第7章-钢的热处理工艺-3-回火转变

4.4钢在回火时的转变,4.4.1淬火钢在回火时的转变,淬火钢在回火时的转变,一、马氏体中碳原子的偏聚（20100）二、马氏体分解（100250）三、残余奥氏体的转变（250300）四、渗碳体形成（300400）五、渗碳体的聚集长大（400以上）,一、马氏体中碳原子的偏聚（20100）,马氏体是C在-Fe中的过饱和固溶体，呈体心正方晶格，C原子分布在体心立方的扁八面体间隙之中，造成了很大的弹性应变，因此升高了马氏体的能量；加之马氏体晶体中存在较多的微观缺陷，也使马氏体能量增高，使马氏体处于不稳定状态。在100以下回火时，铁及合金元素的原子难以扩散，但C、N等间隙原子尚可进行短距离的近程扩散。当C、N原子扩散到微观缺陷处后，将降低马氏体的能量。因此，马氏体中过饱和的C、N原子将向微观缺陷处偏聚。,一、马氏体中碳原子的偏聚（20100）,对于板条马氏体，因有大量位错，碳原子倾向于偏聚在位错附近，形成偏聚区而降低马氏体的能量。对于片状马氏体，亚结构为孪晶，没有足够的位错线容纳碳原子，因此，除少量碳原子可向位错偏聚外，大量碳原子将沿100M或孪晶面112M偏聚，形成薄片状偏聚区。这些偏聚区的含碳量高于马氏体的平均含碳量，为碳化物的析出创造了条件。,光镜下,光镜下,淬火钢在回火时的转变,一、马氏体中碳原子的偏聚（20100）二、马氏体分解（100250）三、残余奥氏体的转变（250300）四、碳化物的转变（250400）五、渗碳体的聚集长大和相的再结晶（400以上）,二、马氏体分解（100250）,在100以上回火时，马氏体开始发生分解，从过饱和固溶体中析出弥散的-碳化物，同时，马氏体中碳浓度降低。随着回火温度的升高，马氏体中的碳过饱和度不断下降，正方度c/a减小。,二、马氏体分解（100250）,随着回火温度的升高，马氏体中含碳量不断降低；高碳钢的碳浓度随回火温度升高降低很快；含碳量较低的钢中碳浓度降低较缓；碳钢在200以上回火时，在一定的回火温度下，马氏体具有一定的碳浓度，回火温度越高，马氏体的碳浓度越低。,二、马氏体分解（100250）,回火时间对马氏体中含碳量的影响较小，马氏体的碳浓度在回火初期下降很快，随后趋于平缓；回火温度越高，回火初期碳浓度下降越多。,二、马氏体分解（100250）,板条马氏体：含碳量低于0.2%的板条马氏体，在（100250）回火时，由于在淬火冷却时已经发生自回火，绝大部分碳原子都偏聚到位错线附近，所以在200以下回火时没有-碳化物析出。,二、马氏体分解（100250）,片状马氏体：在100250回火时，固溶于马氏体中的过饱和碳原子脱溶，沿着马氏体的（001）M晶面沉淀析出-碳化物，其化学组成接近于Fe2.4C，其晶格结构为密排六方。,二、马氏体分解（100250）,在TEM下观察-碳化物，它是长度约为100nm的条状薄片；这种薄片是由许多直径为5nm的小微粒所组成。,透射电镜下的回火马氏体形貌,淬火钢在回火时的转变,一、马氏体中碳原子的偏聚（20100）二、马氏体分解（100250）三、残余奥氏体的转变（250300）四、碳化物的转变（250400）五、渗碳体的聚集长大和相的再结晶（400以上）,三、残余奥氏体的转变（250300）,含碳量大于0.4%的碳素钢淬火后，组织中总含有可观数量的残余奥氏体。当在250300温度区间回火时，这些残余奥氏体便发生分解，分解的产物是过饱和的固溶体和-碳化物组成的复相组织。相当于回火马氏体或下贝氏体。,三、残余奥氏体的转变（250300）,残余奥氏体的转变与原来过冷奥氏体的转变在本质上是相同的，转变的温度区间也相同，只是转变的速度不同。所以，合金钢中的残余奥氏体也具有和过冷奥氏体相似的C曲线。,三、残余奥氏体的转变（250300）,原始奥氏体与残余奥氏体转变的区别：残余奥氏体向贝氏体转变速度加快，而向珠光体转变速度减慢。残余奥氏体在珠光体形成温度范围内回火时，先析出共析碳化物，随后分解为珠光体,淬火钢在回火时的转变,一、马氏体中碳原子的偏聚（20100）二、马氏体分解（100250）三、残余奥氏体的转变（250300）四、碳化物的转变（250400）五、渗碳体的聚集长大和相的再结晶（400以上）,四、碳化物的转变（250400）,马氏体分解和残余奥氏体转变时形成的-碳化物是亚稳定相，在250400范围内回火，将发生-碳化物则向更稳定的碳化物转变。在碳钢中比-碳化物（Fe2.4C)稳定的碳化物有两种：-碳化物（分子式为Fe5C2，具有单斜晶格）-碳化物（渗碳体Fe3C）,四、碳化物的转变（250400）,四、碳化物的转变（250400）,C0.4%的马氏体：回火温度升高到250以上，-碳化物逐渐溶解，同时沿着112M晶面析出-碳化物（分子式为Fe5C2，具有单斜晶格）-碳化物呈小片状平行地分布在马氏体片中，并保持一定的位向关系。,四、碳化物的转变（250400）,马氏体分解和残余奥氏体转变时形成的-碳化物是亚稳定相，在250400范围内回火，将发生-碳化物向稳定相渗碳体（-碳化物）的转变。转变过程是通过-碳化物重新溶入固溶体而稳定相渗碳体不断析出这样一种方式而进行的，在转变过程中，固溶体只起到碳原子的输送通道的作用，刚形成的渗碳体仍是薄片状。温度升高到400左右，固溶体完全分解，但仍保持针状外形。此时，-碳化物已消失，渗碳体由薄片状逐渐聚集长大成细颗粒状。最终得到针状铁素体片状（或小颗粒状）渗碳体的混合组织，称为回火屈氏体。,四、碳化物的转变（250400）,回火屈氏体,四、碳化物的转变（250400）,研究表明：在碳浓度小于0.4的马氏体回火时，不形成-碳化物。在碳浓度小于0.2的马氏体回火时，也不析出-碳化物，而是直接形成-碳化物。,4.4.1淬火钢在回火时的转变,一、马氏体中碳原子的偏聚（20100）二、马氏体分解（100250）三、残余奥氏体的转变（250300）四、碳化物转变（250400）五、渗碳体的聚集长大和相的再结晶（400以上）,五、渗碳体的聚集长大和相的再结晶（400以上）,回火温度升高到400以上，渗碳体明显聚集长大。无论片状渗碳体的球化或粒状渗碳体的长大，都是通过不稳定的、细小的渗碳体质点重新溶入固溶体，而较稳定的、较大的颗粒状渗碳体不断接受从相扩散来的碳原子而长大的方式来完成的。在碳化物聚集长大的同时，相的状态也在不断发生变化。一般地说，回火温度升高到400以上时，相发生回复过程，至600，相发生再结晶过程，从而失去针状形态，形成多边形的铁素体。,五、渗碳体的聚集长大和相的再结晶（400以上）,光镜下,回火索氏体,4.4.2淬火钢在回火时力学性能的变化,硬度：在200以下回火时硬度降低很少；在200以上回火时硬度显著降低；而且温度越高，回火硬度越低。,随着回火温度的升高，钢的强度指标不断下降，而塑性指标则不断上升，在400以上回火时提高得最显著。在350左右回火时，钢的弹性极限达到极大值。在500600回火时，塑性达到较高的数值，并且保留相当高的强度。（中碳钢）,4.4钢在回火时的转变,4.4.1淬火钢在回火时的转变4.4.2淬火钢在回火时力学性能的变化4.4.3回火转变产物4.4.4回火脆性,4.4.3回火转变产物,一、回火马氏体二、回火屈氏体三、回火索氏体四、回火珠光体,一、回火马氏体,它是200以下的回火转变产物。它是在马氏体基体中分布着大量微细的-碳化物。,回火马氏体,二、回火屈氏体,是在350450范围内的回火转变产物。它是在相基体中弥散分布着微小粒状或片状碳化物，相已经回复，其亚结构不同于马氏体，但尚未再结晶，故仍具有马氏体的针状特征。,回火屈氏体,二、回火屈氏体,回火屈氏体,在保持马氏体形态的铁素体基体上分布着细粒状Fe3C组织，称回火屈氏体，用T回表示。,三、回火索氏体,是500600范围内的回火转变产物。它是在铁素体基体中均匀分布着细粒状的碳化物，相已开始再结晶，故失去马氏体的针状痕迹。,光镜下,电镜下,四、回火珠光体,是65