第7章-钢的热处理工艺-3-回火转变

1、4.1 4.1 概述概述4.2 4.2 钢在加热时的转变钢在加热时的转变4.3 4.3 钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变4.5 4.5 钢的热处理工艺钢的热处理工艺 将淬火钢加热到将淬火钢加热到以下某一温度，保温后以适以下某一温度，保温后以适当方式冷至室温的一种热处理工艺。当方式冷至室温的一种热处理工艺。 它是淬火后不可缺少的热处理工艺。它是淬火后不可缺少的热处理工艺。原因：原因：1. 1. 淬火钢具有高的硬度和大的淬火应力，除低碳钢外，一般都很脆。淬火钢具有高的硬度和大的淬火应力，除低碳钢外，一般都很脆。 因此，淬火钢实际上无法直接使用，必须进行回火。因此，淬火钢实际上无法直接使用，必须进行

2、回火。2. 2. 淬火钢的组织是：淬火钢的组织是：马氏体马氏体+ +残余奥氏体残余奥氏体。 M M、残余奥氏体在室温下都处于亚稳定状态，它们都有向铁素体和、残余奥氏体在室温下都处于亚稳定状态，它们都有向铁素体和渗碳体稳定状态转化的趋势。该转化需要一定的温度和时间条件。渗碳体稳定状态转化的趋势。该转化需要一定的温度和时间条件。 回火的目的：回火的目的：n 减少或消除淬火工件的内应力，防止变形或开裂；减少或消除淬火工件的内应力，防止变形或开裂；n 降低脆性，提高钢的塑性和韧性；降低脆性，提高钢的塑性和韧性；n 稳定钢的组织和尺寸；稳定钢的组织和尺寸；n 获得所需的强度、硬度、塑性、韧性的配合，以满

3、足不获得所需的强度、硬度、塑性、韧性的配合，以满足不同的工件性能要求。同的工件性能要求。4.4 4.4 钢在回火时的转变钢在回火时的转变n4.4.2 4.4.2 淬火钢在回火时力学性能的变化淬火钢在回火时力学性能的变化n4.4.3 4.4.3 回火转变产物回火转变产物n4.4.4 4.4.4 回火脆性回火脆性过冷奥氏体的等温转变马氏体转变的特点：马氏体转变的特点：a. 非扩散型转变非扩散型转变，M 是是碳在碳在 -Fe 中的过饱中的过饱和固溶体和固溶体；M为体心正方晶格。为体心正方晶格。b. M 的形成速度很快，的形成速度很快，无孕育期无孕育期，是一个连续冷，是一个连续冷却的转变过程；却的转变

4、过程； c. M形成时造成时会体积膨胀，在钢中造成很形成时造成时会体积膨胀，在钢中造成很大的内应力，严重时将使被处理零件开裂大的内应力，严重时将使被处理零件开裂;d. M 转变不彻底，总要残留少量转变不彻底，总要残留少量A 。残余。残余A的质量分数与的质量分数与Ms、Mf的的高低有关。的的高低有关。A中的碳质量分数越高，中的碳质量分数越高， Ms、Mf 越低，残余越低，残余A质量分数就越高。质量分数就越高。w(c)0.6，标上，标上A；马氏体的形态特点马氏体的形态特点a. 马氏体的形态有马氏体的形态有板条状板条状和和针状针状（片状）两种（片状）两种; w(c)1.0为为针状针状M(高碳高碳M、

5、孪晶、孪晶M）呈呈竹叶状竹叶状或凸透镜状或凸透镜状 0.25 w(c) 0.4%C0.4%的马氏体：的马氏体：n回火温度升高到回火温度升高到250250以上以上，-碳化物碳化物逐渐溶解，同时沿着逐渐溶解，同时沿着112112M M晶面析出晶面析出-碳化物碳化物（分子式为（分子式为FeFe5 5C C2 2，具有单斜晶格），具有单斜晶格）n -碳化物碳化物呈小片状平行地分布呈小片状平行地分布在马氏体片中，并保持一定的位在马氏体片中，并保持一定的位向关系。向关系。n马氏体分解和残余奥氏体转变时形成的马氏体分解和残余奥氏体转变时形成的-碳化物碳化物是亚稳定相，是亚稳定相，在在250250400400

6、范围内回火，将发生范围内回火，将发生-碳化物碳化物向稳定相向稳定相渗碳体渗碳体（-碳化物）碳化物）的转变。的转变。n转变过程是通过转变过程是通过-碳化物碳化物重新溶入重新溶入固溶体固溶体而稳定相而稳定相渗碳体渗碳体不断析出不断析出这样一种方式而进行的，在转变过程中，这样一种方式而进行的，在转变过程中，固溶体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。状。n温度升高到温度升高到400400左右，左右，固溶体完全分解，但仍保持针状外固溶体完全分解，但仍保持针状外形。此时，形。此时，-碳化物已消失，渗碳体由薄片状逐渐聚集长大碳化物

7、已消失，渗碳体由薄片状逐渐聚集长大成细颗粒状。成细颗粒状。n最终得到针状铁素体片状（或小颗粒状）渗碳体的混合组最终得到针状铁素体片状（或小颗粒状）渗碳体的混合组织，称为织，称为回火屈氏体回火屈氏体。回火屈氏体回火屈氏体研究表明：研究表明：n 在碳浓度小于在碳浓度小于的马氏体回火时，不形成的马氏体回火时，不形成。n 在碳浓度小于在碳浓度小于的马氏体回火时，也不析出的马氏体回火时，也不析出，而是直接形成，而是直接形成-碳化物。碳化物。一、马氏体中碳原子的偏聚（一、马氏体中碳原子的偏聚（2020100100）二、马氏体分解（二、马氏体分解（100100250250）三、残余奥氏体的转变（三、残余奥氏

8、体的转变（250250300300）四、碳化物转变（四、碳化物转变（250250400400）n回火温度升高到回火温度升高到400400以上，渗碳体明显聚集长大。以上，渗碳体明显聚集长大。n无论片状渗碳体的球化或粒状渗碳体的长大，都是通过不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稳定的、细小的渗碳体质点重新溶入固溶体，而较稳定固溶体，而较稳定的、较大的颗粒状渗碳体不断接受从的、较大的颗粒状渗碳体不断接受从相扩散来的碳原子相扩散来的碳原子而长大的方式来完成的。而长大的方式来完成的。n在碳化物聚集长大的同时，在碳化物聚集长大的同时，相的状态也在不断发生变化

9、。相的状态也在不断发生变化。一般地说，回火温度升高到一般地说，回火温度升高到400400以上时，以上时，相发生回复过相发生回复过程，至程，至600600，相发生再结晶过程，从而失去针状形态，相发生再结晶过程，从而失去针状形态，形成多边形的形成多边形的铁素体铁素体。光镜下光镜下回火索氏体回火索氏体n4.4.1 4.4.1 淬火钢在回火时的转变淬火钢在回火时的转变n4.4.2 4.4.2 淬火钢在回火时力学性能的变化淬火钢在回火时力学性能的变化n4.4.3 4.4.3 回火转变产物回火转变产物n4.4.4 4.4.4 回火脆性回火脆性硬度：硬度： 在在200200以下回火时以下回火时硬度降低很少；

10、硬度降低很少； 在在200200以上回火时以上回火时硬度显著降低；硬度显著降低； 而且温度越高，回而且温度越高，回火硬度越低。火硬度越低。n随着回火温度的升高，钢随着回火温度的升高，钢的的强度指标不断下降强度指标不断下降，而，而塑性指标则不断上升塑性指标则不断上升，在，在400400以上回火时提高得以上回火时提高得最显著。最显著。n在在350350左右回火时，钢左右回火时，钢的的弹性极限达到极大值弹性极限达到极大值。n在在500500600600回火时，塑回火时，塑性达到较高的数值，并且性达到较高的数值，并且保留相当高的强度。（中保留相当高的强度。（中碳钢）碳钢）n4.4.1 4.4.1 淬火

11、钢在回火时的转变淬火钢在回火时的转变n4.4.2 4.4.2 淬火钢在回火时力学性能的变化淬火钢在回火时力学性能的变化n4.4.3 4.4.3 回火转变产物回火转变产物n4.4.4 4.4.4 回火脆性回火脆性一、回火马氏体一、回火马氏体二、回火屈氏体二、回火屈氏体三、回火索氏体三、回火索氏体四、回火珠光体四、回火珠光体n它是它是200200以下的回以下的回火转变产物。火转变产物。n它是在马氏体基体中它是在马氏体基体中分布着大量微细的分布着大量微细的-碳化物。碳化物。回火马氏体回火马氏体n是在是在350350450450范围内的回火转范围内的回火转变产物。变产物。n它是在它是在相基体相基体中弥

12、散分布着微中弥散分布着微小粒状或片状碳小粒状或片状碳化物，化物，相已经相已经回复，其亚结构回复，其亚结构不同于马氏体，不同于马氏体，但尚未再结晶，但尚未再结晶，故仍具有马氏体故仍具有马氏体的针状特征。的针状特征。回火屈氏体回火屈氏体回火屈氏体回火屈氏体在保持马氏体形在保持马氏体形态的铁素体基体态的铁素体基体上分布着上分布着细粒状细粒状FeFe3 3C C组织，称回火组织，称回火屈氏体屈氏体，用，用T T回回表表示。示。三、回火索氏体三、回火索氏体n是是500500600600范围内的回火转变产物。范围内的回火转变产物。n它是在铁素体基体中均匀分布着细粒状的碳化物，它是在铁素体基体中均匀分布着细

13、粒状的碳化物，相已开始再结晶，故失去马氏体的针状痕迹。相已开始再结晶，故失去马氏体的针状痕迹。光镜下光镜下电镜下电镜下n是是650650A1A1左右的回火转变产物。左右的回火转变产物。n它是在铁素体基体中均匀分布着粗粒状碳化物。它是在铁素体基体中均匀分布着粗粒状碳化物。 回火温度不同，回火所得的组织不同，因而所表现出回火温度不同，回火所得的组织不同，因而所表现出的力学性能不同。的力学性能不同。 片状回火马氏体：硬度高、强度高、但塑性、韧性差。片状回火马氏体：硬度高、强度高、但塑性、韧性差。 板条回火马氏体：高的强韧性。板条回火马氏体：高的强韧性。 屈服强度高、韧性好，因此弹性高。屈服强度高、韧

14、性好，因此弹性高。 良好的综合力学性能。良好的综合力学性能。 强度低、塑性好，具有良好的加工工艺性能。强度低、塑性好，具有良好的加工工艺性能。n4.4.1 4.4.1 淬火钢在回火时的转变淬火钢在回火时的转变n4.4.2 4.4.2 淬火钢在回火时力学性能的变化淬火钢在回火时力学性能的变化n4.4.3 4.4.3 回火转变产物回火转变产物 有些钢在某一温度范围有些钢在某一温度范围内回火时，其内回火时，其冲击韧性冲击韧性比在较低温度回火时还比在较低温度回火时还显著下降，这种脆化现显著下降，这种脆化现象称为象称为回火脆性回火脆性。 4.4.4 4.4.4 回火脆性回火脆性一、低温回火脆性一、低温回

15、火脆性 （ 250250400400）二、高温回火脆性二、高温回火脆性 （450450650650，回火后慢冷），回火后慢冷） 一、低温回火脆性一、低温回火脆性形成温度：形成温度： 250250400400材料：材料： 几乎所有的钢种几乎所有的钢种形成原因：形成原因： 由于碳化物由于碳化物-Fe-Fe5 5C C2 2和和-Fe-Fe3 3C C沿着马沿着马氏体条或片的界面呈薄片状析出，形成氏体条或片的界面呈薄片状析出，形成脆性薄壳，割裂了马氏体基体，因而脆脆性薄壳，割裂了马氏体基体，因而脆性大增。性大增。防止方法：防止方法： 避免在脆化温度范围内回火避免在脆化温度范围内回火( (无法消无法消

16、除，只能避开）除，只能避开）。 4.4.4 4.4.4 回火脆性回火脆性一、低温回火脆性一、低温回火脆性 “ “第一类回火脆性第一类回火脆性” “ “不可逆回火脆性不可逆回火脆性”4.4.4 4.4.4 回火脆性回火脆性二、高温回火脆性二、高温回火脆性形成条件：形成条件： 450450650650、慢冷、慢冷材材 料：料： 合金结构钢合金结构钢 形成原因：形成原因： 由于由于P P、AsAs、SbSb、SnSn等微量等微量杂质元素在晶界上杂质元素在晶界上偏聚偏聚和析出，和析出，降低了晶界断裂强度。降低了晶界断裂强度。 钢中含有钢中含有MnMn、CrCr、NiNi等合金等合金元素时，可促进磷等元素在晶界元素时，可促进磷等元素在晶界上的偏聚，因而更易出现这种回上的偏聚，因而更易出现这种回火脆性。火脆性。 在钢中若加入在钢中若加入0.5%Mo0.5%Mo或者或者1%W1%W，由于阻止有害元素向，由于阻止有害元素向晶界的扩散，从而可基本消除这种回火脆性。晶界的扩散，从而可基本消除这种回火脆性。 采用在采用在A A1 1A A3 3之间加热淬火（亚临界之间加热淬火（亚临界淬火），使组织中残存少量淬火），