1、第八章 回火转变与钢的回火Tempering transformation and Tempering of Steel王建刚 8.1 淬火钢在回火时的组织变化淬火钢在回火时的组织变化 8.2 淬火钢回火后机械性能的变化淬火钢回火后机械性能的变化 8.3 合金元素对回火得影响合金元素对回火得影响 8.4 回火脆化现象回火脆化现象 8.5 回火工艺回火工艺主要内容 重点：重点：1.淬火钢回火时组织变化规律；淬火钢回火时组织变化规律；2.合金元素对回火的影响：二次硬化；合金元素对回火的影响：二次硬化；3.回火脆性的原因及防止；回火脆性的原因及防止；4.回火工艺参数确定。回火工艺参数确定。难点：难点
2、：1.回火时组织变化规律；回火时组织变化规律；2.回火脆性现象；回火脆性现象；3.合金元素对回火得影响。合金元素对回火得影响。重点与难点1.回火的定义回火的定义 淬火钢件加热到低于淬火钢件加热到低于A1点以下某一温度保温一段时间，然后点以下某一温度保温一段时间，然后冷却（一般是空冷到室温）的操作，称为回火。冷却（一般是空冷到室温）的操作，称为回火。2.回火的目的回火的目的1）使工件获得所要求的机械性能使工件获得所要求的机械性能2）减少或消除内应力）减少或消除内应力3）稳定工件的组织和尺寸）稳定工件的组织和尺寸 回火使淬火后得到的具有高硬度、高强度的亚稳马氏体及残回火使淬火后得到的具有高硬度、高
3、强度的亚稳马氏体及残余奥氏体组织，具有余奥氏体组织，具有调整组织；调整组织；改善力学性能；改善力学性能；消除消除淬火造成的残余应力的作用。可以在淬火造成的残余应力的作用。可以在A1以下很宽的温度范围以下很宽的温度范围进行，钢的性能也可在很宽的范围内变化。进行，钢的性能也可在很宽的范围内变化。概述8.1 淬火钢在回火时的组织变化淬火钢的组织主要是淬火钢的组织主要是马氏体马氏体和和一定量的残余奥氏体一定量的残余奥氏体。淬火组织高度不稳定：淬火组织高度不稳定：马氏体中的碳高度过饱和；马氏体中的碳高度过饱和；马氏体马氏体中有很高的应变能和界面能；中有很高的应变能和界面能；与马氏体并存的还有一定量的与马
4、氏体并存的还有一定量的残余奥氏体。残余奥氏体。碳钢在整个回火过程可分为碳钢在整个回火过程可分为5个有区别而又互相重叠的阶段：个有区别而又互相重叠的阶段：1.碳原子的重新分布碳原子的重新分布时效阶段（时效阶段（100以下）；以下）；2.过渡碳化物（过渡碳化物（/或或）的沉淀）的沉淀第一阶段（第一阶段（100300）；）；3.残余奥氏体的分解残余奥氏体的分解回火第二阶段（回火第二阶段（200300）；）；4.过渡碳化物（过渡碳化物（/或或）转变为）转变为Fe3C第三阶段第三阶段(200350)；5.Fe3C的粗化和球化，以及等轴铁素体晶粒的形成的粗化和球化，以及等轴铁素体晶粒的形成回火第四阶段回火
5、第四阶段（350以上）。以上）。1.碳原子的重新分布碳原子的重新分布时效阶段（时效阶段（100以下）以下）碳钢马氏体回火时要经历一系列复杂的反应，最终产物为渗碳钢马氏体回火时要经历一系列复杂的反应，最终产物为渗碳体弥散分布在铁素体基体中。之前以碳体弥散分布在铁素体基体中。之前以碳化物的沉淀作为回碳化物的沉淀作为回火第一阶段的标志，后来研究发现在火第一阶段的标志，后来研究发现在碳化物的沉淀之前，马碳化物的沉淀之前，马氏体中还有更小尺度的组织变化，称为时效阶段。氏体中还有更小尺度的组织变化，称为时效阶段。8.1 淬火钢在回火时的组织变化淬火马氏体中的淬火马氏体中的C原子在以碳化物形式析出前，将首先
6、向大原子在以碳化物形式析出前，将首先向大量存在于量存在于M中的位错及孪晶界面偏聚，发生碳原子偏聚和聚集，中的位错及孪晶界面偏聚，发生碳原子偏聚和聚集，成为碳原子偏聚区和成为碳原子偏聚区和C原子集团原子集团 a.温度温度20100 b.具有一定位错密度的板条具有一定位错密度的板条M；c.不具备形成不具备形成K或或K不稳定；不稳定；d.碳的扩散能力不大。碳的扩散能力不大。在此温度范围，在此温度范围，C、N原子尚有一定扩散能力，原子尚有一定扩散能力，C原原子向位错附近的间隙位置偏聚，或在孪晶面形成富子向位错附近的间隙位置偏聚，或在孪晶面形成富碳聚集区域。碳聚集区域。条件条件8.1 淬火钢在回火时的组
7、织变化 淬火淬火M中碳原子分布在其体心立方中碳原子分布在其体心立方的八面体中心，使晶体产生的八面体中心，使晶体产生 严重畸变。严重畸变。原因原因 C原子比较小，直径原子比较小，直径d0.154nm1.54A在常温可通过扩散向晶内缺陷偏聚。在常温可通过扩散向晶内缺陷偏聚。扩散常数扩散常数D00.394mm2/秒秒 在在130，移动，移动0.2nm2A需需 2.5ms8.1 淬火钢在回火时的组织变化2.过渡碳化物（过渡碳化物（/或或）的沉淀）的沉淀 过渡碳化物的析出，也称：淬火马氏体分解，构成了回火第一过渡碳化物的析出，也称：淬火马氏体分解，构成了回火第一阶段。阶段。碳化物具有密排六方结构碳化物具
8、有密排六方结构8.1 淬火钢在回火时的组织变化M 相相 碳化物碳化物 多余的碳原子与多余的碳原子与Fe形成化合物：形成化合物：碳化物碳化物 母相由过饱和状态转变为饱和状态；母相由过饱和状态转变为饱和状态；正方度正方度c/a度减小，直到度减小，直到c/a 1回火马氏体：低碳回火马氏体：低碳相和弥散分布的，并与之保持相和弥散分布的，并与之保持共格关系的共格关系的 碳化物构成的组织碳化物构成的组织0.20.3%C偏聚、有序偏聚、有序化、化合形成化、化合形成45#钢钢900水冷组织，条状水冷组织，条状M+片状片状M 1.回火马氏体回火马氏体 C钢淬火钢淬火M为条状片状混合组织，为条状片状混合组织，15
9、0250回火，仍保持其形态回火，仍保持其形态，浸蚀后颜色变深。，浸蚀后颜色变深。8.1 淬火钢在回火时的组织变化 (a)500 (b)500045#钢水冷钢水冷200回火回火M(条状条状+片状片状)的金相和电镜图的金相和电镜图 8.1 淬火钢在回火时的组织变化(a)500 (b)500020CrNiMo钢钢1100水冷组织的金相和电镜图，条状水冷组织的金相和电镜图，条状M 低低C钢钢M，低温回火以后，低温回火以后，M中只发生中只发生C原子偏聚，尚未原子偏聚，尚未析出碳化物。金相观察条状析出碳化物。金相观察条状M的形态。的形态。8.1 淬火钢在回火时的组织变化 (a)500 (b)500020C
10、rNiMo钢钢1100水冷水冷2005h回火的金相和电镜图回火的金相和电镜图,条状回火条状回火M 8.1 淬火钢在回火时的组织变化马氏体碳浓度与回火温度的关系马氏体碳浓度与回火温度的关系 M内过饱和的内过饱和的C原子脱溶，沉淀析出与母相共格的原子脱溶，沉淀析出与母相共格的碳化碳化物，基体成为含物，基体成为含C=0.25左右的过饱和固溶体（左右的过饱和固溶体（相）。相）。M分解的分类（高碳钢，根据回火温度）分解的分类（高碳钢，根据回火温度）两相式分解两相式分解：80-150，碳原子扩散能力低，碳原子扩散能力低，M的分解只能依的分解只能依靠靠 碳化物在碳化物在M晶体内不断生核、析出，而不能依靠其长
11、大进晶体内不断生核、析出，而不能依靠其长大进行。紧靠行。紧靠 碳化物周围形成贫碳区，远离碳化物周围形成贫碳区，远离 碳化物的碳化物的M仍保仍保持较高的碳浓度，因此组织中除了持较高的碳浓度，因此组织中除了 碳化物外，还有碳浓度不碳化物外，还有碳浓度不同的两种同的两种相。相。连续式分解连续式分解：150-350，碳原子扩散能力增强，碳原子扩散能力增强，碳化物能碳化物能从较远处获得碳原子而长大，最终碳浓度达到基本一致或从较远处获得碳原子而长大，最终碳浓度达到基本一致或M的碳浓度连续地降低。的碳浓度连续地降低。8.1 淬火钢在回火时的组织变化8.1 淬火钢在回火时的组织变化3.残余奥氏体的分解残余奥氏
12、体的分解回火第二阶段（回火第二阶段（200300）含含C量量0.4的钢，淬火后存在残余奥氏体的钢，淬火后存在残余奥氏体A，淬火组织，淬火组织在在200 300回火时，发生残余奥氏体分解，表现为：回火时，发生残余奥氏体分解，表现为：1.残余奥氏体分解与直接过冷残余奥氏体分解与直接过冷A转变有相似之处，包括转变有相似之处，包括分解产物与动力学曲线。分解产物与动力学曲线。2.分解产物从高温到低温依次为：先共析相（分解产物从高温到低温依次为：先共析相（F或或Fe3C）、）、P、B、M+A1）残余奥氏体向马氏体的转变（）残余奥氏体向马氏体的转变（200）如：如：GCr15钢经钢经1100淬火（淬火（Ms
13、159），），A为为17，经经T159回火就回火就 有有M分解得分解得 同时，同时，A转变为转变为M。一般高一般高C钢中的钢中的A在在T200回火没有明显变化，有些低回火没有明显变化，有些低合金钢在合金钢在Ms以下，从室温以下，从室温200的升温或恒温过程。的升温或恒温过程。A可部分可部分M并同时发生回火得到回火并同时发生回火得到回火M；也有的可部；也有的可部分分A B下下8.1 淬火钢在回火时的组织变化TTT曲线曲线残余奥氏体残余奥氏体 -过冷奥氏体过冷奥氏体 2）残余奥氏体分解自）残余奥氏体分解自200开始分解开始分解300分解基本完成分解基本完成在较低温度下在较低温度下AB；在较高温度下
14、在较高温度下A先析出碳先析出碳化物，再转变化物，再转变PA的孕育期较过冷的孕育期较过冷A短。短。3）残余奥氏体在快速加热到）残余奥氏体在快速加热到较高温度回火时向较高温度回火时向B上上或或P的转的转变变，如图所示：如图所示：8.1 淬火钢在回火时的组织变化有些高合金钢的有些高合金钢的A均稳定，即使在较高温度下回火也不发生分均稳定，即使在较高温度下回火也不发生分解或不能完全分解。但在回火冷却时转变为解或不能完全分解。但在回火冷却时转变为M。主要是回火时由于析出主要是回火时由于析出碳化物，使其碳化物，使其C ，合金元素含量，合金元素含量 ，提高了提高了M转变的转变的Ms，促使它在随后冷却时，促使它
15、在随后冷却时M。高速钢的淬火高速钢的淬火M，经三次高温回火的二次硬化现象就是如此。，经三次高温回火的二次硬化现象就是如此。总之：总之：A分解产物特征，是分解产物特征，是Fe3C的特征：的特征：其其相的相的C含量相当于同温度下含量相当于同温度下M回火的回火的C含量；含量；初期析出碳化物仍具有共格联系的初期析出碳化物仍具有共格联系的碳化物，碳化物，300时析时析出出Fe3C。4）残余奥氏体在回火后冷却到）残余奥氏体在回火后冷却到Ms点以下时向点以下时向M转变转变8.1 淬火钢在回火时的组织变化8.1 淬火钢在回火时的组织变化4.过渡碳化物（过渡碳化物（/或或 ）转变为）转变为Fe3C第三阶段第三阶
16、段(200350)在在200350回火，回火，M内过饱和内过饱和C原子几乎全部脱溶，沉淀原子几乎全部脱溶，沉淀析出比析出比碳化物碳化物 更为稳定的更为稳定的K。低低C钢在钢在200350回火时，偏聚在位错线附近的回火时，偏聚在位错线附近的C原子，原子，可在偏聚区内直接析出可在偏聚区内直接析出 碳化物，即渗碳化物，即渗C体体Fe3C。高高C孪晶孪晶M在在200350回火，当回火，当T200，碳化物重碳化物重新溶解，同时析出新溶解，同时析出 碳化物。碳化物。T350，析出的碳化物，析出的碳化物(Fe3C)逐渐聚集、球化和长大。逐渐聚集、球化和长大。在在250450中温回火，便得到回火屈氏体。中温回
17、火，便得到回火屈氏体。金相组织特征：仍然基本保持原来的条状或片状金相组织特征：仍然基本保持原来的条状或片状M形态，形态，Fe3C颗粒很细小，但能分辨。颗粒很细小，但能分辨。回火屈氏体（回火屈氏体（T）(a)500 (b)5000图图7-13 45#钢水冷钢水冷200回火回火M(条状条状+片状片状)的金相和电镜图的金相和电镜图 (a)500 (b)5000图图7-16 45#钢水冷钢水冷4001h回火的金相和电镜图，回火的金相和电镜图，回火屈氏体回火屈氏体 即：即：相回复和再结晶及渗碳体粗化和球化相回复和再结晶及渗碳体粗化和球化Fe3C的集聚长大接近球状、的集聚长大接近球状、a-Fe再结晶（再结
18、晶（F从条状从条状等轴块等轴块 状）状）在在350700期间，随着回火温度升高期间，随着回火温度升高回火索氏体（回火索氏体（S）8.1 淬火钢在回火时的组织变化5.Fe3C的粗化和球化，以及等轴铁素体晶粒的形成的粗化和球化，以及等轴铁素体晶粒的形成回火第四阶段（回火第四阶段（350以上）以上）(a)500 (b)500045#钢水冷钢水冷6501h回火的金相和电镜图，回火索氏体回火的金相和电镜图，回火索氏体 淬火钢在淬火钢在450650高温回火得到回火索氏体组织。金相组织高温回火得到回火索氏体组织。金相组织特征：特征：F粒状粒状Fe3C。碳钢调质处理后就是这种组织。一般没有。碳钢调质处理后就是
19、这种组织。一般没有针状形态的针状形态的F，但某些热稳定性很好的合金钢调质后，仍会有些，但某些热稳定性很好的合金钢调质后，仍会有些F保持针状保持针状。回火索氏体回火索氏体(S)（1）对低碳条状马氏体）对低碳条状马氏体回火温度回火温度T350，相中的位错、亚结构将发生回复和再结晶相中的位错、亚结构将发生回复和再结晶回复阶段温度约回复阶段温度约350550；再结晶阶段温度：；再结晶阶段温度：6007008.1 淬火钢在回火时的组织变化相内部的位错胞和位错线逐渐消失，位错密相内部的位错胞和位错线逐渐消失，位错密度下降，重新组合后的亚晶粒位错网络变的平度下降，重新组合后的亚晶粒位错网络变的平直，但直，但
20、相仍为板条状。相仍为板条状。回复回复现象现象相亚晶粒通过铁原子扩散而长大形成位错密度相亚晶粒通过铁原子扩散而长大形成位错密度较低的等轴状较低的等轴状新晶粒，逐步替代回复后的条状新晶粒，逐步替代回复后的条状组织。原马氏体晶粒形态消失。随着回火温度组织。原马氏体晶粒形态消失。随着回火温度升高，升高，相晶粒和碳化物颗粒进一步长大。相晶粒和碳化物颗粒进一步长大。再结晶再结晶 现现 象象当回火温度当回火温度T300，M片内的孪晶逐渐消失，而出现片内的孪晶逐渐消失，而出现位错胞和位错线，位错胞和位错线，T=400时，孪晶全部消失，时，孪晶全部消失，T400时，时，相也发生回复与再结晶，其过程与位错型马氏体
21、的变化相同。相也发生回复与再结晶，其过程与位错型马氏体的变化相同。（2）对于高碳的孪晶马氏体对于高碳的孪晶马氏体（3）在）在相回复与再结晶过程中，工件淬火组织中的三类内相回复与再结晶过程中，工件淬火组织中的三类内应力逐步消失。应力逐步消失。回复与再回复与再结晶过程结晶过程示意图示意图淬火钢的再结晶组织（淬火钢的再结晶组织（1000）（a）0.2%钢再结晶组织，上部已回复但未再结晶，下部已完全在结晶钢再结晶组织，上部已回复但未再结晶，下部已完全在结晶,（b）-Fe-0.18%C60096h回火，等轴回火，等轴F+Fe3C ba淬火碳钢回火时组织变化过程一览表淬火碳钢回火时组织变化过程一览表 回火
22、温度（）组织转变阶段 回火组织、结构变化 条状（位错）M 片状（孪晶）M 20100 C偏聚或聚集C原子偏聚在位错线附近间隙位置 C原子聚集在M110M面形成高碳聚集区域 （10A）100300马氏体分解250时C原子几乎全部偏聚在位错线附近间隙位置 1）在M110M面上共格析出片状-碳化物；2）M正方度下降，当含C0.25时基体为过饱和碳的相（体心立方）。200300残余奥氏体分解A分解为B下组织：相碳化物。200350碳化物类型变化1.M中C原子全部脱溶在M条内、条界或晶界直接析出；2.相保持条状形态。1.250，-碳化物重新溶解，同时在孪晶面 112M析出-碳化物；2.温度升高，112M
23、面上的-碳化物转变为 K，同时在110M面上也析出-K；3.250孪晶亚结构逐步消失，至400全部消 失，同时产生位错胞及位错线。回火温度（）组织转变阶段 回火组织、结构变化 350600相回复，相回复，渗碳体球渗碳体球化化 1.片状渗片状渗C体球化；体球化；2.相回复，位错亚结构逐步消失，位移密度下降，剩余的位错相回复，位错亚结构逐步消失，位移密度下降，剩余的位错 形成位错网络，把形成位错网络，把相分剖成许多亚晶粒；相分剖成许多亚晶粒；3.相基本上仍保持有条状或针状（片状）形态。相基本上仍保持有条状或针状（片状）形态。600720 相再结相再结晶，渗碳晶，渗碳体粗化体粗化 1.球状渗球状渗C
24、体粗化；体粗化；2.相再结晶，成为等轴状铁素体；相再结晶，成为等轴状铁素体；3.铁素体晶粒长大。铁素体晶粒长大。接上表：淬火淬火M硬度、强度高，但塑性、韧性差，其高强度来硬度、强度高，但塑性、韧性差，其高强度来自于相硬化强化、固溶强化及时效强化。自于相硬化强化、固溶强化及时效强化。8.2 淬火钢回火后机械性能的变化淬火钢回火后，发生组织转变和结构变化，上述强化逐渐减弱、淬火钢回火后，发生组织转变和结构变化，上述强化逐渐减弱、消失。决定淬火钢回火后性能的主要结构因素有以下方面：消失。决定淬火钢回火后性能的主要结构因素有以下方面：低温回火低温回火(100250)时为：时为：相中的碳含量；相中的碳含
25、量；中温回火中温回火(250450)时为：时为：相中的碳含量、相中的碳含量、Fe3C弥散度；弥散度；高温回火高温回火(450650)时为：时为：Fe3C粗化及球化、粗化及球化、相的物理状态相的物理状态及成分。及成分。高碳钢低温回火时，硬度略有增高，与高碳钢低温回火时，硬度略有增高，与碳化物的共格析出碳化物的共格析出有关。有关。低、中碳钢在低、中碳钢在100700回火回火1h的力学性能变化的力学性能变化从以上两图给出的力学性能变化曲线，可以看出：从以上两图给出的力学性能变化曲线，可以看出：1.在在250以下回火时，具有很高的强度（以下回火时，具有很高的强度（b、S、sK）和硬度）和硬度 （HRC
26、、HV），同时也有一定的塑性（），同时也有一定的塑性（、）。强度和硬度随）。强度和硬度随着回火温度升高而降低，而塑性和韧性随着回火温度升高而升高。着回火温度升高而降低，而塑性和韧性随着回火温度升高而升高。2.在中温回火时可获得高的弹性极限（在中温回火时可获得高的弹性极限（e）。）。3.冲击韧性（冲击韧性（aK）随着回火温度升高而降低，出现低点，然后又）随着回火温度升高而降低，出现低点，然后又升高（图升高（图7-20、7-21），这是发生了回火脆性问题。），这是发生了回火脆性问题。8.3 合金元素对回火的影响合金元素对钢回火转变及回火后的组织和性能影响可归纳合金元素对钢回火转变及回火后的组织和性
27、能影响可归纳为三个方面：为三个方面：延缓钢的软化，提高钢的回火抗力；延缓钢的软化，提高钢的回火抗力；引引起二次硬化现象；起二次硬化现象；影响钢的回火脆性影响钢的回火脆性。一、提高钢的回火抗力一、提高钢的回火抗力合金元素一般都提高钢的回火合金元素一般都提高钢的回火抗力抗力。合金元素对低温回火后的。合金元素对低温回火后的影响很小，由于时效阶段发生的影响很小，由于时效阶段发生的碳原子重新分布于合金元素无关。碳原子重新分布于合金元素无关。8.3 合金元素对回火的影响316回火时，合金元素的影响回火时，合金元素的影响有所加强，其共同作用是降低有所加强，其共同作用是降低碳原子的扩散系数；另一个作碳原子的扩
28、散系数；另一个作用是合金元素本身的扩散用是合金元素本身的扩散。碳化物析出时，非碳化物形成碳化物析出时，非碳化物形成元素倾向于向马氏体基体移动，元素倾向于向马氏体基体移动，而碳化物形成元素倾向于向碳而碳化物形成元素倾向于向碳化物移动化物移动。硅在硅在316提高回火抗力的作用最显著，除了固溶强化作用外，提高回火抗力的作用最显著，除了固溶强化作用外，主要由于硅在该温度附近能强烈阻止过渡碳化物向渗碳体转变主要由于硅在该温度附近能强烈阻止过渡碳化物向渗碳体转变。427回火时，合金元素阻止渗碳体颗粒粗化的影响加强回火时，合金元素阻止渗碳体颗粒粗化的影响加强。538回火时，合金元素主要是通过阻止碳化物聚集长
29、大和铁素体晶回火时，合金元素主要是通过阻止碳化物聚集长大和铁素体晶粒等轴化而延缓硬度的下降。粒等轴化而延缓硬度的下降。合金元素对残余奥氏体的分解也有影响。合金元素对残余奥氏体的分解也有影响。二、引起二次硬化二、引起二次硬化 二次硬化二次硬化，是指某些淬火合金钢在，是指某些淬火合金钢在500一一650回火后硬度增高，在硬度回火后硬度增高，在硬度回火温度回火温度曲线上出现峰值的现象。曲线上出现峰值的现象。含量超过一定值的强碳化物形成元素含量超过一定值的强碳化物形成元素(如如钒、钛、钼、钨、铬等钒、钛、钼、钨、铬等)引起二次硬化。引起二次硬化。二次硬化本质上是一种共格析出的合金二次硬化本质上是一种共
30、格析出的合金碳化物的弥散强化。合金碳化物越稳定越碳化物的弥散强化。合金碳化物越稳定越细小，强化效果就越大。细小，强化效果就越大。二次硬化效应在工业上有十分重要的意二次硬化效应在工业上有十分重要的意义，例如工具钢靠它可保持高的红硬性，义，例如工具钢靠它可保持高的红硬性，某些耐热钢靠它可维持高温强度。某些耐热钢靠它可维持高温强度。8.3 合金元素对回火的影响渗碳体会被合金渗碳体所取代是因为后者在热力学上更稳定。渗碳体会被合金渗碳体所取代是因为后者在热力学上更稳定。合金碳化物取代渗碳体的方式有两种：合金碳化物取代渗碳体的方式有两种：就地转变、分立转变就地转变、分立转变。就地转变指合金碳化物在渗碳体与
31、铁素体的界面上形核，并向就地转变指合金碳化物在渗碳体与铁素体的界面上形核，并向渗碳体内长大。渗碳体内长大。分立转变指合金碳化物主要在位错处形核和长大，这样生成的分立转变指合金碳化物主要在位错处形核和长大，这样生成的碳化物十分弥散，强化效果也大。碳化物十分弥散，强化效果也大。8.3 合金元素对回火的影响回火脆性回火脆性淬火钢在某一温度范围回火时，冲击韧性比其在较淬火钢在某一温度范围回火时，冲击韧性比其在较低温度回火时反而显著下降，这种脆性现象称回火脆性。低温度回火时反而显著下降，这种脆性现象称回火脆性。8.4 回火脆化现象铬锰钢低温回火脆性铬锰钢低温回火脆性 中碳铬镍钢中碳铬镍钢aK与回火温度的
32、关系与回火温度的关系 第一类回火脆性第一类回火脆性第二类回火脆性第二类回火脆性回火脆性分类回火脆性分类第一类回火脆性第一类回火脆性（低温回火脆性）（低温回火脆性）在在250400回火时出现的回火时出现的aK 反常降低称为第一类反常降低称为第一类回火脆性；回火脆性；第二类回火脆性第二类回火脆性（高温回火脆性）（高温回火脆性）在在450650回火时出现的回火时出现的aK 反常降低称为第二类反常降低称为第二类回火脆性；回火脆性；8.4 回火脆化现象(1)特征：特征：冲击值显著降低；冲击值显著降低；不可逆性不可逆性:即不能通过回火冷却方法即不能通过回火冷却方法（快冷）加以改善，无论快冷或慢冷都使（快冷
33、）加以改善，无论快冷或慢冷都使aK，只有再加热到只有再加热到更高温度回火，可以消除脆性，才能使更高温度回火，可以消除脆性，才能使aK;脆性断口、晶脆性断口、晶间断裂。间断裂。1.第一类回火脆性第一类回火脆性8.4 回火脆化现象(2)产生机理产生机理以往认为是在残余奥氏体分解导致以往认为是在残余奥氏体分解导致;现在认为现在认为A的分解只是原因之一，而不是主要的的分解只是原因之一，而不是主要的,a.在低碳低合金钢中，在低碳低合金钢中，A量极少，会出现第一类回火脆性；量极少，会出现第一类回火脆性；b.在在200350回火时，由回火时，由转变来的碳化物沿马氏体板条边界、转变来的碳化物沿马氏体板条边界、
34、束界或孪晶带、晶界处析出，呈断续的碳化物薄片，与马氏体束界或孪晶带、晶界处析出，呈断续的碳化物薄片，与马氏体结合较弱，降低了晶界断裂强度，导致韧性降低。其他温度范结合较弱，降低了晶界断裂强度，导致韧性降低。其他温度范围回火是不存在这种碳化物薄片，因而不出现这类脆性。围回火是不存在这种碳化物薄片，因而不出现这类脆性。现在还有一种观点是：微量杂质元素如现在还有一种观点是：微量杂质元素如S、P、As、Sn、Sb、N、H、O在晶界、亚晶界偏聚所造成的。在晶界、亚晶界偏聚所造成的。这些说法，但尚不能很好解释现象。不过在这些说法，但尚不能很好解释现象。不过在200350回火时，回火时，在在M条间析出碳化物
35、薄片，是引起该脆性的重要原因，杂质元条间析出碳化物薄片，是引起该脆性的重要原因，杂质元素向素向M条间偏聚增加了回火脆性。条间偏聚增加了回火脆性。主要是化学成分主要是化学成分:a.有害杂质元素的影响：有害杂质元素的影响：S、P、As、Sn、Sb、N、H、O导致导致第一类回火脆性。第一类回火脆性。b.促进该回火脆性的元素：促进该回火脆性的元素：Mn、Si、Cr、Ni、V、C一般认为一般认为Cr、Mn、Si促进较大，促进较大，Si使脆化温度向高温方向移动，单使脆化温度向高温方向移动，单独加独加Ni影响不大，影响不大，Ni、Si同时就显著增大。同时就显著增大。c.减弱脆性的元素：减弱脆性的元素：Mo、
36、W、Ti、Al，的效果最显著。，的效果最显著。(3)影响第一类回火脆性因素影响第一类回火脆性因素8.4 回火脆化现象 a.降低钢中杂质元素；降低钢中杂质元素；b.细化细化A晶粒，用晶粒，用Al脱氧或添加脱氧或添加Nb、Ni、MO、W 元素；元素；c.加入加入Cr、Si使脆性温度上移；使脆性温度上移；d.等温淬火代替淬火回火。等温淬火代替淬火回火。(4)防止方法或减轻方法防止方法或减轻方法 在在450650之间加热和缓慢冷却时将产生脆性；之间加热和缓慢冷却时将产生脆性；与钢材化学成分密切相关；与钢材化学成分密切相关；具有可逆性。即把已产生脆性的工件，只要重新加具有可逆性。即把已产生脆性的工件，只
37、要重新加热到热到650并随之快冷，即可消除回火脆性；并随之快冷，即可消除回火脆性；出现脆性的试样，总是沿奥氏体晶界破断。出现脆性的试样，总是沿奥氏体晶界破断。2.第二类回火脆性第二类回火脆性(1)特征特征8.4 回火脆化现象 a.光学金相组织光学金相组织 500 b.扫描电镜组织扫描电镜组织 1700已发生回火脆性的组织已发生回火脆性的组织 平衡偏聚理论（平衡偏聚理论（P226）和非平衡偏聚理论（）和非平衡偏聚理论（P226）沿原子晶界沿原子晶界510A的薄层内偏聚了某些合金元素和杂质的薄层内偏聚了某些合金元素和杂质元素所致。元素所致。即：能促进第二类回火脆性的合金元素：即：能促进第二类回火脆
38、性的合金元素：Ni、Cr、Mn、Si、C与杂质元素与杂质元素P、Sn、Sb、As、B、S等在等在A化时由于化时由于内吸附而偏聚于内吸附而偏聚于A 晶粒界，在脆化温度回火时，这些元素晶粒界，在脆化温度回火时，这些元素把杂质元素吸引至晶界面引起脆化（吸引是亲合力大所把杂质元素吸引至晶界面引起脆化（吸引是亲合力大所致）。致）。第二类回火脆性的机理第二类回火脆性的机理化学成分：化学成分：a.至脆元素：至脆元素：Ni、Cr、Mn、Si、C。b.促脆元素：促脆元素：P、Sn、Sb、B、S。c.去脆元素：去脆元素：Mo、W、Ti、V。热处理工艺热处理工艺 a.在在450650回火，保温时间回火，保温时间 ，
39、回火脆化，回火脆化 。b.500 550回火，脆化速度最大。回火，脆化速度最大。c.高温回火后快冷，则脆化高温回火后快冷，则脆化 ，即，即aK 。组织组织：a.M最严重，最严重，B次，次，P轻。轻。b.A晶粒度越细，回火脆性越轻。晶粒度越细，回火脆性越轻。(3)影响第二类回火脆性的因素影响第二类回火脆性的因素8.4 回火脆化现象a.降低杂质元素；降低杂质元素；b.加入加入Nb、V、Ti等细化等细化A晶粒元素，增大晶界面积，减晶粒元素，增大晶界面积，减小杂质元素偏聚量；小杂质元素偏聚量；c.加入加入Mo、W等元素控制回火脆性；等元素控制回火脆性；d.尽量避免在尽量避免在450650内回火，或回火
40、后快冷，以减轻内回火，或回火后快冷，以减轻脆性。脆性。(4)第二类回火脆性防止办法第二类回火脆性防止办法 8.4 回火脆化现象本书把回火脆性分为以下两类本书把回火脆性分为以下两类2、回火脆性（、回火脆性（TE）3505501、回火马氏体脆性、回火马氏体脆性 （TME）250400残余奥氏体分解导致（残余奥氏体分解导致（TME）杂质偏聚在原奥氏体晶界引起杂质偏聚在原奥氏体晶界引起 （TME）杂质偏聚和马氏体板条间杂质偏聚和马氏体板条间 的碳化物引起（的碳化物引起（TME）一定成分的淬火钢在一定成分的淬火钢在350550回火较回火较长时间或回火后慢冷产生的回火脆性。长时间或回火后慢冷产生的回火脆性
41、。(一一)回火温度的确定回火温度的确定制订回火工艺，主要根据以下几点：制订回火工艺，主要根据以下几点：工件的性能要求；工件的性能要求；化学成分；化学成分；淬火条件及淬火后的组织和性能；淬火条件及淬火后的组织和性能；来正确地选择回火温度、保温时间、回火后的冷却以及回火方来正确地选择回火温度、保温时间、回火后的冷却以及回火方法，保证满足工件的组织与性能。法，保证满足工件的组织与性能。回火温度回火温度是决定钢件回火后组织与硬度的最重要因素。制定是决定钢件回火后组织与硬度的最重要因素。制定回火工艺首先是选定回火温度，生产中通常按所采用的回火温回火工艺首先是选定回火温度，生产中通常按所采用的回火温度分度
42、分低温回火、中温回火、高温回火。低温回火、中温回火、高温回火。8.5 回火工艺1.低温回火（低温回火（T250）工具、量具、模具、滚动轴承等工件，要求它们具工具、量具、模具、滚动轴承等工件，要求它们具有高的强度、硬度、耐磨性。制作时，用高有高的强度、硬度、耐磨性。制作时，用高C钢制作，钢制作，淬火后才能达到高硬度，但组织韧性极差孪晶淬火后才能达到高硬度，但组织韧性极差孪晶M，内应，内应力较大，需采用低温回火（力较大，需采用低温回火（150250）回火，即降低）回火，即降低了内应力，沉淀析出了了内应力，沉淀析出了-碳化物，碳化物，aK ，又保持高硬度、，又保持高硬度、强度和耐磨性。强度和耐磨性。
43、8.5 回火工艺2.中温回火（中温回火（350500）用于弹簧钢，可获得疲劳极限、弹性极限、强度、用于弹簧钢，可获得疲劳极限、弹性极限、强度、aK配合最好。配合最好。0.60.9C碳素钢、碳素钢、0.450.75C合金钢在合金钢在此温度回火，可获得最大弹性极限（中温回火后得到回火此温度回火，可获得最大弹性极限（中温回火后得到回火T组织，组织，K已开始聚集球化，弥散分布在铁素体基体上，已开始聚集球化，弥散分布在铁素体基体上，并且基体已开始回复）。并且基体已开始回复）。8.5 回火工艺3.高温回火（高温回火（500）主要用于要求有优良综合机械性能的结构零件。如：发动机主要用于要求有优良综合机械性能
44、的结构零件。如：发动机曲轴、连杆、汽车拖拉机半轴、机体主轴曲轴、连杆、汽车拖拉机半轴、机体主轴、齿轮。调质处理、齿轮。调质处理就是淬火后高温回火处理，获得回火就是淬火后高温回火处理，获得回火S组织。即：组织。即：F基体上弥基体上弥散分布着球状散分布着球状 Fe3C，基体已基本上回复和再结晶，内应力基，基体已基本上回复和再结晶，内应力基本消除，所以综合性好。本消除，所以综合性好。8.5 回火工艺4.回火温度的具体确定方法回火温度的具体确定方法 回火温度多采用试验值法（见下表），为防止第回火温度多采用试验值法（见下表），为防止第一次回火后硬度低于技术要求，建议在淬火硬度正常一次回火后硬度低于技术要
45、求，建议在淬火硬度正常情况下，回火温度先选下限进行，比较回火后的实测情况下，回火温度先选下限进行，比较回火后的实测硬度与技术要求偏差程度后再做调整。硬度与技术要求偏差程度后再做调整。8.5 回火工艺钢材回火温度与回火后硬度对照表钢材回火温度与回火后硬度对照表（1）使工件表内温度均匀；）使工件表内温度均匀；（2）保证组织转变充分进行；）保证组织转变充分进行；（3）尽可能降低或消除内应力；）尽可能降低或消除内应力；（4）回火后的性能符合技术要求。）回火后的性能符合技术要求。确定回火温度和时间应保证确定回火温度和时间应保证 对于低温回火：对于低温回火：2.4D+30 :保温时间（保温时间（min）D
46、:有效厚度（）有效厚度（）对于中、高温回火：对于中、高温回火：0.8D+20（盐炉）（盐炉）1.5D+40（空气炉）（空气炉）(二二)回火时间的确定回火时间的确定经验公式法：经验公式法：8.5 回火工艺（1）确定回火时的保温时间要考虑工件截面厚度：）确定回火时的保温时间要考虑工件截面厚度：每每25mm厚度保温厚度保温12h，回火温度高时可酌情缩短。，回火温度高时可酌情缩短。300以下回火时以下回火时:对空气炉为对空气炉为 23h+1min/mm 对盐浴炉为对盐浴炉为 2h+0.5min/mm300600回火时：回火时：对空气炉为对空气炉为 4060min+23min/mm 经验计算法经验计算法
47、8.5 回火工艺低温回火（低温回火（150150250250）有效厚度有效厚度mmmm252525255050505075757575100100100100125125125125150150保温时间（分）保温时间（分）303060606060120120120120180180180180240240240240270270270270300300中温、高温回火（中温、高温回火（250250650650）有效厚度有效厚度mmmm252525255050505075757575100100100100125125125125150150保温保温时间时间（分）（分）盐炉盐炉2020303030
48、30454545456060757590909090120120120120150150空气空气炉炉4040606070709090100100120120150150180180180180210210210210240240查表：查表：一般回火后空冷；一般回火后空冷；工具、模具、刀具，回火后在空冷至常温前，不工具、模具、刀具，回火后在空冷至常温前，不允许水冷，以防开裂；允许水冷，以防开裂；具有高温回火脆性的合金结构钢（中碳具有高温回火脆性的合金结构钢（中碳CrNi钢、钢、Cr、Ni、Mn、Si钢）等工件，回火后应在油中钢）等工件，回火后应在油中冷却。冷却。(三三)回火后的冷却回火后的冷却8
49、.5 回火工艺 有一批有一批9SiCr材料加工的滑块，尺寸为材料加工的滑块，尺寸为15010080（单位（单位mm），热处理技术要求为），热处理技术要求为HRC6063，热处理，热处理炉为盐浴炉和井式回火炉。炉为盐浴炉和井式回火炉。（1）写出制定热处理工艺参数的过程，将工艺参数及选）写出制定热处理工艺参数的过程，将工艺参数及选用设备填入热处理工艺表中。用设备填入热处理工艺表中。（2）画出工艺曲线。）画出工艺曲线。（3）分别指出淬火后和回火后组织。）分别指出淬火后和回火后组织。编制热处理淬火回火工艺例题编制热处理淬火回火工艺例题解：解：（1）尺寸为）尺寸为15010080mm，即有效厚度，即有效
50、厚度D=80，9SiCr为为合金工具钢，查教材表得合金工具钢，查教材表得Ac1=770，加热温度加热温度T=Ac1+50100=770+（50100）=820870，取，取840850，保温时间，保温时间t=akD，采用盐浴炉加热时，采用盐浴炉加热时，加热系数加热系数a=0.50.7 min/mm，装炉量系数，装炉量系数k取取1，则：则：t=（0.50.7）D=（0.50.7）80=4056min，取，取4550 min，由于，由于9SiCr为是合金工具钢，可采取为是合金工具钢，可采取55060060min预热。预热。根据回火热处理后硬度根据回火热处理后硬度HRC6063，回火温度查表（附表，
