回火轉(zhuǎn)變與鋼的回火

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1、第8章回火轉(zhuǎn)變與鋼的回火本章主要內(nèi)容回火過程中的組織變化(5個(gè)階段)回火后力學(xué)性能的變化回火脆化現(xiàn)象的產(chǎn)生及其避免回火工藝(3種)8.0概述回火：將淬火后的鋼在A1以下的溫度加熱、保溫，并以適當(dāng)速度冷卻的工藝過程。目的：使淬火得到的亞穩(wěn)組織轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的回火組織；提高淬火鋼的塑性和韌性，降低脆性；降低或消除淬火引起的殘余內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸。8.1淬火鋼在回火時(shí)的組織變化淬火鋼亞穩(wěn)組織：馬氏體(M)：C在α-Fe中呈過飽和，使晶格承受應(yīng)力。比容最大，儲(chǔ)存了部分相變潛熱。殘余奧氏體(AR)：過冷、承受應(yīng)

2、力和應(yīng)變。比容最小，儲(chǔ)存了大量相變潛熱。淬火鋼在回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變碳原子的重新分布—時(shí)效(100℃以下)；過渡碳化物的沉淀(100~300℃)；AR的分解(200~300℃)；過渡碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3C(200~350℃)；Fe3C的粗化和球化，以及等軸鐵素體晶粒的形成(350℃以上)。8.1.1碳原子的重新分布—時(shí)效階段(100℃以下)溫度較低，碳原子只能做短程擴(kuò)散，進(jìn)行偏聚。(1)低碳M—在位錯(cuò)線附近偏聚亞結(jié)構(gòu)為位錯(cuò)，C原子傾向于偏聚在位錯(cuò)線附近的間隙位置。(2)高碳M—在孿晶界面上聚集亞結(jié)構(gòu)為

3、孿晶，C原子將在一定晶面上聚集，形成富C聚集區(qū)。8.1.2過渡碳化物的析出—回火第一階段(100~300℃)現(xiàn)象：隨T↑，M中C%↓，晶格常數(shù)c↓，a↑，正方度c/a↓—過飽和程度下降。實(shí)質(zhì)：馬氏體發(fā)生了分解。M→M’(過飽和α+ε-FexC，α含碳量約為0.25%)ε-FexC(x=2~3)，HCP結(jié)構(gòu)，與基體馬氏體保持共格關(guān)系。過渡相。8.1.2過渡碳化物的析出—回火第一階段(100~300℃)產(chǎn)物：回火馬氏體(M’)。有一定過飽和度的α固溶體(立方馬氏體)和與其有共格關(guān)系的ε碳化物所組成的

4、復(fù)相混合組織。在普通金相顯微鏡下，觀察不出回火馬氏體中的ε碳化物?；鼗瘃R氏體在形態(tài)上與淬火馬氏體相似，但回火馬氏體易腐蝕，成黑色組織。性能：保留高硬度。8.1.3殘余奧氏體的分解—回火第二階段(200~300℃)AR→M’或B下(α相+ε-FexC碳化物)。α相的C%：與M在該溫度下分解后的C%相近，也與過冷A在該溫度下形成的B下的C%相近。ε-FexC：與相同溫度下，M分解或B下中碳化物相似。殘余奧氏體與過冷奧氏體鋼淬火后的AR，與過冷A同屬亞穩(wěn)組織，本質(zhì)相同，但AR存在于M之間，受M影響：(

5、1)馬氏體條間的AR含碳量高于平均含碳量，已轉(zhuǎn)變的馬氏體會(huì)使AR處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)。(使AR在低溫較難分解)(2)回火過程中(T>200~300℃)，M分解，對AR壓力降低，影響到AR的轉(zhuǎn)變。8.1.4過渡碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3C—回火第三階段(200~350℃)在250~400℃回火時(shí)，碳鋼M中過飽和的C幾乎全部析出，將形成比ε-FexC更穩(wěn)定的碳化物χ-Fe5C2和θ-Fe3C，其穩(wěn)定性均高于ε-FexC。轉(zhuǎn)化是通過ε-碳化物的溶解和θ-碳化物重新從馬氏體基體中析出的方式完成的。8.1.4過渡碳

6、化物轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3C—回火第三階段(200~350℃)(1)碳化物轉(zhuǎn)變：低溫→高溫低中碳馬氏體(C%<0.4~0.6%)(<0.2%C鋼)(>0.2%C鋼)中高碳馬氏體(C%>0.4~0.6%)8.1.4過渡碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3C—回火第三階段(200~350℃)(2)相狀態(tài)：低溫→高溫低中碳馬氏體(C%<0.4~0.6%)中高碳馬氏體(C%>0.4~0.6%)初期α相與ε相保持共格關(guān)系，但當(dāng)ε相長大到一定尺寸及其轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌鄷r(shí)，共格關(guān)系將被破壞。碳化物的形態(tài)及分布ε-FexC轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌蓟飼r(shí)，新

7、生成的碳化物常呈薄片狀，若分布在原馬氏體晶界上，將引起鋼的韌性顯著降低。隨回火溫度升高，片狀碳化物將轉(zhuǎn)化為粒狀，且會(huì)出現(xiàn)小顆粒溶解、大顆粒粗化現(xiàn)象。8.1.4過渡碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3C—回火第三階段(200~350℃)產(chǎn)物：回火屈氏體。由飽和的α相和細(xì)小片狀的滲碳體組成。性能：強(qiáng)度、硬度↓，塑性、韌性↑，淬火時(shí)晶格畸變所造成的內(nèi)應(yīng)力大大消除。8.1.5Fe3C的粗化和球化，以及等軸鐵素體晶粒的形成—回火第四階段(350℃以上)(1)淬火應(yīng)力的消失350℃時(shí)，第三類應(yīng)力(晶格畸變)消除—由于C原子從

8、基體α相中析出。>350℃時(shí)，第二類應(yīng)力(微觀應(yīng)力)開始下降，到500℃基本消除—由α相回復(fù)所致。500~600℃時(shí)，第一類應(yīng)力(宏觀應(yīng)力)接近完全消除(再結(jié)晶所致)。8.1.5Fe3C的粗化和球化，以及等軸鐵素體晶粒的形成—回火第四階段(350℃以上)(2)α相回復(fù)與再結(jié)晶1)低碳板條馬氏體T>400℃時(shí)，開始回復(fù)。位錯(cuò)密度下降，板條狀形態(tài)保持。T>600℃時(shí)，開始再結(jié)晶。位錯(cuò)密度低的等軸鐵素體新晶粒逐步取代板條。8.1.5Fe3C的粗化和球化，以及等軸鐵素體晶粒的形成—回火第四階段(350℃