(完整版)钢的热处理第8章钢的回火转变及回火课件.ppt

1、第八章 钢的回火转变及回火回火回火：将淬火钢加热到A1以下某一温度，经过保温，然后以一定的冷却方法冷至室温的工艺过程。目的目的：去除去除残余应力残余应力；调整性能；稳定尺寸；调整性能；稳定尺寸驱动力驱动力原始组织原始组织是是非平衡相非平衡相M M中碳过饱和中碳过饱和M M具有高的界面和应变能具有高的界面和应变能M回火加热时组织转变随温度升高：随温度升高：C C偏聚：偏聚：100 100 以下（时效）以下（时效）M M分解：分解：100 300 100 300（过渡过渡碳化物析出碳化物析出、析出）析出）残余残余A AR R分解：分解：200 300 200 300 碳化物类型转变：碳化物类型转变

2、：200 350200 350碳化物粗化、碳化物粗化、F F形成：形成：350350以上以上1 1 回火时的组织变化一、碳原子的重新分布（一、碳原子的重新分布（M M分解）分解）实验实验：选选Ms Ms 1c/a 1三、残余AR分解与与M M分解同时进行分解同时进行C%0.4%C%0.4%明显明显分解发生在相界或分解发生在相界或残余AR晶体内部晶体内部分解分解产物产物为为相相+（稳定碳化物）或稳定碳化物）或M M、B B碳化物颗粒状，与残余碳化物颗粒状，与残余A A有取向关系有取向关系低低M M板条之间板条之间的的残余AR 分解分解形成的碳化形成的碳化物物连续连续导致回火脆性导致回火脆性四、碳

3、化物类型的转变与与A A分解同时进行分解同时进行低低C C位错位错M M：偏聚在位错附近的：偏聚在位错附近的C C原子，可原子，可直接析出直接析出-K-K（Fe3C)Fe3C)。位置：析出在位。位置：析出在位错线附近或错线附近或M M条间界上，呈细小片状条间界上，呈细小片状高高C C孪晶孪晶M M：最先析出：最先析出-K-K，当回火温度，当回火温度高于高于250 250 析出析出-K-K和和-K-K。位置：。位置：M M孪孪晶面晶面112112M M上。上。低、中碳钢在板条内形核，与低、中碳钢在板条内形核，与M M有惯习面和有惯习面和取向关系，因小角度相界的消失取向关系，因小角度相界的消失板条

4、粗化板条粗化基体基体M M中中C%C%平衡，平衡，c/a c/a=1 1。但仍保持淬火但仍保持淬火时形态时形态内应力基本消除。内应力基本消除。高碳高碳M M 亚稳定碳化物亚稳定碳化物先形成先形成 随后被稳随后被稳定定碳化物碳化物取代取代n碳化物晶格结构碳化物晶格结构n密排六方点阵密排六方点阵n成分：成分：Fe2CFe3Cn碳化物碳化物n复杂斜方点阵复杂斜方点阵n成分：成分：Fe5C2n碳化物碳化物n复杂斜方点阵复杂斜方点阵n成分：成分：Fe3C碳化物转变方式原位原位转变转变：成分、结构改变：成分、结构改变独立独立 转变转变 ：亚稳定碳化物溶解，稳：亚稳定碳化物溶解，稳定碳化物在其它部位形核、长

5、大定碳化物在其它部位形核、长大五、碳化物聚集、等轴F形成碳化物由棒、片碳化物由棒、片球球 粗化粗化（大吞小大吞小）系统能量下降系统能量下降渗碳体渗碳体因密度小于因密度小于F F 较小的碳化物溶入较小的碳化物溶入基体基体 产生空位产生空位促进促进渗碳体渗碳体长大长大大角度相界合并大角度相界合并晶粒长大晶粒长大等轴等轴F FM M形貌消失形貌消失残余应力消除残余应力消除c/a c/a=1 1综上所述：综上所述：总体变化总体变化2 回火后的性能变化 一、一、硬度硬度在在100100时略高（亚稳定碳化物共格作用时略高（亚稳定碳化物共格作用 M M中析出中析出C C的弱化作用）的弱化作用）温度温度 10

6、0 100后后硬度硬度，因为：，因为：M M中中C C析出析出固溶强化效果固溶强化效果残余残余A A分解分解碳化物析出碳化物析出基体基体C C平衡平衡碳化物粗化碳化物粗化F F等轴化（再结晶）等轴化（再结晶）二、强度、塑性随温度升高随温度升高强度降低、塑性升高强度降低、塑性升高碳钢均在碳钢均在300400300400时时弹性弹性最最好好三、韧性除回火脆性外，温度升高除回火脆性外，温度升高韧性升高韧性升高高碳钢回火韧性提高显著高碳钢回火韧性提高显著亚亚稳定稳定碳化物析出碳化物析出 内应力内应力降低降低 M M收缩收缩 显微裂纹显微裂纹减少减少碳化物碳化物 聚集聚集焊合显微裂纹焊合显微裂纹小结硬硬

7、 度度 ：200200以下，以下，HRCHRC不变。不变。300300，HRCHRC降低。降低。弹性极限：弹性极限：在在300-400 300-400 最高。最高。塑塑 性：性：在在600-650 600-650 最高。最高。3 合金元素对回火的影响过程与碳钢回火相同，推迟进程过程与碳钢回火相同，推迟进程特点特点提高回火抗力提高回火抗力某些钢产生某些钢产生二次硬化二次硬化现象现象影响回火脆性影响回火脆性一、提高回火抗力1 1、时效、时效、低温回火低温回火 影响影响小小2 2、316316 中温回火中温回火合金合金元素元素降低碳的扩散系数降低碳的扩散系数NiNi、SiSi等非碳化物形成元素向等非

8、碳化物形成元素向M M中扩散中扩散CrCr、V V等等碳化物形成元素碳化物形成元素向碳化物中扩向碳化物中扩散散以上因素此时不是过程转变的控制因以上因素此时不是过程转变的控制因素，故影响弱素，故影响弱3 3、SiSi中温回火时中温回火时 阻碍碳化物类阻碍碳化物类型转变型转变 显著提高回火抗力显著提高回火抗力4 4、除、除NiNi、P P外，其它合金元素外，其它合金元素随随回回火温度升高，阻碍碳化物粗化、火温度升高，阻碍碳化物粗化、F F再结晶再结晶提高回火抗力提高回火抗力5 5、如如残余残余A A在回火在回火保温保温时未分解时未分解P P或或B B，则则回火冷却时回火冷却时二次淬火二次淬火硬硬度

9、提高、脆性增加度提高、脆性增加进行再次回火进行再次回火二、引起二次硬化1 1、产生条件、产生条件500650500650含含有有强碳化物强碳化物形成元素（形成元素（TiTi、CrCr、V V、）的钢的钢强碳化物强碳化物形成元素超过一定形成元素超过一定%2 2、实质实质MoMo2 2C WC W2 2C VC TiC C VC TiC CrCr7 7C C3 3 共格碳化物共格碳化物的的 弥散强化弥散强化 作用作用超温超温过时效过时效硬度降低（碳化物类型硬度降低（碳化物类型转变）转变）3 3、合金碳化物取代渗碳体方式原位转变原位转变相界面形核相界面形核二次硬化效果差（碳化物较粗）二次硬化效果差（

10、碳化物较粗）独立转变独立转变位错处形核位错处形核长大长大碳化物细小碳化物细小效果效果好好多组元多组元效果佳效果佳转转型序列型序列FeFe3 3C C VC VCFeFe3 3C C W W2 2C C W W6 6C C4 4、工程意义工具钢工具钢提高红硬性提高红硬性耐热钢耐热钢高温强度好高温强度好结构钢结构钢提高材料强度、韧性提高材料强度、韧性轻量轻量化设计化设计5、提高二次硬化效果的途径形变形变+淬火淬火位错密度提高位错密度提高碳化物弥散析出碳化物弥散析出加合金元素（加合金元素（CoCo、AlAl、SiSi、NbNb）抑制特殊碳化物生长抑制特殊碳化物生长4 钢的回火脆性一、一、（第一类第一

11、类 、低温、不可逆）低温、不可逆）回火回火 马氏体马氏体 脆脆1 1、特征、特征韧性降低；冷脆转化温度升高；沿晶断裂韧性降低；冷脆转化温度升高；沿晶断裂250400250400产生，与冷却速度无关产生，与冷却速度无关几乎所有钢都存在几乎所有钢都存在不能消除，只能减轻不能消除，只能减轻已产生此脆性工件在高温区回火已产生此脆性工件在高温区回火消除消除（再次在此温区回火不产生脆性（再次在此温区回火不产生脆性 不可逆）不可逆）2、产生原因（不定论）残余残余A A分解分解脆化温区与残余脆化温区与残余A A分解温区相同，加合金元分解温区相同，加合金元素素脆化温区脆化温区会会升高升高低、中碳钢板条之间渗碳体

12、薄膜生长所致低、中碳钢板条之间渗碳体薄膜生长所致A A晶界杂质偏聚晶界杂质偏聚俄歇实验高纯度材料俄歇实验高纯度材料回火脆性倾向降低回火脆性倾向降低S S、P P 杂质偏聚杂质偏聚 弱化晶界弱化晶界残余残余A A分解分解+A A晶界晶界 SbSb、SnSn、P P、S S、As As 杂质杂质偏聚偏聚3、措施降低杂质降低杂质细化晶粒降低杂质细化晶粒降低杂质%（脱氧剂；细化（脱氧剂；细化元素）元素）加加Mo Mo 降低降低 晶界磷晶界磷%降低降低MnMn加合金加合金改变脆化温度改变脆化温度等温淬火代替淬火等温淬火代替淬火+回火工艺回火工艺二、（第二类、可逆）回火脆1 1、特征、特征较高的回火温区出

13、现，时间较高的回火温区出现，时间明显明显沿晶、合金偏聚；其他特点同前沿晶、合金偏聚；其他特点同前对冷却速度敏感，快冷不出现对冷却速度敏感，快冷不出现某些合金钢出现某些合金钢出现脆性可逆，脆性可逆，只要在此温区只要在此温区（或大于（或大于此温此温区区）回火缓冷即出现）回火缓冷即出现已经脆化工件已经脆化工件不满足温度、材料、冷不满足温度、材料、冷速三个条件速三个条件脱脆脱脆2、影响因素成分成分致脆元素：致脆元素：MnMn、CrCr、NiNi、SiSi与杂质共存时出现与杂质共存时出现多种元素共同作用多种元素共同作用明显明显：促进元素：促进元素：P P、SnSn、SbSb、AsAs、B B、S S去脆

14、元素：去脆元素：W W、MoMo、V V、TiTi；Mo%Mo%约约0.5%0.5%最佳最佳碳钢碳钢不出现不出现热处理热处理时间；冷却速度时间；冷却速度；脆化温区回火；脆化温区回火组织：组织：MBPMBP晶粒大晶粒大明显明显3、机理平衡偏聚理论平衡偏聚理论杂质晶界偏聚杂质晶界偏聚晶界畸变能晶界畸变能二重偏聚：二重偏聚：A A化时化时合金晶界偏聚合金晶界偏聚回火回火 杂质被吸引杂质被吸引 偏聚偏聚晶界晶界合金合金元素元素回火回火晶界偏聚晶界偏聚v合金与杂质亲和力大合金与杂质亲和力大晶内也析出碳化物晶内也析出碳化物抑制脆性抑制脆性v合金与杂质亲和力中等合金与杂质亲和力中等晶界杂质偏聚晶界杂质偏聚脆

15、性脆性v合金与杂质亲和力小合金与杂质亲和力小杂质晶界不偏聚杂质晶界不偏聚抑制脆性抑制脆性非平衡偏聚理论：非平衡偏聚理论：杂质杂质 在在渗碳体渗碳体中中溶解度小溶解度小 渗碳体渗碳体 形成时排除杂质形成时排除杂质相相界、界、晶界杂质晶界杂质%升高升高超过脆化温度超过脆化温度杂质向杂质向F F中扩散中扩散；渗碳体渗碳体溶解溶解脆性会脆性会消失消失4、预防大型工件加大型工件加MoMo、W W降低杂质降低杂质%细化晶粒细化晶粒形状形状简单简单的的小工件回火后快冷小工件回火后快冷亚温淬火亚温淬火磷溶入磷溶入F F中中晶界处磷晶界处磷%降低降低5钢的回火工艺一、加热温度制定原则一、加热温度制定原则成分（碳

16、含量、合金含量）成分（碳含量、合金含量）淬火后的硬度淬火后的硬度技术要求技术要求经验公式（经验公式（Wc%=0.350.65%Wc%=0.350.65%）1 1）回火）回火=300+=300+（57-HRC757-HRC710-10.8-Wc%)10-10.8-Wc%)1501502 2）回火）回火=T1+=T1+（淬火（淬火HRC-HRC-技术要求技术要求HRC)HRC)1010 T1 T1：碳钢：碳钢=200=200；合金钢；合金钢=220=220回火种类1 1、低温回火、低温回火目的目的：降低应力；提高韧性：降低应力；提高韧性组织组织：回火马氏体回火马氏体（/+/+），），保留淬保留淬火

17、形态火形态性能性能：硬度与淬火时相当硬度与淬火时相当高碳钢高碳钢耐磨性好耐磨性好韧性提高，内应力降低韧性提高，内应力降低应 用轴承轴承钢钢制作耐磨制作耐磨工件工件工、模具钢工、模具钢渗碳、渗碳、C C、N N共渗工共渗工件件铣刀铣刀双头钻双头钻量具钢（冷处理量具钢（冷处理回火回火 研磨研磨 时效）时效）低碳钢低碳钢制作高制作高强度工件强度工件2、中温回火目的目的 提高弹性极限；获得高的强韧性配合提高弹性极限；获得高的强韧性配合组织组织 回火屈氏体回火屈氏体（F+F+细小碳化物，光镜下细小碳化物，光镜下仍难分辨），保留淬火仍难分辨），保留淬火M M形貌形貌性能性能 弹性极限最高；强韧性配合好弹性

18、极限最高；强韧性配合好应用应用 弹性工件；热模具弹性工件；热模具T与T区别T 中温回火产物，Fe3C呈颗粒状；来自MT正火产物，Fe3C呈片状。来自过冷A形态、性质均不同3、高温回火（调质处理）目的目的获得好的综合力学性能获得好的综合力学性能产生二次硬化效果产生二次硬化效果组织组织 回火索氏体回火索氏体（F+F+颗粒碳化物），颗粒碳化物），M M形貌消失形貌消失性能性能综合性能优于综合性能优于S S某些合金钢具有高的红硬性某些合金钢具有高的红硬性应 用高速钢产生红硬性高速钢产生红硬性高合金钢的软化预备热处理高合金钢的软化预备热处理渗渗N N、表面感应加热的预备热处理表面感应加热的预备热处理重要

19、结构工件的最终热处理重要结构工件的最终热处理二、回火时间根据经验公式选取根据经验公式选取与设备、装炉量、工件厚度等有关与设备、装炉量、工件厚度等有关回火温度比回火回火温度比回火时间时间对回火程度（性对回火程度（性能）的影响大能）的影响大回火效果回火效果低温、长时间低温、长时间=高温、短时间高温、短时间回火程度通常用硬度衡量回火程度通常用硬度衡量高碳钢为了防止淬火后开裂高碳钢为了防止淬火后开裂应该及应该及时回火（时回火（2 2小时之内）小时之内）小结随着回火温度的提高，材料中的组织、力学性随着回火温度的提高，材料中的组织、力学性能也随之发生变化。能也随之发生变化。通过回火可以调整材料的性能、稳定

20、其尺寸、通过回火可以调整材料的性能、稳定其尺寸、消除淬火时留下的残余应力。消除淬火时留下的残余应力。合金元素会延缓回火的进程，还可能产生高温合金元素会延缓回火的进程，还可能产生高温回火脆性。两种回火脆性预防的措施不同，在回火脆性。两种回火脆性预防的措施不同，在生产中应正确把握。生产中应正确把握。根据使用要求正确选择回火工艺，其中回火工根据使用要求正确选择回火工艺，其中回火工艺中温度对性能的影响较大。艺中温度对性能的影响较大。作业作业Page231Page231：1010、1111、1313、2020、2121返回返回返回返回返回返回返回返回高高碳碳钢钢回回火火时时力力学学性性能能变变化化返回返

21、回返回返回返回返回返回返回淬火产生三种应力：淬火产生三种应力：n第一类：冷却时工件内外温差造成的宏观第一类：冷却时工件内外温差造成的宏观应力引起工件变形、开裂应力引起工件变形、开裂n第二类：由于工件中的几个晶粒内的温度第二类：由于工件中的几个晶粒内的温度不一致和相变的不同时，而造成微观应力不一致和相变的不同时，而造成微观应力n第三类：由于晶格畸变而引起的内应力第三类：由于晶格畸变而引起的内应力（由（由C原子过饱和固溶、原子过饱和固溶、M相变停止后仍保相变停止后仍保持共格关系所致）持共格关系所致）返回返回返回返回Fe-0.7C-1Cr-3Ni钢奥氏体等温转变动力学图钢奥氏体等温转变动力学图返回返回