寸稳定性。对有些精密轴承，为了进一步减少残余奥氏体量以保持工作条件下尺寸和性能稳定性，最近试验采用较高温度(200250)和较长回火时间(一8h)的低温回火来代替冷处理取得艮好效果。(b)精密量具和高精度配合的结构零件 在淬火后进行120150 (12小时，甚至几十小时)回火目的是稳定组织及最大限度地减少内应力，从而使尺寸稳定为了消除加工应力，多次研磨，还要多次回火。这种低温回火，常被称作时效。(c)低碳马氏体的低温回火 低碳位错型马氏体具有较高的强度和韧性，经低温回火后，可以减少内应力，进一步提高强度和塑性。因此，低碳钢淬火以获得板条(位错型)马氏体火目的，淬火后均经低沮回火。(d)渗碳钢淬火回火。 渗碳淬火工件要求表面具有高碳钢性能和心部具有低碳马氏体的性能。这两种情况都要求低温回火，一般回火温度不超过200这样，其表面具有高的硬度和耐磨牲，而心部具有高的强度、良好的塑性和韧性(2)中温回火(350500) 主要用于处理弹簧钢。回火后得到回火屈氏体组织中温回火相当于一般碳钢及低合金钢回火的第三阶段温度区。此时，碳化物已经开始集聚，基体也开始恢复，第二类内应力趋于基本消失，因而有较高的弹性极限，又有较高的塑性和韧性。 应该根据所采用的钢种选择回火温度以获得最高弹性极限，以及与疲劳极限良好的配合例如65碳钢，在380回火，可得最高弹性极限；而55SiMn在480回火，可获得疲劳极限，弹性极限及强度与韧性的良好配合为了避免第一类回火脆性，不应采用在300左右的温度回火。(3)高温回火(500) 在这一温度区间回火的工件，常见的有如下几类：(a)调质处理 即淬火加高温回火，以获得回火索氏体组织。这种处理称为调质处理，主要用于中碳碳素结构钢或低合金结构钢以获得良好的综合机械性能。一般调质处理的回火温度选有600以上。与正火处理相比，钢经调质处理后，在硬度相同条件下，钢的屈服强度、韧性和塑性明显地提高。 一般中碳钢及中碳低合金钢的淬透性有限，在调质处理淬火时常不能完全淬透。因此，在高温回火时，实际上为混合组织的回火。非马氏体组织在回火加热时仍发生变化，仅其速度比马氏体慢这变化对片状珠光体来说，就是其中的渗碳体片球化。如所周知，在单位体积内渗碳体相界面积相同的情况下，球状珠光体的综合机械性能优于片状珠光体的，因此对未淬透部分来说，经高温回火后其综合机械性能也应高于正火的。调质处理一般用于发动机曲轴、连杆、连杆螺栓、汽车拖拉机半轴、机床主轴及齿轮等要求具有综合机械性能的零件。(b)二次硬化型钢的回火 对一些具有二次硬化作用的高合金风，如高速钢等，在淬火以后，需要利用高温回火来获得二次硬化的效果。从产生二次硬化的原因考虑，二次硬化必须在一定温度和时间条件下发生，因此有一最佳回火温度范围，此需视具体钢种而定。(c)高合金渗碳钢的回火 高合金渗碳钢渗碳以后，由于其奥氏体非常稳定，即使在缓慢冷却条件下，也会转变成马氏体，并存在着大量残余奥氏体。渗碳后进行高温回火的目的是使马氏体和残余奥氏体分解，使渗碳层中的一部分碳和合金元素以碳化物形式析出，并集聚球化，得到回火索氏体组织，使钢的硬度降低，便于切削加工，同时还可减少后续淬火工序淬火后渗层中的残余奥氏体量。 高合金钢渗碳层中残余奥氏全的分解可以按两种方式进行： 一种是按奥氏体分解成珠光体的形式进行，此时回火温度应选择在珠光体转变“c曲线的鼻部，以缩短回火时间，例如20Cr2Ni4钢渗碳后在600680温度进行回火； 另一种是以二次淬火的方式使残余奥氏体转变成马氏体，例如渗碳18Cr2Ni4WA钢一般如此，因为18Cr2Ni4WA钢没有珠光体转变，故其残余奥氏体不能以珠光体转变的方式分解此时若考虑残余奥氏体的转变，应该选用有利于促进马氏体转变的温度回火。2 回火时间的确定 回火时间应包括按工件截面均匀地达到回火温度所需加热时间以及按M参数达到要求回火硬度完成组织转变所需的时间，如果考虑内应力的消除，则尚应考虑不同回火温度下应力弛豫所需要的时间。加热至回火温度所需的时间，可按前述加热计算的方法进行计算。对达到所要求的硬度需要回火时间的计算，从M参数出发，对不同钢种可得出不同的计算公式。 对以应力弛豫为主的低温回火时间应比表列数据长，长的可达几十小时。对二次硬化型高合金钢，其回火时间应根据碳化物转变过程通过试验确定。当含有较多残余奥氏体，而靠二次淬火消除时， 还应确定回火次数。例如W18Cr4V高速钢，为了使残余奥氏体充分转变成马氏体及消除残余应力，除了按二次硬化最佳温度回火外，还需进行三次回火。 高合金渗碳钢渗碳后，消除残余奥氏体的高温回火保温时间应该根据过冷奥氏体等温转变动力学曲线确定。如20C