第9節(jié)_鋼的回火轉(zhuǎn)變

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1、金屬材料學(xué)MetalMaterialandHeatTreatment主講教師：曾燕屏2011年10月19日北京科技大學(xué)曾燕屏§2-6鋼的回火轉(zhuǎn)變回火是把淬火鋼件加熱到低于A1的某一溫度，保溫一段時(shí)間，然后以適當(dāng)方式冷卻至室溫的一種熱處理工藝。2011年10月19日北京科技大學(xué)曾燕屏一、淬火鋼在回火時(shí)的組織變化1.馬氏體中碳原子的偏聚ò100℃以下回火，馬氏體中的碳原子將短距離遷移到微觀缺陷處，使系統(tǒng)能量降低。ò由于含碳量不同，馬氏體中可能出現(xiàn)兩種不同的偏聚過(guò)程：2011年10月19日北京科技大學(xué)曾燕屏(

2、1)在含碳量小于0.2%的馬氏體中，間隙碳原子全部偏聚到高密度的位錯(cuò)線上，形成柯氏氣團(tuán)。ò這是碳原子與位錯(cuò)的彈性應(yīng)力場(chǎng)交互作用，被彈性地吸引到位錯(cuò)線上的結(jié)果，故稱為彈性偏聚。ò此時(shí)，馬氏體為體心立方點(diǎn)陣，不出現(xiàn)正方度。ò當(dāng)馬氏體的含碳量為0.2%時(shí)，彈性偏聚達(dá)飽和狀態(tài)。2011年10月19日北京科技大學(xué)曾燕屏(2)在含碳量大于0.2%的馬氏體中，過(guò)飽和的碳原子不再偏聚到位錯(cuò)線附近，而是在垂直于c軸的(001)α′面上偏聚，伴隨有化學(xué)自由能降低，正方度c/a增大，強(qiáng)度、硬度提高，故稱為化學(xué)偏聚。2011年

3、10月19日北京科技大學(xué)曾燕屏2.馬氏體的分解與亞穩(wěn)碳化物的形成在100℃以上回火時(shí)，馬氏體將發(fā)生較為明顯的分解，析出碳化物，使其碳濃度降低，點(diǎn)陣常數(shù)c減小，a增大，正方度c/a減小。2011年10月19日北京科技大學(xué)曾燕屏圖2-560.96%C鋼回火時(shí)馬氏體的含碳量、晶格常數(shù)(c/a)比與回火溫度及回火時(shí)間的關(guān)系2011年10月19日北京科技大學(xué)曾燕屏對(duì)于碳含量＞0.4%的馬氏體，其分解分為兩個(gè)階段：第一階段：100~150℃第二階段：150℃以上ε圖2-57馬氏體示意圖(a)二相式分解(b)連續(xù)式分

4、解2011年10月19日北京科技大學(xué)曾燕屏圖2-58不同含碳量的碳鋼中馬氏體的含碳量與回火溫度的關(guān)系(回火時(shí)間1小時(shí))2011年10月19日北京科技大學(xué)曾燕屏圖2-591.09%C鋼在不同溫度回火時(shí)馬氏體的含碳量與回火時(shí)間的關(guān)系2011年10月19日北京科技大學(xué)曾燕屏ò在150~250℃回火時(shí)，片狀馬氏體將分解為含碳過(guò)飽和的α固溶體和與之共格的ε碳化物的兩相組織，稱為回火馬氏體。ò由于ε碳化物的彌散析出，使得回火馬氏體比淬火馬氏體易于腐蝕，因而回火馬氏體在光學(xué)顯微鏡下呈暗黑色片狀組織。ò對(duì)于碳含量<0.

5、2%的板條狀馬氏體，在100~200℃之間回火時(shí)，馬氏體一般不析出ε碳化物，碳原子仍偏聚在位錯(cuò)線附近。2011年10月19日北京科技大學(xué)曾燕屏3.殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變碳含量超過(guò)0.4%的碳鋼或低合金鋼，淬火后才有一定數(shù)量的殘余奧氏體存在。在200~300℃溫度區(qū)間回火時(shí)，殘余奧氏體將分解為過(guò)飽和α固溶體和薄片狀ε碳化物的兩相組織，一般認(rèn)為是回火馬氏體或下貝氏體，可用下式表示：γ→M′或B(α+ε-Fe2.4C)R2011年10月19日北京科技大學(xué)曾燕屏4.碳化物的轉(zhuǎn)變對(duì)于碳含量＞0.4~0.6%的馬氏體，在

6、250~400℃之間回火時(shí)，馬氏體中的ε碳化物將轉(zhuǎn)變?yōu)楦臃€(wěn)定的χ和θ碳化物。表2-2鐵碳化合物的組成、結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性鐵碳化合物化學(xué)式結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性εFe2.4C六方晶系亞穩(wěn)定χFe5C2單斜晶系亞穩(wěn)定θFe3C斜方晶系穩(wěn)定2011年10月19日北京科技大學(xué)曾燕屏碳化物的轉(zhuǎn)變也是通過(guò)形核與長(zhǎng)大方式進(jìn)行的，依據(jù)新碳化物與母相的慣習(xí)面和取向關(guān)系是否與原碳化物相同，可以分為兩類：(1)“原位”轉(zhuǎn)變：如果新碳化物與母相的慣習(xí)面和取向關(guān)系與原碳化物相同，則新碳化物可以通過(guò)原碳化物成分的調(diào)整和點(diǎn)陣的重構(gòu)形成。(2)“異位

7、”轉(zhuǎn)變：如果新碳化物與母相的慣習(xí)面和取向關(guān)系與原碳化物不同，則原碳化物溶解，新碳化物在其它部位重新形核并長(zhǎng)大。2011年10月19日北京科技大學(xué)曾燕屏表2-3鐵碳化合物與母相的位向關(guān)系鐵碳化合物慣習(xí)面位向關(guān)系(0001)ε∥(011)α′ε{100}α′(10-11)ε∥(101)α′[11-20]ε∧[100]α′=5o(100)χ∥(-1-21)α′χ{112}α′[010]χ∥[101]α′[011]χ∥[-111]α′(001)θ∥(-112)α′{110}α′θ[010]θ∥[11-1]α′{

8、112}α′[100]θ∥[1-10]α′2011年10月19日北京科技大學(xué)曾燕屏表2-4回火時(shí)含碳量不同的馬氏體中碳化物的轉(zhuǎn)變情況含碳量碳化物轉(zhuǎn)變情況C%<0.2%α′θ-Fe3C0.2%0.4~0.6%α′ε-Fe2.4Cχ-Fe5C2θ-Fe3C2011年10月19日北京科技大學(xué)曾燕屏5.碳化物的聚集長(zhǎng)大與α相的回復(fù)、再結(jié)晶ò回火溫度高于400℃后，滲碳體明顯聚集、長(zhǎng)大并球