回火工藝標準基礎知識資料大全

1、1.回火的定義與目的回火是將淬火后的金屬成材或零件加熱到某一溫度,保溫一定時間后,以一定方式冷卻的熱處理工藝,回火是淬火后緊接著進行的一種操作,通常也是工件進行熱處理的最后一道工序,因而把淬火和回火的聯(lián)合工藝稱為最終熱處理.鋼件在淬火狀態(tài)下有以下三個主要特征.(1)組織特征根據(jù)鋼件尺寸、加熱溫度、時間、轉變特征及利用的冷卻方式,鋼件淬火后的組織主要由馬氏體或馬氏體+剩余奧氏體組成,此外,還可能存在一些未溶碳化物.馬氏體和剩余奧氏體在室溫下都處于亞穩(wěn)定狀態(tài),它們都有向鐵聚體加滲碳體的穩(wěn)定狀態(tài)轉化的趨勢.(2)硬度特征由碳原子引起的點陣畸變通過硬度表示出來,它隨過飽和度(即含碳量)的增加而增加.淬

2、火組織硬度、強度高,塑性、韌性低.(3)應力特征包括微觀應力和宏現(xiàn)應力,前者與碳原子引起的點陣畸變有關,尤其是與高碳馬氏體到達最大值有關,說明淬火時馬氏體處于緊張受力狀態(tài)之中；后者是由于淬火時橫截面上形成的溫差而產(chǎn)生的,工件外表或心部所處的應力狀態(tài)是不同的,有拉應力或壓應力,在工件內部保持平衡.如不及時消除淬火鋼件的內應力,會引起零件的進一步變形乃至開裂.綜上所述,淬火工件雖有高硬度與高強度,但跪性大,組織不穩(wěn)定,且存在較大的淬火內應力,因此必須經(jīng)過回火處理才能使用.一般來說,回火工藝是鋼件淬火后必不可少的后續(xù)工藝,它也是熱處理過程的最后一道工序,它賦予工件最后所需要的性能.回火是將淬火鋼加熱

3、到Aci以下的某一溫度,保溫一定時間,然后冷卻到室溫的熱處理工藝.它的主要目的為：1 )合理地調整鋼的硬度和強度,提升鋼的韌性,使工件滿足使用要求；(2)穩(wěn)定組織,使工件在長期使用過程中不發(fā)生組織轉變,從而穩(wěn)定工件的形狀與尺寸；(32.淬火鋼回火時的組織轉變淬火鋼件回火時,按回火溫度的上下和組織轉變的特征,可將鋼的回火過程分為以下5個階段.(1)馬氏體中碳原子的偏聚馬氏體是C在a-Fe中的過飽和間隙固溶體,C原子分布在體心立方的扁八面體間隙之中,造成了很大的彈性畸變,因此升高了馬氏體的能量,使之處于不穩(wěn)定的狀態(tài).在100c以下回火時,C、N等間隙原子只能短距離擴散遷移,在晶體內部重新分布形成偏

4、聚狀態(tài),以降低彈性應變能.對于板條馬氏體,因有大量位錯,C原子便偏聚于位錯線附近,所以淬火鋼在室溫附近放置時,碳原子向位錯線附近偏聚.對于片狀馬氏體,C原子那么偏聚在一定晶面上,形成薄片狀偏聚區(qū).這些偏聚區(qū)的含碳量高于馬氏體的平均含碳量,為碳化物的析出創(chuàng)造了條件.(2)馬氏體的分解當回火溫度超過80c時,馬氏體將發(fā)生分解,馬氏體中的碳濃度逐漸降低,晶格常數(shù)c減小,a增大,正方度c/a減小.馬氏體的分解一直延續(xù)到350c以上,在高合金鋼中甚至可以延續(xù)到600C.不同含碳量的馬氏體的碳濃度隨回火溫度的變化規(guī)律.隨著回火溫度的升高,馬氏體中含碳量不斷降低.高碳鋼的碳濃度隨回火溫度升高降低很快,含碳量

5、較低的鋼中碳濃度降低較緩.馬氏體的碳濃度與回火時間的關系：回火時間對馬氏體中含碳量的影響較小,馬氏體的碳濃度在回火初期下降很快,隨后趨于平緩.回火溫度越高,回火初期碳濃度下降越多.片狀馬氏體在100?250c回火時,固溶于馬氏體中的過飽和碳原子脫溶,沿著馬氏體的一定晶面沉淀析出e-FexC的碳化物(x=2?3),其晶格結構為密排六方晶格,與母相之間有共格關系,并保持一定的晶體學位向關系.含碳量低于0.2%的板條馬氏體,在淬火冷卻時已經(jīng)發(fā)生自回火,絕大局部碳原子都偏聚到位錯線附近,所以在200c以下回火時沒有e-碳化物析出.高碳鋼在350c以下回火時,馬氏體分解后形成的“相和彌散的e-碳化物組成

6、的復相組織稱為回火馬氏體.回火馬氏體中的a相仍保持針狀形態(tài),由于它是兩相組成的,較淬火馬氏體容易腐蝕,故在金相顯微鏡下呈黑色針狀組織,與下貝氏體很相似.(3)剩余奧氏體的轉變淬火的中、高碳鋼,組織中總含有少量剩余奧氏體,在230?300c溫度區(qū)間回火時,剩余奧氏體將發(fā)生分解,分解時遵循與過冷奧氏體分解相同的規(guī)律,轉變產(chǎn)物為“相與碳化物,其中.a相的含碳量與同溫下的回火馬氏體是一致的,因此統(tǒng)稱為回火馬氏體.碳化物的粒子有所長大,但仍是很細很薄的片,并與母體保持著共格關系.殘余奧氏體在更高溫度(如600c左右)恒溫分解產(chǎn)物應是珠光體,而在這兩個溫度之間也有一奧氏體分解的穩(wěn)定區(qū),回火過程未能完全分解

7、的剩余奧氏體在隨后的冷卻過程中有可能再一次轉變?yōu)轳R氏體,這就是二次淬火現(xiàn)象.這對高碳鋼尤其是高合金鋼的熱處理工藝有很大的實際意義,生產(chǎn)實踐中往往利用這一原理來進一步提升鋼的硬度.合金元索對剩余奧氏體分解的影響和對過冷奧氏體的影響根本相同.(4)碳化物的轉變在250?400c溫度區(qū)間回火時,馬氏體內過飽和的碳原子幾乎全部脫溶,a相的含碳量幾乎已到達平衡含碳量(0.001%-0.02%),在低溫下析出的碳化物(FexC)將轉變?yōu)榱钐蓟锘?Fe3C),a相在降低含碳量的同時,點陣晶格畸變開始消失.嵌鑲塊遂漸長大,變成多邊形晶粒,也就是鐵素體的恢復.這種由針狀a相和與其無共格聯(lián)系的細小®

8、(粒與片狀碳化物組成的機械混合物一般稱為回火屈氏體.其組織特征是鐵素體基體內分布著極細小的粒狀碳化物.(5)滲碳體的聚集長大和a相回復、再結晶回火溫度高于400c后,析出的滲碳體開始聚集球化與粗化,這一過程是逋過小h粒溶解,大顆粒沉積長大的機制進行的.在400C以上回火時,相已開始明顯回復,即鐵素體中的位錯密度降低,剩下的位錯通過重排、多邊化形成位錯網(wǎng)絡、將鐵素體晶粒分割成許多亞晶粒,但仍保持馬氏體的外形.回火溫度高于600c時,a相開始再結晶,通過界面移動逐漸長大成等軸狀晶粒,這時粒狀滲碳體均勻分布在鐵素體內,同時,馬氏體的針狀形態(tài)消失.這種等軸狀鐵素體和細顆粒狀滲碳體的機械混合物稱為回火索

9、氏體.綜上所述,碳鋼或低合金鋼的回火分為5個階段,并主要得到：回火馬氏體組織、回火屈氏體組織和回火索氏體組織.由于回火的各階段受擴散因素所限制,因此其轉變取決于回火溫度和時間,其中溫度是最主要的因素.合金元素對回火轉變有很大影響,一般都起阻礙作用,使回火轉變的各階段溫度向高溫推移.3 .淬火鋼回火時力學性能的變化淬火鋼回火時,由于組織發(fā)生了變化,故其力學性能也發(fā)生了相應的變化.硬度淬火鋼回火時硬度的變化規(guī)律.總的變化趨勢是隨著回火溫度升高,鋼的硬度連續(xù)下降.但含碳量大于的高碳鋼在100c左右回火時,硬度反而略有升高,這是由于馬氏體中碳原子的偏聚及£-碳化物析出引起彌散硬化造成的.在2

10、00?300C回火時,硬度下降平緩.這是由于一方面馬氏體分解,使硬度降低,另一方面剩余奧氏體轉變?yōu)橄仑愂象w或回火馬氏體,使硬度升高,二者綜合影響的結果.回火溫度超過300c以后,由于碳化物轉變?yōu)闈B碳體,共格關系被破壞,以及滲碳體聚集長大,使鋼的硬度呈直線下降.鋼中合金元素能在不同程度上減小回火過程中硬度下降的趨勢,提升回火穩(wěn)定性.強碳化物形成元素還可在高溫回火時析出彌散的特殊碳化物,使鋼的硬度顯著升高,造成二次硬化.2強度和韌性隨著回火溫度的提升,一般來說,鋼的強度指標屈服點bs、抗拉強度bb不斷下降,而塑性指標伸長率8、斷面收縮率少不斷上升.在350c左右回火時,鋼的彈性極限到達極大值,在4

11、00c以上回火時,鋼的伸長率8、斷面收縮率少上升最顯著.45鋼淬火后的強度并不高,且塑性很差.如在200?300c回火得到回火馬氏體,且由于內應力消除,使其強度到達極大值；在350?500c回火,組織為回火屈氏體,彈性極隈最高,韌性也較好！在450?600c回火,得到的組織為回火索氏體,具有良好的綜合力學性能,即較高的強度與良好的塑性、韌性相配合.4 .二次硬化鐵碳合金在一次或屢次回火后提升了硬度的現(xiàn)象稱為二次硬化,這種硬化現(xiàn)象是由于特殊碳化物的離位析出和或剩余奧氏體轉變?yōu)轳R氏體或貝氏體所致.某些高合金鋼如高速鋼、高輅模具鋼等尤為突出,它們在一定溫度回火后,工件硬度不僅不降低,反而比其淬火態(tài)要

12、高得多.產(chǎn)生二次硬化的原因有以下兩個方面.1馬氏體轉變過程中的彌散強化作用鋼中含有強烈碳化物形成元素如Cr、Mo、W、V、Ti、Nb等,富集于滲碳體中.當回火溫度較高時400c以上,這些強烈碳化物形成元索在滲碳體中富集到超過其飽和濃度后,便發(fā)生由滲碳體轉變?yōu)樘厥馓蓟锏倪^程.這些特珠碳化物比滲碳體更為堅硬,而且它形成時,以高度彌散的粒子析出于基體中,不易聚集長大,引起“相固溶碳量增大并釘扎位錯阻礙運動,起著彌散強化作用.2剩余奧氏體轉變成回火馬氏體或下貝氏體這類鋼中的剩余奧氏體在回火加熱、保溫過程中不發(fā)生分解,而在隨后的回火冷卻過程中轉變?yōu)轳R氏體或下貝氏體,這種現(xiàn)象稱為二次淬火.二次淬火也是二

13、次硬化的原因之一,但它與析出特殊碳化物的彌散強化相比,其作用較小,只有當淬火鋼中剩余奧氏體量很高時,其作用才較顯著.5 .回火脆性一般情況下,隨著回火溫度的提升,總的趨勢是鋼的強度、硬度降低,而塑性、韌性增高.但在許多鋼主要是結構鋼中發(fā)現(xiàn),回火溫度升高時,鋼的沖擊韌性并非連續(xù)提升,而是在某些溫度區(qū)間回火時,沖擊韌性反而顯著下降,這種脆化現(xiàn)象稱為鋼的回火脆性.(1)第一類回火脆性淬火鋼在250?400c范圍回火出現(xiàn)沖擊韌性顯著降低的現(xiàn)象,稱為第一類回火脆性,也稱低溫回火脆性.幾乎所有工業(yè)用鋼都在一定程度上具有這類回火脆性,而且脆性的出現(xiàn)與回火時冷卻速度的快慢無關.產(chǎn)生低溫回火脆性的原因尚未十分清

14、楚,一般認為與馬氏體分解時滲碳體的初期形核有關,并且認為是由于具有某種臨界尺寸的薄膜狀碳化物在馬氏體晶界和亞晶界上形成的結果.也有人認為,脆性的出現(xiàn)與S、P、Sb、As等微量元素在晶界、相界或亞晶界的偏聚有關.此外,剩余奧氏體分解時沿晶界、亞晶界或其他界面析出脆性的碳化物,以及韌性的剩余奧氏體的消失,也是導致脆性的重要原因.這類回火脆性產(chǎn)生以后無法消除,故又稱為不可逆回火脆性.為了防止低溫回火脆性,一般應不在脆化溫度范圍(特別是韌性最低值所對應的溫度)回火,或改用等溫淬火工藝,或參加從Mo、W等合金元素減輕第一類回火脆性.(2)第二類回火脆性650C以上回火,淬火鋼在450?650C范圍回火后

15、緩冷出現(xiàn)沖擊韌性顯著降低的現(xiàn)象,稱為第二類回火脆性,也稱高溫回火脆性.將這類已產(chǎn)生回火脆性的鋼重新加熱到然后快速冷卻,那么脆性消失,假設再次于脆化溫度區(qū)間回火,然后緩冷,那么脆性又重新出現(xiàn),故又稱之為可逆回火脆性.這類脆性的產(chǎn)生與否和鋼的化學成分、回火溫度、回火時間以及回火后的冷卻速度有密切關系.第二類回火脆性主要在合金結構鋼中出現(xiàn),碳素鋼一般不出現(xiàn)這類回火脆性.第二類回火脆性的產(chǎn)生機制至今尚未徹底摘清楚,近年來的研究指出,是由于回火時Sb、Sn、As、P等微量雜質元素在原奧氏體晶界上偏聚或以化合物形式析出所致,鋼中的Cr、Mn、Ni等合金元素不但能促進上述雜質元素向晶界偏聚,而且本身也向晶界偏聚,進一步降低晶界的強度,增大脆性陽向.6 .回火穩(wěn)定性淬火鋼在回火時反抗硬度下降的水平稱回火穩(wěn)定性.由于合金元索對淬火鋼在回火時的組織轉變起阻礙或延緩作用,可推遲馬氏體的分解和剩余奧氏體的轉變,提升鐵素體的再結晶溫度,使碳化物不易聚集長大,而保持較大的彌散度.因此合金鋼的回火穩(wěn)定性較碳鋼為好.具有較高回火穩(wěn)定性的鋼可采用較高的回火溫度,淬火應力消除得更徹底一些,其回火后的綜合力學性能也能好一些.7 .時效現(xiàn)象把有濃度變化的固溶體單相合金如鐵素體加熱