鋼在回火時的轉(zhuǎn)變.pptVIP

第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,鋼在淬火后所得組織因工藝不同是有所差別的： 完全淬火的組織為：馬氏體+殘余奧氏體； 不完全淬火的組織為：馬氏體+殘余奧氏體+貝氏體+碳化物+先共析鐵素體等。 這些組織在A1以下都是不穩(wěn)定組織，同時在相變過程中要產(chǎn)生組織應(yīng)力、熱應(yīng)力等。最終的穩(wěn)定狀態(tài)為鐵素體+滲碳體?；鼗鸬哪康木褪菫榱颂崆敖鉀Q這些不穩(wěn)定因素，避免在使用過程發(fā)生這類變化。 回火的目的： 1、為了獲得我們所需要的組織和性能； 2、消除應(yīng)力，穩(wěn)定組織，穩(wěn)定尺寸，降低脆性。,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,一、淬火碳鋼回火時組織轉(zhuǎn)變 碳素鋼淬火后在不同溫度下回火時，組織將發(fā)生不同的變化。由于組織變化會帶來物理性能的變化，而不同的組織變化，物理性能的變化也不同。通常根據(jù)物理性能的變化把回火轉(zhuǎn)變分成四種類型。 第一類回火轉(zhuǎn)變：M分解為回火M，80250； 第二類回火轉(zhuǎn)變：殘余A分解為回火M或B下，200300； 第三類回火轉(zhuǎn)變：回火M轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗餞（亞穩(wěn)碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定碳化物），250400； 第四類回火轉(zhuǎn)變：回火T轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗餝（碳化物聚集長大，再結(jié)晶），400700 。,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,1、馬氏體中碳原子偏聚（前期階段，稱預(yù)備階段或時效階段） 回火溫度在 80100以下。在此階段，從金相組織和硬度上都觀察不到有明顯的變化，但此時在馬氏體中將發(fā)生 C原子的偏聚（集團(tuán)化）。 馬氏體是 C在-Fe中的過飽和間隙固溶體，C原子分布在體心立方點陣的扁八面體間隙位置，使晶體點陣產(chǎn)生嚴(yán)重的彈性變形，加之晶體點陣中的微觀缺陷較多，因此使馬氏體的能量較高，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。 在室溫附近，F(xiàn)e 及合金元素原子都難以擴(kuò)散遷移，但 C、N 等間隙原子尚能作短距離擴(kuò)散。當(dāng) C、N原子擴(kuò)散到上述微觀缺陷處后，將降低馬氏體的能量。因此處于不穩(wěn)定狀態(tài)的淬火馬氏體在室溫附近，甚至在更低溫度下停留時，C、N原子可以作一定距離的遷移，出現(xiàn) C、N原子向微觀缺陷處的偏聚現(xiàn)象。,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,對于板條狀馬氏體，由于其亞結(jié)構(gòu)為大量位錯，C原子傾向于在位錯線附近偏聚，形成 C的偏聚區(qū)，導(dǎo)致馬氏體彈性畸變能下降。由于馬氏體中的 C原子分布在正常間隙位置時比偏聚在位錯線附近時的電阻率高，因此可通過測定淬火鋼的電阻率變化來間接地推測 C 原子的偏聚行為。 用碳原子在晶體缺陷處偏聚的觀點，能夠較圓滿地解釋碳含量小于 0.2時，馬氏體不呈現(xiàn)正方度，為立方點陣結(jié)構(gòu)，而當(dāng)碳含量高于 0.2時，才可能測出正方度的現(xiàn)象。 對于片狀馬氏體，由于其亞結(jié)構(gòu)主要是孿晶，可被利用的低能量位錯很少，因此除少量 C原子可以向位錯偏聚外，大量 C原子可能在某些孿晶界面上富集，形成厚度和直徑均小于 1nm 的小片狀富碳區(qū)。,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,圖 6.1 淬火 Fe-C 合金電阻率與碳含量的關(guān)系,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,2、馬氏體分解（回火第一階段轉(zhuǎn)變） 在80250內(nèi)為馬氏體分解階段，得到的組織是回火馬氏體。馬氏體是一種過飽和固溶體，隨回火溫度的升高，原子活動能力增強(qiáng)，由馬氏體中析出的碳也就增加。由于馬氏體中碳含量的下降，將使點陣常數(shù)c下降，a升高，c/a下降，馬氏體的硬度下降。 原馬氏體中含碳量高，隨回火溫度的升高，馬氏體中碳含量下降的幅度大，而含碳低的下降幅度小。即碳含量越高，碳的析出速度越快。結(jié)構(gòu)分析證明，c/a隨回火溫度升高而下降，300 左右時， c/a基本上等于1。,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,1）高碳馬氏體的分解 實驗測定高碳（1.4%C）馬氏體的正方度與回火溫度之間的關(guān)系，如表 6.1所示。 由表可見，回火溫度低于 125時，相呈現(xiàn)兩種正方度，而當(dāng)回火溫度高于125時，相的正方度只有一種，即只存在一種相，而且隨回火溫度升高，c/a逐漸減小，相中碳含量逐漸降低。 由于回火溫度不同，碳化物析出可以有兩種不同方式，即雙相分解和單相分解。,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,表 6.1 高碳（1.4%C）馬氏體正方度和碳含量及回火溫度的關(guān)系,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,（1）馬氏體的雙相分解 回火溫度在 125150以下，馬氏體以雙相分解方式進(jìn)行分解。此時，隨著碳化物的析出，出現(xiàn)兩種正方度不同的相，即具有高正方度的保持原始碳含量的未分解的馬氏體以及具有低正方度的碳已部分析出的相。 隨著回火時間延長，即隨著碳化物析出，兩種相的碳含量均不發(fā)生改變，只是高碳區(qū)愈來愈少，而低碳區(qū)愈來愈多。,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,馬氏體雙相分解示意圖,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,馬氏體雙相分解時碳的分布,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,為什么會出現(xiàn)兩種正方度？ 由于溫度較低，碳原子擴(kuò)散能力很弱，-FeXC在馬氏體某些碳的富集區(qū)通過能量、結(jié)構(gòu)和成分起伏形核，并向馬氏體中長大。在長大時，要吸收碳，所以碳化物附近的馬氏體向其提供碳原子，而遠(yuǎn)離-FeXC的馬氏體中碳原子保持不變。這樣在同一片馬氏體出現(xiàn)了成分不同，而結(jié)構(gòu)相同的兩個區(qū)域，每個區(qū)域相當(dāng)于一相，所以稱之為兩相分解。合金元素對馬氏體的兩相式分解沒有影響。 由馬氏體中析出的-FeXC與基體保持共格聯(lián)系，并有一定的慣習(xí)面100，與馬氏體保持下述位向關(guān)系： （0001） （011 ） ，10-11 101 ,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,由于溫度較低，碳原子不能作遠(yuǎn)距離擴(kuò)散，高碳區(qū)與低碳區(qū)之間的濃度差不易消失，已經(jīng)析出的碳化物不能繼續(xù)長大。馬氏體的繼續(xù)分解只能依靠在其他高碳區(qū)析出新的碳化物顆粒，并在其周圍形成新的低碳區(qū)。 所以，隨著分解過程的進(jìn)行，高碳區(qū)愈來愈少，低碳區(qū)愈來愈多。當(dāng)高碳區(qū)完全消失時雙相分解即告結(jié)束。此時，相的平均碳含量亦降至 C1。經(jīng)過測定，低碳區(qū)的碳含量 C1與馬氏體原始碳含量及分解溫度均無關(guān)，為一 恒定值，約為 0.25%0.30%。 雙相分解的速度與溫度有關(guān)，溫度愈高，分解速度就愈快。,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,（2）馬氏體的單相分解 回火溫度高于125150時，馬氏體將以單相分解亦即連續(xù)分解方式進(jìn)行分解。此時，碳原子的活動能力增強(qiáng)，能夠進(jìn)行較長距離的擴(kuò)散。因此，已經(jīng)析出的碳化物有可能從較遠(yuǎn)區(qū)域獲得碳原子而長大，相內(nèi)的碳濃度梯度也可以通過碳原子的擴(kuò)散而消除。 所以，在分解過程中不再存在兩種不同碳含量的相，相的碳含量及正方度隨分解過程的進(jìn)行不斷下降。當(dāng)溫度達(dá)到 300時，正方度 c/a 接近 1，此時相中的碳含量已經(jīng)接近平衡狀態(tài)，馬氏體的脫溶分解過程基本結(jié)束。,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,2）低碳馬氏體的分解 低碳鋼的 Ms點較高，在淬火形成馬氏體的過程中，除了可能發(fā)生碳原子向位錯的偏聚外，在最先形成的馬氏體中還可能發(fā)生自回火，析出碳化物。 淬火后在 100200之間回火時，低碳板條狀馬氏體不析出碳化物，C 原子仍然偏聚在位錯線附近，這是由于 C 原子偏聚的能量狀態(tài)低于析出碳化物的能量狀態(tài)。當(dāng)回火溫度高于 200時，才有可能通過單相分解析出碳化物，使基體中的碳含量降低。 中碳鋼在正常淬火時得到板條位錯馬氏體與片狀孿晶馬氏體的混合組織，故回火時也兼具低碳馬氏體與高碳馬氏體的分解特征。,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,綜上所述，在此階段，隨著回火溫度的升高，固溶于正方馬氏體中的過飽和碳不斷以微小-碳化物的形式析出，使馬氏體的碳含量不斷下降，最終變成立方馬氏體，并且立方馬氏體的碳含量與淬火鋼的碳含量無關(guān)。 原始碳含量不同的馬氏體，隨著碳化物的不斷析出，在高于 200以后其碳含量趨于一致。馬氏體經(jīng)過分解后獲得的立方馬氏體加-碳化物的混合組織稱為回火馬氏體。,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,不同碳含量馬氏體回火時碳濃度的變化,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,3、殘余奧氏體轉(zhuǎn)變（回火第二階段轉(zhuǎn)變） 回火溫度在200-300時，將發(fā)生殘余A的轉(zhuǎn)變。由于M轉(zhuǎn)變的不完全性，特別是C 0.4%的鋼，淬火后會殘留一部分奧氏體，隨回火溫度的升高，M的分解，使M對殘余A的機(jī)械作用降低，同時Fe及C原子的活動能力加強(qiáng)，殘余A將恢復(fù)轉(zhuǎn)變的動力。殘余A可能轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗餗或下B，即和-FeXC的機(jī)械混合物。其中的C%與M在該溫度下分解后的C含量相近，-FeXC也與不同溫度下M分解或下B中的碳化物相似。 通常在MS以下回火殘余A轉(zhuǎn)變?yōu)镸，然后分解為回火M，而在B轉(zhuǎn)變區(qū)回火，殘余A轉(zhuǎn)變?yōu)橄翨。,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,二次淬火 ：淬火時冷卻中斷或冷速較慢均將使奧氏體不易轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體而使淬 火至室溫時的殘余奧氏體量增多，即發(fā)生奧氏體熱穩(wěn)定化現(xiàn)象。奧氏體熱穩(wěn)定化現(xiàn)象可以通過回火加以消除。將淬火鋼加熱到較高溫度回火，若殘余奧氏體比較穩(wěn)定，在回火保溫時未發(fā)生分解，則在回火后的冷卻過程中將轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。這種在回火冷卻時殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的現(xiàn)象稱為“二次淬火”。二次淬火現(xiàn)象的出現(xiàn)與否與回火工藝密切相關(guān)。例如，淬火高速鋼中存在大量的殘余奧氏體，若加熱到 560保溫后，在冷卻過程中殘余奧氏體將轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，即在 560保溫過程中發(fā)生了某種催化，提高了殘余奧氏體的 Ms點，增強(qiáng)了向馬氏體轉(zhuǎn)變的能力。,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,4、碳化物析出與轉(zhuǎn)變（回火第三階段轉(zhuǎn)變） 250-400時，碳素鋼 M 中過飽和的C幾乎全部析出，將形成比-FeXC更穩(wěn)定的碳化物。 在回火過程中除-FeXC外，常見的還有兩種： 一種其組成與Mn5C2相近，稱為碳化物，用-Fe5C2表示； 另一種是滲碳體，稱碳化物，用-Fe3C表示。 這兩種碳化物的穩(wěn)定性均高于-FeXC。,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,1）碳化物形成的方式 碳化物的形成是通過形核長大方式進(jìn)行的。 （1）低C鋼 當(dāng)回火溫度高于200 ，直接由偏聚區(qū)析出-Fe3C，也有可能由M板條邊界上析出。 （2）高C鋼 低溫回火時，M分解析出-FeXC， -FeXC與M保持共格聯(lián)系，隨-FeXC的長大將使母相的點陣畸變增大，當(dāng)-FeXC長大到一定尺寸后，共格關(guān)系將被破壞，此時-FeXC將轉(zhuǎn)變?yōu)楦€(wěn)定的碳化物。一般可在250以上出現(xiàn)此過程。,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,淬火高碳鋼后火過程中的碳化物轉(zhuǎn)變序列可能為,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,（3）碳化物轉(zhuǎn)變方式 碳化物轉(zhuǎn)變也是一個形核及長大過程，具有可分為兩種類型，一是原位形核長大，另一是獨立形核長大。 a、原位形核長大（原位轉(zhuǎn)變） 在原碳化物基礎(chǔ)上發(fā)生成分變化和點陣重構(gòu)，形成更穩(wěn)定的碳化物。 b、獨立形核長大（離位轉(zhuǎn)變） 原碳化物回溶到母相中，而新的、更穩(wěn)定的碳化物在其他部位重新形核長大。 轉(zhuǎn)變?yōu)榛驎r只能按獨立形核長大方式，而轉(zhuǎn)變?yōu)闀r可以獨立形核，也可以原位轉(zhuǎn)變。,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,2）溫度及時間對碳化物轉(zhuǎn)變的影響 碳化物類型的轉(zhuǎn)變與回火溫度有關(guān)，隨回火溫度的升高，由亞穩(wěn)定狀態(tài)向穩(wěn)定狀態(tài)過渡。另外，碳化物類型的轉(zhuǎn)變與回火時間也有一定的關(guān)系，通常隨回火保溫時間的延長，碳化物類型的轉(zhuǎn)變溫度降低。,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,3）碳化物的形態(tài)及分布 -FeXC碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌愋吞蓟飼r，新生成的碳化物往往呈薄片狀，且常分布在M的孿晶界或M邊界處。隨M的含碳量降低，薄片狀碳化物減少。研究表明，不論M的形態(tài)如何，在回火過程中，當(dāng)回火溫度較低時，都存在這樣的薄片狀碳化物。碳化物本身是一個脆性相，特別是當(dāng)它呈薄片，分布在M的孿晶界或M的晶界上時，將使鋼材的脆性增大。一般認(rèn)為，這種狀態(tài)分布的碳化物是產(chǎn)生第一類回火脆性的原因之一。 通常在250-400回火的淬火M，所得到的組織為回火屈氏體，用T表示。,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,5、相狀態(tài)變化及碳化物聚集長大（回火第四階段轉(zhuǎn)變） 發(fā)生在400-700時的回火轉(zhuǎn)變。 1）淬火應(yīng)力的消除 淬火時由于熱應(yīng)力與組織應(yīng)力的存在，使工件淬火后存在較大的內(nèi)應(yīng)力。通常分為三類： 第一類內(nèi)應(yīng)力是區(qū)域性的； 第二類內(nèi)應(yīng)力是晶粒內(nèi)部晶胞之間； 第三類內(nèi)應(yīng)力是晶胞內(nèi)原子之間的(由C溶入引起)。,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,回火時這些內(nèi)應(yīng)力，會隨回火溫度的升高而逐漸消除。 當(dāng)回火溫度達(dá)到300左右時，隨M分解結(jié)束，第三類內(nèi)應(yīng)力基本消除。 當(dāng)回火溫度達(dá)到500左右時，第二類內(nèi)應(yīng)力基本消除。 當(dāng)回火溫度達(dá)到500左右時，第一類內(nèi)應(yīng)力接近全部消除。,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,2）相的回復(fù)與再結(jié)晶 由于淬火M的晶粒形狀不是等軸狀，而且晶體內(nèi)的位錯等缺陷密度較高，與冷變形金屬相似，在回火過程中也會發(fā)生回復(fù)與再結(jié)晶。 （1）低碳板條狀馬氏體 低C板條M的內(nèi)部亞結(jié)構(gòu)為高密度的位錯，隨回火溫度的升高，位錯線將逐漸消失，晶體內(nèi)的位錯密度逐漸下降，剩余的位錯將重新排列成墻，形成多邊化亞結(jié)構(gòu)?；貜?fù)的確切溫度不易測出，但是當(dāng)回火溫度高于400時，回復(fù)已明顯出現(xiàn)。回復(fù)后的相仍然保持細(xì)板條狀。,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,當(dāng)溫度高于600時，由于Fe原子的活動能力加強(qiáng)可進(jìn)行明顯的擴(kuò)散，回復(fù)后的相開始發(fā)生再結(jié)晶。結(jié)果由位錯密度較低的等軸相新晶粒逐步代替回復(fù)后的板條狀的相。 第二相顆粒對晶界具有釘扎作用，回火時析出的碳化物顆粒，對相的再結(jié)晶具有阻礙作用。鋼中碳含量愈高，相的再結(jié)晶愈困難。 通過此過程得到的組織為回火索氏體，一般用S表示。組織為等軸狀的鐵素體加上粒狀滲碳體。,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,（2）高碳片狀馬氏體 高碳片狀M內(nèi)部的亞結(jié)構(gòu)主要是高密度的孿晶，因此，這類M的回復(fù)與再結(jié)晶過程不同于板條狀M。 當(dāng)溫度高于250時，隨回火溫度的升高，馬氏體內(nèi)部的孿晶亞結(jié)構(gòu)逐漸消失，同時在馬氏體內(nèi)出現(xiàn)位錯線，當(dāng)溫度高于400時，孿晶亞結(jié)構(gòu)全部消失，全部變成位錯。400以上的過程與板條M的回復(fù)、再結(jié)晶過程完全相同。 位錯線的產(chǎn)生可能是滲碳體析出時造成的體積變化引起的。所得到的組織同樣是回火索氏體S（等軸鐵素體加尺寸較大的粒狀滲碳體的混合組織 ）。,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,3）碳化物聚集長大 淬火碳素鋼在回火時，當(dāng)溫度較高時，滲碳體會發(fā)生聚集長大和球化。 當(dāng)溫度高于400時，滲碳體開始聚集長大和球化。 當(dāng)溫度高于600時，細(xì)粒狀的滲碳體會迅速聚集粗化。 機(jī)理：小顆粒溶解，大顆粒長大。,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,二、合金元素對回火轉(zhuǎn)變的影響 總的規(guī)律是：合金元素的加入都會使轉(zhuǎn)變推遲、轉(zhuǎn)變溫度升高。 1、合金元素對M分解的影響 合金鋼中的M分解和碳素鋼相似，但其分解速度相差較大。合金元素主要是通過影響C原子的擴(kuò)散來影響M分解的。因此，合金元素對C的偏聚、兩相式分解的影響不大，而對連續(xù)式分解影響較大。其規(guī)律如下：,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,1）非碳化物形成元素 Ni、Mn對C的擴(kuò)散影響不大，對M分解的影響也不大 Si、Co雖然不形成碳化物，但可溶入-FeXC中，提高-FeXC的穩(wěn)定性。使-FeXC不易聚集，推遲M的分解。 2）強(qiáng)碳化物形成元素 Cr、Mo、W、V、Ti在鋼中可形成特殊碳化物，阻礙C原子的擴(kuò)散，可以將M分解終了溫度推遲到300 甚至500 。,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,3）回火穩(wěn)定性（抗回火性） 在合金鋼中，由于合金元素的作用，M分解溫度將推向高溫，即在較高溫度下回火，仍然可以保持相具有一定的過飽和度和細(xì)小的碳化物，使鋼保持較高的強(qiáng)度和硬度。通常把這種性質(zhì)稱為回火穩(wěn)定性。 或：合金元素阻礙相中碳含量的降低和碳化物顆粒長大，而使淬火鋼在回火時保持高強(qiáng)度、高硬度的性質(zhì)，稱為回火穩(wěn)定性。,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,2、合金元素對殘余奧氏體轉(zhuǎn)變的影響 合金鋼中殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變與碳素鋼中殘余A的轉(zhuǎn)變情況基本相似，只是合金元素可以改變殘余A分解的溫度和速度，從而可能對殘余A轉(zhuǎn)變的性質(zhì)和類型產(chǎn)生影響。 通常合金鋼中的殘余A比碳素鋼中的殘余A穩(wěn)定性高。對淬火合金鋼回火時，殘余A的轉(zhuǎn)變與回火溫度、殘余A的穩(wěn)定性有關(guān)，主要可發(fā)生以下三種轉(zhuǎn)變： 1、A在B區(qū)域內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)锽； 2、 A在P區(qū)域內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)镻； 3、 A在回火加熱保溫過程中，不發(fā)生分解，而在隨后的冷卻過程中轉(zhuǎn)變?yōu)镸。,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,3、合金元素對碳化物轉(zhuǎn)變的影響 鋼中加入合金元素，對回火時碳化物轉(zhuǎn)變的性質(zhì)并無影響，但可以改變碳化物轉(zhuǎn)變的溫度范圍。鋼中能否形成特殊碳化物，取決于所含合金元素的性質(zhì)和含量、碳 氮的含量以及回火溫度和時間等條件。合金鋼在回火過程中，通常都是滲碳體通過亞穩(wěn)碳化物再轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定特殊碳化物。 1）非碳化物形成元素 Si可溶入-FeXC中使其穩(wěn)定性提高，不易溶解，可使-FeXC轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌愋吞蓟锏臏囟壬?，而Co、Cu、Ni、Al的影響較小。 2）弱碳化物形成元素 Cr、Mn使碳化物穩(wěn)定性提高，C擴(kuò)散系數(shù)減小，滲碳體不易析出，使碳化物的轉(zhuǎn)變溫度升高，Cr的作用大于Mn。,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,3）強(qiáng)碳化物形成元素 Mo、W、V、Ti使碳化物穩(wěn)定性顯著提高，C的擴(kuò)散能力顯著下降，顯著提高碳化物的轉(zhuǎn)變溫度，提高回火穩(wěn)定性。 合金元素不僅影響碳化物的轉(zhuǎn)變溫度，同時對碳化物聚集粗化也有很大的影響，使粗化溫度升高，使碳化物能保持較細(xì)小的狀態(tài)。 合金鋼回火時，隨著回火溫度升高或回火時間延長，將發(fā)生合金元素在滲碳體和 相之間的重新分配。碳化物形成元素不斷向滲碳體中擴(kuò)散，而非碳化物形成元素逐漸向 相中富集，從而發(fā)生由更穩(wěn)定的碳化物逐漸代替原先不穩(wěn)定的碳化物，使碳化物的成分和結(jié)構(gòu)都發(fā)生變化。,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,合金鋼回火時除了有-FeXC、-Fe5C2、-Fe3C外還會出現(xiàn)特殊類型的碳化物，當(dāng)回火析出后，繼續(xù)升高回火溫度會發(fā)生滲碳體向更穩(wěn)定的特殊類型碳化物的轉(zhuǎn)變。合金元素不同時，可以形成不同類型的特殊類型的碳化物。 合金鋼回火時碳化物轉(zhuǎn)變的可能順序為 ：,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,4、回火時的二次硬化現(xiàn)象 1）二次硬化 通常淬火鋼回火時，硬度隨回火溫度的升高是逐漸下降的，但當(dāng)鋼中含有某些特殊類型碳化物形成元素時，回火溫度達(dá)到某一溫度后，硬度反而隨回火溫度的升高而升高的現(xiàn)象，稱為二次硬化。 2）二次硬化產(chǎn)生的原因 當(dāng)鋼中含有合金元素時，在回火過程中，由于合金元素擴(kuò)散能力很低，新生成的碳化物彌散度極高，又與相保持共格聯(lián)系。隨回火溫度的升高，特殊碳化物尺寸加大，數(shù)量增多，從而使相的共格畸變增大，導(dǎo)致鋼材在隨回火溫度升高，出現(xiàn)硬度升高的現(xiàn)象，即二次硬化。,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,低,中碳鋼在 100-700回火 1h 的硬度變化,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,回火溫度對低碳鉬鋼馬氏體硬度的影響,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,可以通過下述途徑來提高鋼的二次硬化效應(yīng) ： 第一，增大鋼中的位錯密度，以增加特殊碳化物的形核部位，從而進(jìn)一步增大碳化物的彌散度。例如采用低溫形變淬火方法等； 第二，鋼中加入某些合金元素，以減慢特殊碳化物形成元素的擴(kuò)散，抑制細(xì)小碳化物的長大和延緩這類碳化物過時效現(xiàn)象的發(fā)生。例如鋼中加入 Co、A1、Si、Nb、Ta 等元素，都可以使特殊碳化物細(xì)小彌散并與相保持共格畸變狀態(tài)，從而增大鋼的回火穩(wěn)定性。,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,5、合金元素對相回復(fù)與再結(jié)晶的影響 所有合金元素均阻礙相的回復(fù)與再結(jié)晶，將此階段推向高溫，提高回火穩(wěn)定性。 合金鋼在高溫回火時，如果能形成特殊碳化物，由于碳化物細(xì)小彌散又與相保持共格聯(lián)系，而使相保持較高的C過飽和度，顯著推遲相的回復(fù)與再結(jié)晶。因而，使相處于較大的畸變狀態(tài)，此時鋼的硬度、強(qiáng)度仍然可以保持較高的數(shù)值，具有很高的回火穩(wěn)定性。 總之，合金鋼具有較高的回火穩(wěn)定性，同時回火時可以出現(xiàn)二次淬火和二次硬化現(xiàn)象，使零件回火后仍具有較高的硬度和強(qiáng)度，這對高溫下工作的零件是非常重要的。,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,三、鋼在回火時機(jī)械性能的變化 1、硬度和強(qiáng)度的變化 各種碳鋼在回火時硬度和強(qiáng)度的變化規(guī)律，與其顯微組織的變化有著密切的關(guān)系，低C鋼和高C鋼的M組織形態(tài)和殘余A含量是不同的，回火時組織變化規(guī)律也不盡相同。因此，它們在回火時機(jī)械性能的變化規(guī)律也是有差別的。 1）低碳鋼回火時機(jī)械性能的變化 不同碳含量的低、中碳鋼隨回火溫度的升高，鋼的硬度逐漸降低。低碳鋼在低于250回火時，不析出-FeXC碳化物，而碳原子偏聚在位錯線附近，因此，鋼的組織狀態(tài)變化不大，硬度變化也不大。此外，低碳鋼Ms較高，在淬火過程中將出現(xiàn)自回火現(xiàn)象，碳原子已發(fā)生偏聚，因此回火時，硬度也無大的變化。,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,但是，在低溫回火時，隨著回火溫度的升高，低碳板條M中C原子向位錯線附近偏聚的傾向增大，所以屈服強(qiáng)度、特別是彈性極限隨著回火溫度的升高（低于250）而增高。 由于淬火應(yīng)力的降低，塑性也隨回火溫度的升高稍有增大。回火溫度高于250時，可能由于滲碳體在板條之間或沿位錯線析出，而使鋼的強(qiáng)度和塑性降低。 在300-400之間回火，由于析出片狀或條狀滲碳體，鋼的硬度和強(qiáng)度顯著降低，塑性開始回升?；鼗饻囟雀哂?00直至700，發(fā)生碳化物聚集、長大和球化以及相的回復(fù)、再結(jié)晶，鋼的硬度、強(qiáng)度逐漸降低，塑性逐漸升高。,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,2）高碳鋼回火時機(jī)械性能的變化 高碳鋼淬火組織，主要為片狀M和一定數(shù)量的殘余A。 在200以下回火，高碳鋼的硬度不僅不降低，而且還稍有提高。 這是由于高碳片狀M在低溫回火時，C原子形成富集區(qū)（低于100），與低碳鋼中的偏聚區(qū)相比，點陣畸變較大?；鼗饡r也可能析出大量細(xì)小碳化物（低于200），因而產(chǎn)生較大的彌散硬化作用。,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,在200-300溫度范圍內(nèi)回火時，硬度的變化與鋼中殘余A含量密切相關(guān)。雖然，鋼中M將因碳化物的析出，而使硬度逐漸降低，但又因殘余A轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗餗或貝氏體而使硬度升高，這兩種相互矛盾因素的作用可使鋼的硬度變化從緩慢下降到保持不變。這種硬度的變化情況取決于殘余A量的多少。 一般在250以下回火，由于M基體碳含量仍在0.25%左右，且有大量彌散分布的-FeXC碳化物，所以回火后鋼的硬度仍可保持在HRC60以上。 回火溫度高于300，由于碳化物繼續(xù)析出和隨后的聚集長大、球化以及相的回復(fù)再結(jié)晶，硬度逐漸降低。與低碳鋼相比，由于高碳鋼的碳含量高，回火時析出碳化物的數(shù)量較多，經(jīng)相同溫度回火后，鋼的硬度較低碳鋼為高。,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,3)中碳鋼回火時機(jī)械性能的變化 中碳鋼經(jīng)普通淬火后的組織，一般是板條M和片狀M的混合物，因此這類鋼回火時機(jī)械性能的變化規(guī)律，也兼有低碳鋼和高碳鋼的特性。 中碳鋼的硬度隨回火溫度的升高而逐漸降低，這是因為在低溫回火時，因C形成偏聚區(qū)和析出-FeXC而增高硬度的作用較小，所以鋼的硬度降低。在200-300之間回火，因殘余A量較少，其分解后能夠增高的硬度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于回火M繼續(xù)分解而降低的硬度，因此硬度繼續(xù)下降。高于300回火，其硬度降低情況與低碳鋼和高碳鋼的相似。 鋼中加入合金元素能減小硬度和強(qiáng)度降低的趨勢，與相同碳含量的碳鋼相比，在高于 300回火時，如果回火溫度和時間相同， 則合金鋼常常具有較高的強(qiáng)度。 二次硬化,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,2、塑性和韌性的變化 淬火鋼在回火時，隨回火溫度升高，由于淬火內(nèi)應(yīng)力消除、碳化物聚集長大和球化以及相回復(fù)和再結(jié)晶，在硬度和強(qiáng)度不斷下降的同時，塑性（斷面收縮率、延伸率）不斷上升。 但高碳鋼在低溫（低于 300）回火時其塑性幾乎等于零，而低碳馬氏體卻具有良好的綜合性能。淬火鋼在回火時的沖擊韌性并不一定隨回火溫度升高而單調(diào)地增高，許多鋼可能在兩個溫度區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)韌性下降的現(xiàn)象，這種隨回火溫度升高，沖擊韌性反而下降的現(xiàn)象，稱為“回火脆性“。,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,CiNi 鋼沖擊韌性與回火溫度的關(guān)系,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,3、鋼的回火脆性 1）第一類回火脆性 在250400之間出現(xiàn)的回火脆性稱為第一類回火脆性，也稱低溫回火脆性。幾乎所有的鋼均存在第一類回火脆性。 （1）主要特征 a)具有不可逆性； b)與回火后的冷卻速度無關(guān)； c)斷口為沿晶脆性斷口。,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,（2）影響因素 主要是化學(xué)成分的影響?？梢詫撝性匕雌渥饔梅譃槿悾?有害雜質(zhì)元素，如 S、P、As、Sb、Cu、N、H、O等。鋼中存在這些元素時均將導(dǎo)致出現(xiàn)第一類回火脆性； 促進(jìn)第一類回火脆性的元素，如 Mn、Si、Cr、Ni、V等。這些類合金元素能促進(jìn)第一類回火脆性的發(fā)展，還有可能將第一類回火脆性推向較高的溫度； 減弱第一類回火脆性的元素，如 Mo、W、Ti、Al 等。鋼中含有這些合金元素時第一類回火脆性將被減弱，其中尤以 Mo的效果最顯著。 此外，奧氏體晶粒愈粗大，殘余奧氏體量愈多，則第一類回火脆性就愈嚴(yán)重。,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,3）形成機(jī)制 到目前為止有很多種不同的說法，尚無定論，很可能是多種因素綜合作用的結(jié)果，而對于不同的鋼材來說，也可能是不同因素所致。大致有以下三種觀點： （1）殘余A轉(zhuǎn)變理論 最初認(rèn)為第一類回火脆性產(chǎn)生的原因是由于殘余A轉(zhuǎn)變所致。但有些鋼第一類回火脆性與殘余A轉(zhuǎn)變并不完全對應(yīng)，故殘余A轉(zhuǎn)變理論，不能解釋各種鋼的第一類回火脆性。,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,（2）碳化物析出理論 鋼回火時，-FeXC轉(zhuǎn)變?yōu)?Fe5C2或-Fe3C的溫度與產(chǎn)生第一類回火脆性的溫度相近，而新形成的碳化物呈薄片狀，且沿板條M的板條間、板條束的邊界或片狀M的孿晶帶或晶界上析出，從而使材料的脆性增加?；鼗饻囟热邕M(jìn)一步提高，薄片狀碳化物將聚集長大和球化，將導(dǎo)致脆性降低，沖擊韌性升高。這種觀點已為許多實驗所證實。 （3）晶界偏聚理論 即認(rèn)為奧氏體化時雜質(zhì)元素 P、S、As、Sn、Sb等在晶界、 亞晶界偏聚導(dǎo)致晶界弱化是引起第一類回火脆性的原因。前面所述的第二類元素能促進(jìn)雜質(zhì)元素在奧氏體晶界的偏聚，故能促進(jìn)第一類回火脆性的發(fā)展。第三類元素能阻止雜質(zhì)元素在奧氏體晶界的偏聚，故能抑制第一類回火脆性的發(fā)展。,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,4）防止方法 目前，第一類回火脆性是無法消除的。沒有一個有效的熱處理方法能消除鋼中這種回火脆性，除非不在這個溫度范圍內(nèi)回火，也沒有能夠有效抑制產(chǎn)生這種回火脆性的合金元素。但可以采取以下措施減輕第一類回火脆性： （1）降低鋼中雜質(zhì)元素的含量； （2）用Al脫氧或加入Nb、V、Ti等合金元素細(xì)化A晶粒； （3）加入Mo、W等可以減輕； （4）加入Cr、Si調(diào)整溫度范圍（推向高溫）； （5）采用等溫淬火代替淬火回火工藝。,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,2）第二類回火脆性 在450600之間出現(xiàn)的回火脆性稱為第二類回火脆性，也稱高溫回火脆性。試驗表明，出現(xiàn)這種回火脆性時，鋼的沖擊韌性降低，脆性轉(zhuǎn)折溫度升高，但抗拉強(qiáng)度和塑性并不改變，對許多物理性能（如矯頑力、比重、電阻等）也不產(chǎn)生影響。,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,1）主要特征 （1）具有可逆性； （2）與回火后的冷卻速度有關(guān)；回火保溫后，緩冷出現(xiàn)，快冷不出現(xiàn)，出現(xiàn)脆化后可重新加熱后快冷消除。 （3）與組織狀態(tài)無關(guān)，但以M的脆化傾向大； （4）在脆化區(qū)內(nèi)回火，回火后脆化與冷卻速度無關(guān)； （5）斷口為沿晶脆性斷口。這表明第二類回火脆性與原奧氏體晶界存在某些雜質(zhì)元素有密切關(guān)系。 一般用脆化處理前后脆性轉(zhuǎn)折溫度之差（）來描述鋼的回火脆性敏感度，也叫稱為“回火脆度”。,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,2）影響因素 (1)化學(xué)成分的影響 鋼的化學(xué)成分是影響第二類回火脆性的最重要的因素。 a、鋼出現(xiàn)明顯回火脆性需要有一定的碳含量，含碳極低時不出現(xiàn)回火脆性或很微弱。 b、鋼出現(xiàn)明顯回火脆性要有一定數(shù)量的Mn或Cr，不含Mn和Cr的鋼回火脆性可大大降低。Mn、Cr促進(jìn)回火脆性發(fā)展的原因：一方面Mn、Cr向晶界偏聚，另一方面Mn、Cr促進(jìn)P等雜質(zhì)元素向晶界上偏聚。,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,c、鋼含有少量的P族元素包括砷As、銻Sb等，可增大回火脆性敏感度，使回火脆性增大。因為，這些元素在晶界上偏聚，將使晶界弱化，而不含此類元素的鋼回火脆性很小。 d、鋼中加入Mo、W、V、Ti等可以減小回火脆性，降低。因為， Mo、W本身不向晶界偏聚，同時還阻礙其它雜質(zhì)元素在晶界處偏聚。因此要求在回火脆化溫度范圍內(nèi)回火時，常采用含Mo的鋼材。,第六章 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,(2)熱處理工藝參數(shù)的影響 脆化速度和脆化程度均與回火溫度和回火時間密切相關(guān)。溫度一定時，隨回火時間延長，脆化程度增大。在 550以下，回火溫度愈低，脆化速度就愈慢，但能達(dá)到的脆化程度也愈大；在 550以上，隨回火溫度升高，脆化速度減慢，能達(dá)到的脆化程度下降。所以，第二類回火脆性的等溫脆化動力學(xué)曲線亦呈“C”字形，鼻尖溫度為 550。 第二類回火脆性與回火后的冷卻速度密切相關(guān)。緩慢冷卻將使脆性增加，冷卻速度愈低，脆化程度就愈大。而快速冷卻則可消除或減輕第二類回火脆性。,第