回火转变解读课件

第八章 回火转变与钢的回火Tempering transformation and Tempering of Steel王建刚第八章 回火转变与钢的回火Tempering transf18.1 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8.1 淬火钢在回火时的组织变化主要内容2重点：重点：1.淬火淬火钢回火回火时组织变化化规律；律；2.合金元素合金元素对回火的影响：二次硬化；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.回火工回火工艺参数确定。参数确定。难点：点：1.回火回火时组织变化化规律；律；2.回火脆性回火脆性现象；象；3.合金元素合金元素对回火得影响。回火得影响。重点与难点重点：重点与难点31.回火的定义回火的定义 淬淬火火钢钢件件加加热热到到低低于于A1点点以以下下某某一一温温度度保保温温一一段段时时间间，然然后后冷却（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 回回火火使使淬淬火火后后得得到到的的具具有有高高硬硬度度、高高强强度度的的亚亚稳稳马马氏氏体体及及残残余余奥奥氏氏体体组组织织，具具有有调调整整组组织织；改改善善力力学学性性能能；消消除除淬淬火火造造成成的的残残余余应应力力的的作作用用。可可以以在在A1以以下下很很宽宽的的温温度度范范围围进行，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1.回火的定义概述48.1 淬火钢在回火时的组织变化淬火淬火钢的的组织主要是主要是马氏体氏体和和一定量的残余奥氏体一定量的残余奥氏体。淬淬火火组织高高度度不不稳定定：马氏氏体体中中的的碳碳高高度度过饱和和；马氏氏体体中中有有很很高高的的应变能能和和界界面面能能；与与马氏氏体体并并存存的的还有有一一定定量量的的残余奥氏体。残余奥氏体。碳碳钢在整个回火在整个回火过程可分程可分为5个有区个有区别而又互相重叠的而又互相重叠的阶段：段：1.碳原子的重新分布碳原子的重新分布时效效阶段（段（100以下）；以下）；2.过渡碳化物（渡碳化物（/或或）的沉淀）的沉淀第一第一阶段（段（100300）；）；3.残余奥氏体的分解残余奥氏体的分解回火第二回火第二阶段（段（200300）；）；4.过渡碳化物（渡碳化物（/或或）转变为Fe3C第三第三阶段段(200350)；5.Fe3C的的粗粗化化和和球球化化，以以及及等等轴铁素素体体晶晶粒粒的的形形成成回回火火第第四四阶段段（350以上）。以上）。8.1 淬火钢在回火时的组织变化淬火钢的组织主要是马氏体和一51.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）碳碳钢钢马马氏氏体体回回火火时时要要经经历历一一系系列列复复杂杂的的反反应应，最最终终产产物物为为渗渗碳碳体体弥弥散散分分布布在在铁铁素素体体基基体体中中。之之前前以以碳碳化化物物的的沉沉淀淀作作为为回回火火第第一一阶阶段段的的标标志志，后后来来研研究究发发现现在在碳碳化化物物的的沉沉淀淀之之前前，马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淬火火马马氏氏体体中中的的C原原子子在在以以碳碳化化物物形形式式析析出出前前，将将首首先先向向大大量量存存在在于于M中中的的位位错错及及孪孪晶晶界界面面偏偏聚聚，发发生生碳碳原原子子偏偏聚聚和和聚聚集集，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1.碳原子的重新分布时效阶段（100以下）碳钢马氏体6 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。在在此此温温度度范范围围，C、N原原子子尚尚有有一一定定扩扩散散能能力力，C原原子子向向位位错错附附近近的的间间隙隙位位置置偏偏聚聚，或或在在孪孪晶晶面面形形成成富富碳聚集区域。碳聚集区域。条件条件8.1 淬火钢在回火时的组织变化 a.温度20100在此温度范围，C、N原子尚有一定扩7 淬淬火火M中中碳碳原原子子分分布布在在其其体体心心立立方方的八面体中心，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 淬火M中碳原子分布在其体心立方的八面体中心，使晶体产生 82.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，过渡碳化物的析出，也称：淬火马氏体分解，构成了回火第一也称：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、有序化偏聚、有序化、化合形成、化合形成2.过渡碳化物（/或）的沉淀8.1 淬火钢在回火时945#钢钢900水冷组织，条状水冷组织，条状M+片状片状M 1.回回火火马马氏氏体体 C钢钢淬淬火火M为为条条状状片片状状混混合合组组织织，150250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45#钢900水冷组织，条状M+片状M 1.回火马氏体 10 (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 11(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，低低温温回回火火以以后后，M中中只只发发生生C原原子子偏偏聚聚，尚尚未未析出碳化物。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 12 (a)500 (b)500020CrNiMo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 (a)500 13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内内过过饱饱和和的的C原原子子脱脱溶溶，沉沉淀淀析析出出与与母母相相共共格格的的碳碳化化物物，基体成为含基体成为含C=0.25左右的过饱和固溶体（左右的过饱和固溶体（相）。相）。马氏体碳浓度与回火温度的关系 M内过饱和的C原子脱溶，沉淀析14M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仍保持仍保持较高的碳浓度，因此组织中除了较高的碳浓度，因此组织中除了 碳化物外，还有碳浓度不同碳化物外，还有碳浓度不同的两种的两种相。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M分解的分类（高碳钢，根据回火温度）两相式分解：80-150158.1 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，包括分转变有相似之处，包括分解产物与动力学曲线。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+A8.1 淬火钢在回火时的组织变化3.残余奥氏体的分解回火161）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1100淬淬火火（Ms159），A为17，经T159回火就回火就 有有M分解得分解得 同同时，A转变为M。一一般般高高C钢中中的的A在在T200回回火火没没有有明明显变化化，有有些些低低合金合金钢在在Ms以下，从室温以下，从室温200的升温或恒温的升温或恒温过程。程。A可可部部分分M并并同同时发生生回回火火得得到到回回火火M；也也有有的的可可部部分分A B下下8.1 淬火钢在回火时的组织变化1）残余奥氏体向马氏体的转变（200）如：GCr15钢经17TTT曲线曲线残余奥氏体残余奥氏体 -过冷奥氏过冷奥氏体体 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；在在较较高高温温度度下下A先先析析出出碳碳化物，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TTT曲线2）残余奥氏体分解自200开始分解300分解18有有些些高高合合金金钢的的A均均稳定定，即即使使在在较高高温温度度下下回回火火也也不不发生生分分解或不能完全分解。但在回火冷却解或不能完全分解。但在回火冷却时转变为M。主主要要是是回回火火时由由于于析析出出碳碳化化物物，使使其其C，合合金金元元素素含含量量，提高了提高了M转变的的Ms，促使它在随后冷却，促使它在随后冷却时M。高速高速钢的淬火的淬火M，经三次高温回火的二次硬化三次高温回火的二次硬化现象就是如此。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；初初期期析析出出碳碳化化物物仍仍具具有有共共格格联联系系的的碳碳化化物物，300时时析析出出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解或198.1 淬火钢在回火时的组织变化4.过渡碳化物（渡碳化物（/或或 ）转变为Fe3C第三第三阶段段(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。8.1 淬火钢在回火时的组织变化4.过渡碳化物（/或2021在在250450中温回火，便得到回火屈氏体。中温回火，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 在250450中温回火，便得到回火屈氏体。回火屈氏体（T22 (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 (a)500 23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，以及等的粗化和球化，以及等轴铁素体晶粒的形成素体晶粒的形成回火第四回火第四阶段（段（350以上）以上）即：相回复和再结晶及渗碳体粗化和球化Fe3C的集聚长大接近24 (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 淬淬火火钢钢在在450650高高温温回回火火得得到到回回火火索索氏氏体体组组织织。金金相相组组织织特特征征：F粒粒状状Fe3C。碳碳钢钢调调质质处处理理后后就就是是这这种种组组织织。一一般般没没有有针针状状形形态态的的F，但但某某些些热热稳稳定定性性很很好好的的合合金金钢钢调调质质后后，仍仍会会有有些些F保持针状保持针状。回火索氏体回火索氏体(S)(a)500 25（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相内内部部的的位位错错胞胞和和位位错错线线逐逐渐渐消消失失，位位错错密密度度下下降降，重重新新组组合合后后的的亚亚晶晶粒粒位位错错网网络络变变的的平平直，但直，但相仍为板条状。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（1）对低碳条状马氏体回火温度T350，相中的位错、亚26当当回回火火温温度度T300，M片片内内的的孪孪晶晶逐逐渐渐消消失失，而而出出现现位位错错胞胞和和位位错错线线，T=400时时，孪孪晶晶全全部部消消失失，T400时时，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。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当回火温度T300，M片内的孪晶逐渐消失，而出现位错胞和27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淬火钢的再结晶组织（1000）（b）-Fe-0.18%28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。淬火碳钢回火时组织变化过程一览表 回火温度（）组织转变阶29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：回火温度（）组织转变阶段 回火组织、结构变化 350630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、相的物理状相的物理状态及成分。态及成分。淬火M硬度、强度高，但塑性、韧性差，其高强度来自于相硬化强化31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。高碳钢低温回火时，硬度略有增高，与碳化物的共格析出有关。32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低、中碳钢在100700回火1h的力学性能变化33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、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。从以上两图给出的力学性能变化曲线，可以看出：34回火转变解读课件35回火转变解读课件368.3 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合金元素对钢回火转变及回火后的组378.3 合金元素对回火的影响316回回火火时时，合合金金元元素素的的影影响响有有所所加加强强，其其共共同同作作用用是是降降低低碳碳原原子子的的扩扩散散系系数数；另另一一个个作作用是合金元素本身的扩散用是合金元素本身的扩散。碳碳化化物物析析出出时时，非非碳碳化化物物形形成成元元素素倾倾向向于于向向马马氏氏体体基基体体移移动动，而而碳碳化化物物形形成成元元素素倾倾向向于于向向碳碳化物移动化物移动。硅硅在在316提提高高回回火火抗抗力力的的作作用用最最显显著著，除除了了固固溶溶强强化化作作用用外外，主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。8.3 合金元素对回火的影响316回火时，合金元素的影响有38427回回火火时时，合合金金元元素素阻阻止止渗渗碳碳体体颗颗粒粒粗粗化化的的影影响响加加强强。538回回火火时时，合合金金元元素素主主要要是是通通过过阻阻止止碳碳化化物物聚聚集集长长大大和和铁铁素素体体晶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。427回火时，合金元素阻止渗碳体颗粒粗化的影响加强。53839二、引起二次硬化二、引起二次硬化 二二次次硬硬化化，是是指指某某些些淬淬火火合合金金钢钢在在500一一650回回火火后后硬硬度度增增高高，在在硬硬度度回回火火温温度度曲线上出现峰值的现象。曲线上出现峰值的现象。含含量量超超过过一一定定值值的的强强碳碳化化物物形形成成元元素素(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。二二次次硬硬化化本本质质上上是是一一种种共共格格析析出出的的合合金金碳碳化化物物的的弥弥散散强强化化。合合金金碳碳化化物物越越稳稳定定越越细小，强化效果就越大。细小，强化效果就越大。二二次次硬硬化化效效应应在在工工业业上上有有十十分分重重要要的的意意义义，例例如如工工具具钢钢靠靠它它可可保保持持高高的的红红硬硬性性，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二、引起二次硬化 二次硬化，是指某些淬火合金钢在50040渗渗碳碳体体会会被被合合金金渗渗碳碳体体所所取取代代是是因因为为后后者者在在热热力力学学上上更更稳稳定定。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。就就地地转转变变指指合合金金碳碳化化物物在在渗渗碳碳体体与与铁铁素素体体的的界界面面上上形形核核，并并向向渗碳体内长大。渗碳体内长大。分分立立转转变变指指合合金金碳碳化化物物主主要要在在位位错错处处形形核核和和长长大大，这这样样生生成成的的碳化物十分弥散，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41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低温回火脆性 中碳中碳铬镍钢aK与回火温度的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淬火钢在某一温度范围回火时，冲击韧性比其在较低温42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 回火脆化现象回火脆性分类第一类回火脆性（低温回火脆性）第二类回火脆性（高43(1)特征：特征：冲冲击击值值显显著著降降低低；不不可可逆逆性性:即即不不能能通通过过回回火火冷冷却却方方法法（快快冷冷）加加以以改改善善，无无论论快快冷冷或或慢慢冷冷都都使使aK，只只有有再再加加热热到到更更高高温温度度回回火火，可可以以消消除除脆脆性性，才才能能使使aK;脆脆性性断断口口、晶晶间断裂。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(1)特征：1.第一类回火脆性8.4 回火脆化现象44(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回回火火时时，由由转转变变来来的的碳碳化化物物沿沿马马氏氏体体板板条条边边界界、束束界界或或孪孪晶晶带带、晶晶界界处处析析出出，呈呈断断续续的的碳碳化化物物薄薄片片，与与马马氏氏体体结结合合较较弱弱，降降低低了了晶晶界界断断裂裂强强度度，导导致致韧韧性性降降低低。其其他他温温度度范范围围回回火是不存在这种碳化物薄片，因而不出现这类脆性。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。(2)产生机理以往认为是在残余奥氏体分解导致;现在还有一种45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、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主要是化学成分:(3)影响第一类回火脆性因素8.4 回火脆46 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 在450650之间加热和缓慢冷却时将产生脆性；2.47 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 a.光学金相组织 500 b48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）沿沿原原子子晶晶界界510A的的薄薄层层内内偏偏聚聚了了某某些些合合金金元元素素和和杂杂质质元素所致。元素所致。即即：能能促促进进第第二二类类回回火火脆脆性性的的合合金金元元素素：Ni、Cr、Mn、Si、C与与杂杂质质元元素素P、Sn、Sb、As、B、S等等在在A化化时时由由于于内内吸吸附附而而偏偏聚聚于于A 晶晶粒粒界界，在在脆脆化化温温度度回回火火时时，这这些些元元素素把把杂杂质质元元素素吸吸引引至至晶晶界界面面引引起起脆脆化化（吸吸引引是是亲亲合合力力大大所所致致）。第二类回火脆性的机理第二类回火脆性的机理平衡偏聚理论（P226）和非平衡偏聚理论（P226）第二类回49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，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 回火脆化现象化学成分：(3)影响第二类回火脆性的因素8.4 回火脆化现50回火转变解读课件51a.降低杂质元素；降低杂质元素；b.加加入入Nb、V、Ti等等细细化化A晶晶粒粒元元素素，增增大大晶晶界界面面积积，减减小小杂质元素偏聚量；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.尽尽量量避避免免在在450650内内回回火火，或或回回火火后后快快冷冷，以以减减轻轻脆性。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a.降低杂质元素；(4)第二类回火脆性防止办法 8.52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。本书把回火脆性分为以下两类2、回火脆性（TE）1、回53(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(一)回火温度的确定8.5 回火工艺541.低温回火（低温回火（T250）工工具具、量量具具、模模具具、滚滚动动轴轴承承等等工工件件，要要求求它它们们具具有有高高的的强强度度、硬硬度度、耐耐磨磨性性。制制作作时时，用用高高C钢钢制制作作，淬淬火火后后才才能能达达到到高高硬硬度度，但但组组织织韧韧性性极极差差孪孪晶晶M，内内应应力力较较大大，需需采采用用低低温温回回火火（150250）回回火火，即即降降低低了了内内应应力力，沉沉淀淀析析出出了了-碳碳化化物物，aK，又又保保持持高高硬硬度度、强强度度和耐磨性。和耐磨性。8.5 回火工艺1.低温回火（T250）8.5 回火工艺552.中温回火（中温回火（350500）用用于于弹弹簧簧钢钢，可可获获得得疲疲劳劳极极限限、弹弹性性极极限限、强强度度、aK配配合合最最好好。0.60.9C碳碳素素钢钢、0.450.75C合合金金钢钢在在此此温温度度回回火火，可可获获得得最最大大弹弹性性极极限限（中中温温回回火火后后得得到到回回火火T组组织织，K已已开开始始聚聚集集球球化化，弥弥散散分分布布在在铁铁素素体体基基体体上上，并且基体已开始回复）。并且基体已开始回复）。8.5 回火工艺2.中温回火（350500）8.5 回火工艺563.高温回火（高温回火（500）主主要要用用于于要要求求有有优良良综合合机机械械性性能能的的结构构零零件件。如如：发动机机曲曲轴、连杆杆、汽汽车拖拖拉拉机机半半轴、机机体体主主轴、齿轮。调质处理理就就是是淬淬火火后后高高温温回回火火处理理，获得得回回火火S组织。即即：F基基体体上上弥弥散散分分布布着着球球状状 Fe3C，基基体体已已基基本本上上回回复复和和再再结晶晶，内内应力力基基本消除，所以本消除，所以综合性好。合性好。8.5 回火工艺3.高温回火（500）8.5 回火工艺574.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4.回火温度的具体确定方法 回火温度多采用试58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钢材回火温度与回火后硬度对照表59（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（1）使工件表内温度均匀；确定回火温度和时间应保证60 对于低温回火：于低温回火：2.4D+30 :保温保温时间（min）D:有效厚度（）有效厚度（）对于中、高温回火：于中、高温回火：0.8D+20（盐炉）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 对于低温回火：(二)回火时间的确定经验公式法：61（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：经验计算法862低温回火（低温回火（150150250250）有效厚度有效厚度mmmm252525255050505075757575100100100100125125125125150150保温保温时间（分）（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（分）（分）盐炉炉202030303030454545456060757590909090120120120120150150空气空气炉炉4040606070709090100100120120150150180180180180210210210210240240查表：查表：低温回火（150250）有效厚度mm2525505063 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8.5 回火工艺 一般回火后空冷；(三)回火后的冷却8.5 回火工艺64 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（单位位mm），热处理技术要求为），热处理技术要求为HRC6063，热处理炉为盐，热处理炉为盐浴炉和井式回火炉。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 有一批9SiCr材料加工的滑块，尺寸为15010065解：解：（1）尺寸为）尺寸为15010080mm，即有效厚度，即有效厚度D=80，9SiCr为合为合金工具钢，查教材表得金工具钢，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预预热。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，回火温度查表（附表1）取取200，回火时间取，回火时间取150180min（附表（附表2）。）。解：66热处理工艺参数表加热淬火加热淬火回火回火设备设备加热温度加热温度（）保温时间保温时间（分钟）（分钟）冷却冷却方式方式冷却冷却介质介质设备设备回火温度回火温度（）回火时间回火时间（分钟）（分钟）盐浴炉盐浴炉8408504550单液淬火单液淬火油油井式回火炉井式回火炉200150180（3）淬火后组织为：）淬火后组织为：马氏体马氏体+细小的渗碳细小的渗碳体体+残余奥氏体；回残余奥氏体；回火后组织为：回火火后组织为：回火马氏体。马氏体。热处理工艺参数表加热淬火回火设备加热温度保温时间冷却冷却设备67钢号淬火温度冷却介质回火温度 150200200300300400400500500600回火后硬度HRC（或HB）9SiCr830870油64636359595454474339低温回火（150250）有效厚度（mm）252550507575100保温时间（min）306060120120180180240中、高温回火（250650）有效厚度（mm）252550507575100保温时间（min）盐炉2030304545607590空气炉40607090100120150180附表2 回火保温时间参考表附表1 回火温度参考表钢号淬火温度冷却回火温度 150200200300368