大學(xué)固態(tài)相變

1、第六章第六章 鋼中的回火轉(zhuǎn)變鋼中的回火轉(zhuǎn)變概 述l 回火的定義回火的定義 淬火之后將工件加熱到低于臨界點(diǎn)的某一溫度，保溫一定時(shí)淬火之后將工件加熱到低于臨界點(diǎn)的某一溫度，保溫一定時(shí)間，然后冷卻到室溫的一種熱處理方法。間，然后冷卻到室溫的一種熱處理方法。 是含碳過飽和的固溶體；是含碳過飽和的固溶體； 有很高的應(yīng)變能；有很高的應(yīng)變能； 有很大的內(nèi)應(yīng)力（熱應(yīng)力和組織應(yīng)力）；有很大的內(nèi)應(yīng)力（熱應(yīng)力和組織應(yīng)力）； 存在殘余奧氏體，也是亞穩(wěn)定的。存在殘余奧氏體，也是亞穩(wěn)定的。鋼中馬氏體的組織特點(diǎn)鋼中馬氏體的組織特點(diǎn)熱應(yīng)力：工件內(nèi)外溫差造成的；熱應(yīng)力：工件內(nèi)外溫差造成的；組織應(yīng)力：轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌慕M織時(shí)造成的組織

2、應(yīng)力：轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌慕M織時(shí)造成的概 述l回火的目的（為什么要回火？）回火的目的（為什么要回火？） 獲得所需要的穩(wěn)定組織和性能，并消除或減少淬火內(nèi)應(yīng)獲得所需要的穩(wěn)定組織和性能，并消除或減少淬火內(nèi)應(yīng)力，防止工件變形、開裂，穩(wěn)定組織，防止尺寸變化，降低力，防止工件變形、開裂，穩(wěn)定組織，防止尺寸變化，降低硬度，便于加工。硬度，便于加工?；鼗瘃R氏體回火馬氏體回回 火火原材料原材料M+AR奧氏體奧氏體加熱奧氏體化加熱奧氏體化淬火淬火使用使用淬火碳鋼回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變回火回火馬氏體中碳原子偏聚馬氏體中碳原子偏聚(前期階段前期階段)(100以下以下)馬氏體分解馬氏體分解(80-250)殘余奧氏體轉(zhuǎn)變殘余奧氏體轉(zhuǎn)變

3、(200-300)碳化物析出碳化物析出(250-400)相回復(fù)和碳化物的聚集長大相回復(fù)和碳化物的聚集長大(400以上以上)淬火碳鋼回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變一、馬氏體中碳原子偏聚（一、馬氏體中碳原子偏聚（T= 80100） 碳原子在馬氏體的扁八面體間隙，造成很大彈性變形；碳原子在馬氏體的扁八面體間隙，造成很大彈性變形；晶體中存在微觀缺陷較多。晶體中存在微觀缺陷較多。處于能量較高處于能量較高的狀態(tài)，必然的狀態(tài)，必然向能量低的狀向能量低的狀態(tài)轉(zhuǎn)變態(tài)轉(zhuǎn)變馬氏體馬氏體的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變方式轉(zhuǎn)變方式：碳原子向微觀缺陷處集中。：碳原子向微觀缺陷處集中。淬火碳鋼回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變1. 板條馬氏體板條馬氏體 亞結(jié)構(gòu)為大量的

4、位錯(cuò)，碳原子易與位錯(cuò)發(fā)生交互作用，形成亞結(jié)構(gòu)為大量的位錯(cuò)，碳原子易與位錯(cuò)發(fā)生交互作用，形成“氣團(tuán)氣團(tuán)”，造成偏聚，造成偏聚，而碳原子分布在正常間隙位置時(shí)的電阻率比而碳原子分布在正常間隙位置時(shí)的電阻率比偏聚在位錯(cuò)附近時(shí)的高偏聚在位錯(cuò)附近時(shí)的高。 當(dāng)當(dāng)C%0.2%時(shí)，偏聚于位錯(cuò)等晶體缺陷處的碳原子已達(dá)到飽時(shí)，偏聚于位錯(cuò)等晶體缺陷處的碳原子已達(dá)到飽和狀態(tài)，多余的碳原子只能處于無缺陷晶格的扁八面體間隙處。和狀態(tài)，多余的碳原子只能處于無缺陷晶格的扁八面體間隙處。 C%200時(shí)，發(fā)生馬氏體的單相分解析出碳化物，使時(shí)，發(fā)生馬氏體的單相分解析出碳化物，使基體基體中的碳含量降低。中的碳含量降低。淬火碳鋼回火時(shí)的

5、組織轉(zhuǎn)變 立方馬氏體的碳含量與淬火鋼的碳含立方馬氏體的碳含量與淬火鋼的碳含量無關(guān)。隨著碳化物的析出，不同原始量無關(guān)。隨著碳化物的析出，不同原始碳含量的馬氏體在高于碳含量的馬氏體在高于200以后，其碳以后，其碳含量趨于一致。含量趨于一致。3. 中碳馬氏體的分解中碳馬氏體的分解 兼有低碳馬氏體和高碳馬氏體的分解特征。兼有低碳馬氏體和高碳馬氏體的分解特征。隨著回火溫隨著回火溫度的升高，固溶于正方馬氏體中的碳含量不斷下降，最終變度的升高，固溶于正方馬氏體中的碳含量不斷下降，最終變?yōu)榱⒎今R氏體。為立方馬氏體?；鼗瘃R氏體回火馬氏體：中、高碳鋼在：中、高碳鋼在250以下溫度回火時(shí)，淬火馬氏以下溫度回火時(shí)，淬

6、火馬氏體經(jīng)分解后獲得的立方馬氏體和體經(jīng)分解后獲得的立方馬氏體和 -碳化物的混碳化物的混合組織。合組織。 與淬火馬氏體相比，由于與淬火馬氏體相比，由于-碳化物的彌散沉淀使得這種組織碳化物的彌散沉淀使得這種組織易于腐蝕，呈黑色片狀。此時(shí)易于腐蝕，呈黑色片狀。此時(shí)相中仍含有過飽和的碳，馬氏相中仍含有過飽和的碳，馬氏體的精細(xì)結(jié)構(gòu)也未發(fā)生明顯變化，仍保持著強(qiáng)化狀態(tài)體的精細(xì)結(jié)構(gòu)也未發(fā)生明顯變化，仍保持著強(qiáng)化狀態(tài)。淬火碳鋼回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變?nèi)?、殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?nèi)?、殘余奧氏體轉(zhuǎn)變（回火第二階段）（回火第二階段） 在在200300回火時(shí)回火時(shí) 殘余奧氏體本質(zhì)上與過冷奧氏體相同，過冷奧氏體可能發(fā)殘余奧氏體本質(zhì)上與過冷

7、奧氏體相同，過冷奧氏體可能發(fā)生的轉(zhuǎn)變，殘余奧氏體都可能發(fā)生，但仍有其獨(dú)特性：生的轉(zhuǎn)變，殘余奧氏體都可能發(fā)生，但仍有其獨(dú)特性：n 殘余奧氏體在淬火過程中已發(fā)生塑性形變，存在較大的殘余奧氏體在淬火過程中已發(fā)生塑性形變，存在較大的彈性畸變；彈性畸變；n 殘余奧氏體與馬氏體之間存在著界面；殘余奧氏體與馬氏體之間存在著界面；n 殘余奧氏體在轉(zhuǎn)變過程還可能產(chǎn)生熱穩(wěn)定化；殘余奧氏體在轉(zhuǎn)變過程還可能產(chǎn)生熱穩(wěn)定化；n 殘余奧氏體轉(zhuǎn)變時(shí)還伴有淬火馬氏體的分解；殘余奧氏體轉(zhuǎn)變時(shí)還伴有淬火馬氏體的分解； 這些都影響殘余奧氏體的分解溫度、速度和程度。這些都影響殘余奧氏體的分解溫度、速度和程度。淬火碳鋼回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變1

8、. 殘余奧氏體向珠光體和貝氏體的轉(zhuǎn)變殘余奧氏體向珠光體和貝氏體的轉(zhuǎn)變當(dāng)當(dāng)MsT0.6%）n 高碳馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)楦咛蓟鼗瘃R氏體（高碳馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)楦咛蓟鼗瘃R氏體（+-FexC），兩相之間保持），兩相之間保持共格關(guān)系。共格關(guān)系。n 隨著回火溫度的升高，隨著回火溫度的升高，-FexC顆粒粗化，畸變嚴(yán)重，兩者間難顆粒粗化，畸變嚴(yán)重，兩者間難以保持共格關(guān)系。以保持共格關(guān)系。n T250時(shí)，時(shí)， -FexC轉(zhuǎn)變?yōu)檩^穩(wěn)定的轉(zhuǎn)變?yōu)檩^穩(wěn)定的-碳化物，呈薄片狀，與基碳化物，呈薄片狀，與基體間存在一定的位向關(guān)系；體間存在一定的位向關(guān)系；n 溫度進(jìn)一步升高，溫度進(jìn)一步升高， -FexC和和-Fe5C2將轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的將轉(zhuǎn)變

9、為穩(wěn)定的碳化物碳化物（Fe3C），初期形成的常呈板片狀，與基體也存在一定位向關(guān)系。），初期形成的常呈板片狀，與基體也存在一定位向關(guān)系。淬火碳鋼回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 隨著回火溫度的升高或保隨著回火溫度的升高或保溫時(shí)間的延長，淬火高碳鋼溫時(shí)間的延長，淬火高碳鋼中碳化物的轉(zhuǎn)變順序?yàn)椋褐刑蓟锏霓D(zhuǎn)變順序?yàn)椋?(+)(+) (+)(+)(+) 取決于回火溫度，也與回火時(shí)間有關(guān)。取決于回火溫度，也與回火時(shí)間有關(guān)。 回火時(shí)間越長，碳化物轉(zhuǎn)變的溫度降低?；鼗饡r(shí)間越長，碳化物轉(zhuǎn)變的溫度降低。淬火碳鋼回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 碳化物的轉(zhuǎn)變是以碳化物的轉(zhuǎn)變是以形核長大形核長大方式進(jìn)行的。方式進(jìn)行的。n “原位原位”轉(zhuǎn)變：在原碳

10、化物的基礎(chǔ)上通過成分變化和點(diǎn)陣轉(zhuǎn)變：在原碳化物的基礎(chǔ)上通過成分變化和點(diǎn)陣改組逐漸轉(zhuǎn)化為新碳化物；改組逐漸轉(zhuǎn)化為新碳化物；n “獨(dú)立獨(dú)立”轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變( (異位轉(zhuǎn)變異位轉(zhuǎn)變) )：伴隨著原碳化物的重新溶解，：伴隨著原碳化物的重新溶解，新碳化物在其他部位通過形核和長大獨(dú)立形成。新碳化物在其他部位通過形核和長大獨(dú)立形成。 異位轉(zhuǎn)變通常是在異位轉(zhuǎn)變通常是在新相與母相的慣習(xí)面和位向關(guān)系不同的時(shí)候新相與母相的慣習(xí)面和位向關(guān)系不同的時(shí)候發(fā)生的。發(fā)生的。如如- -碳化物和碳化物和- -碳化物。碳化物。碳化物的轉(zhuǎn)變碳化物的轉(zhuǎn)變原位轉(zhuǎn)變或異原位轉(zhuǎn)變或異位形核位形核異位形核長大異位形核長大CFe3淬火碳鋼回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)

11、變2. 低碳馬氏體中的碳化物析出低碳馬氏體中的碳化物析出（C% 400，片狀滲碳體逐漸球化并聚集長大，鐵素體，片狀滲碳體逐漸球化并聚集長大，鐵素體基體也將發(fā)生回復(fù)和再結(jié)晶?；w也將發(fā)生回復(fù)和再結(jié)晶。淬火碳鋼回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變A. 第一類內(nèi)應(yīng)力（宏觀應(yīng)力）第一類內(nèi)應(yīng)力（宏觀應(yīng)力） 由于工件內(nèi)外溫度不一致和相變不同時(shí)而造成的宏觀區(qū)域性由于工件內(nèi)外溫度不一致和相變不同時(shí)而造成的宏觀區(qū)域性的內(nèi)應(yīng)力。會(huì)導(dǎo)致工件變形、開裂。的內(nèi)應(yīng)力。會(huì)導(dǎo)致工件變形、開裂。1. 內(nèi)應(yīng)力消失內(nèi)應(yīng)力消失B. 第二類內(nèi)應(yīng)力第二類內(nèi)應(yīng)力微觀應(yīng)力微觀應(yīng)力 由于工件中幾個(gè)晶粒內(nèi)的溫度不一致和相變不同時(shí)而造由于工件中幾個(gè)晶粒內(nèi)的溫度不一致

12、和相變不同時(shí)而造成的微觀區(qū)域性的內(nèi)應(yīng)力。產(chǎn)生于晶?；騺喚ЯＶg。成的微觀區(qū)域性的內(nèi)應(yīng)力。產(chǎn)生于晶?；騺喚ЯＶg。C. 第三類內(nèi)應(yīng)力第三類內(nèi)應(yīng)力 由于碳原子過飽和固溶，使晶格畸變，并保持共格關(guān)系，由于碳原子過飽和固溶，使晶格畸變，并保持共格關(guān)系，造成晶格彈性畸變所引起的內(nèi)應(yīng)力。造成晶格彈性畸變所引起的內(nèi)應(yīng)力。淬火碳鋼回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變A. 第一類內(nèi)應(yīng)力（宏觀應(yīng)力）第一類內(nèi)應(yīng)力（宏觀應(yīng)力） l 回火溫度一定時(shí)，時(shí)間回火溫度一定時(shí)，時(shí)間應(yīng)力應(yīng)力，達(dá)到一定值后趨于穩(wěn)定，達(dá)到一定值后趨于穩(wěn)定，仍有部分殘留；仍有部分殘留；l 隨回火溫度的升高，應(yīng)力隨回火溫度的升高，應(yīng)力 。但低溫（。但低溫（150）回火時(shí)，

13、僅）回火時(shí)，僅消除了消除了2530%。300回火時(shí)，有回火時(shí)，有50%殘留。殘留。 只有當(dāng)只有當(dāng)高于高于550600回火，第一類內(nèi)應(yīng)力才可基本消除回火，第一類內(nèi)應(yīng)力才可基本消除。因?yàn)?。因?yàn)榇藭r(shí)碳化物已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)闈B碳體，與基體的共格關(guān)系已破壞，滲碳體此時(shí)碳化物已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)闈B碳體，與基體的共格關(guān)系已破壞，滲碳體顆粒也有一定程度的長大。顆粒也有一定程度的長大。淬火碳鋼回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變B. 第二類內(nèi)應(yīng)力第二類內(nèi)應(yīng)力微觀應(yīng)力微觀應(yīng)力 隨著溫度的升高，第二類內(nèi)應(yīng)力剛開始下降迅速，后趨于隨著溫度的升高，第二類內(nèi)應(yīng)力剛開始下降迅速，后趨于緩慢。緩慢。T應(yīng)力應(yīng)力400） 相中的位錯(cuò)胞和胞內(nèi)位錯(cuò)線將通過滑移和攀移逐漸

14、消失，相中的位錯(cuò)胞和胞內(nèi)位錯(cuò)線將通過滑移和攀移逐漸消失，使晶體中位錯(cuò)密度降低。使晶體中位錯(cuò)密度降低。 剩余的相同符號(hào)的位錯(cuò)將重新排列成較低能量的狀態(tài)（二維剩余的相同符號(hào)的位錯(cuò)將重新排列成較低能量的狀態(tài)（二維位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)），形成由它們分割而成的亞晶粒。位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)），形成由它們分割而成的亞晶粒。 回復(fù)后的回復(fù)后的相仍保持板條狀，只是板條寬度由于相鄰板條合相仍保持板條狀，只是板條寬度由于相鄰板條合并而增加。并而增加。淬火碳鋼回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變B. 再結(jié)晶（再結(jié)晶（600） 一些位錯(cuò)密度很低的胞塊長大成等軸一些位錯(cuò)密度很低的胞塊長大成等軸相晶粒；相晶粒； 位錯(cuò)密度很低的位錯(cuò)密度很低的相新晶粒將逐漸取代板條狀相

15、新晶粒將逐漸取代板條狀相相晶粒；晶粒； 顆粒狀碳化物分布在等軸狀晶粒內(nèi)。顆粒狀碳化物分布在等軸狀晶粒內(nèi)。 經(jīng)過再結(jié)晶后，馬氏體板條特征消失。經(jīng)過再結(jié)晶后，馬氏體板條特征消失。淬火碳鋼回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變（2）高碳淬火鋼）高碳淬火鋼 在在250400回火時(shí)，馬氏體中孿晶亞結(jié)構(gòu)逐漸消失，回火時(shí)，馬氏體中孿晶亞結(jié)構(gòu)逐漸消失，出現(xiàn)胞塊，但片狀馬氏體的特征仍然存在；出現(xiàn)胞塊，但片狀馬氏體的特征仍然存在； 高于高于400 ，相也發(fā)生回復(fù)；相也發(fā)生回復(fù)； 高于高于600 ，相發(fā)生再結(jié)晶，使片狀特征消失。相發(fā)生再結(jié)晶，使片狀特征消失。 但由于碳含量高，沉淀的碳化物數(shù)量多，它們可釘扎但由于碳含量高，沉淀的碳化物數(shù)量

16、多，它們可釘扎相晶界，阻礙相晶界，阻礙相的回復(fù)，阻礙再結(jié)晶的程度更大，所相的回復(fù)，阻礙再結(jié)晶的程度更大，所以高碳馬氏體以高碳馬氏體相的再結(jié)晶溫度高于中低碳鋼的。相的再結(jié)晶溫度高于中低碳鋼的。淬火碳鋼回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變3. 碳化物的聚集長大碳化物的聚集長大 當(dāng)回火溫度高于當(dāng)回火溫度高于400時(shí)，碳化物已經(jīng)開始聚集和球化。時(shí)，碳化物已經(jīng)開始聚集和球化?；鼗饻囟雀哂诨鼗饻囟雀哂?00時(shí)，細(xì)粒狀碳化物將迅速聚集并粗化。時(shí)，細(xì)粒狀碳化物將迅速聚集并粗化。 該過程是按該過程是按小顆粒溶解，大顆粒長大小顆粒溶解，大顆粒長大的機(jī)制進(jìn)行的。的機(jī)制進(jìn)行的。 淬火碳鋼回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 第二相粒子在固溶體中的溶解度第二

17、相粒子在固溶體中的溶解度Cr與第二相粒子的半徑與第二相粒子的半徑 r 有關(guān)：有關(guān)： 與小顆粒碳化物相接的邊界上的與小顆粒碳化物相接的邊界上的C及及Me的的平衡濃度較高，而與大顆粒碳化物相接的邊平衡濃度較高，而與大顆粒碳化物相接的邊界上的界上的C及及Me的平衡濃度較低。的平衡濃度較低。 在在相中形成相中形成C及及Me的濃度梯度，發(fā)生的濃度梯度，發(fā)生C及及Me的擴(kuò)散，使小顆粒溶解，大顆粒長大。的擴(kuò)散，使小顆粒溶解，大顆粒長大。rRTMCCr2ln湯姆遜湯姆遜-佛魯?shù)吕镂鞴椒痿數(shù)吕镂鞴酱慊鹛间摶鼗饡r(shí)的組織轉(zhuǎn)變p 低溫回火低溫回火 回火溫度一般在回火溫度一般在150250，獲得的組織是，獲得的組織

18、是回火馬氏體回火馬氏體，其目的，其目的是在保持高硬度的前提下，適當(dāng)降低淬火鋼的脆性，并減小淬火應(yīng)是在保持高硬度的前提下，適當(dāng)降低淬火鋼的脆性，并減小淬火應(yīng)力，避免使用時(shí)崩裂或過早損壞。廣泛用于各種切削刀具，量具等。力，避免使用時(shí)崩裂或過早損壞。廣泛用于各種切削刀具，量具等。p 中溫回火中溫回火 回火溫度一般在回火溫度一般在350500 ，獲得的組織是，獲得的組織是回火屈氏體回火屈氏體，其目，其目的是獲得高的彈性極限，同時(shí)又有較高的韌性，主要用于彈簧。的是獲得高的彈性極限，同時(shí)又有較高的韌性，主要用于彈簧。p 高溫回火高溫回火 回火溫度一般在回火溫度一般在500650 ，又稱，又稱調(diào)質(zhì)處理調(diào)質(zhì)處

19、理，獲得的組織是，獲得的組織是回回火索氏體火索氏體，獲得既有一定的強(qiáng)度、硬度，又有良好的塑性及沖擊韌，獲得既有一定的強(qiáng)度、硬度，又有良好的塑性及沖擊韌性的綜合機(jī)械性能。性的綜合機(jī)械性能。合金元素對(duì)回火轉(zhuǎn)變的影響一、合金元素對(duì)馬氏體分解的影響一、合金元素對(duì)馬氏體分解的影響1. Me對(duì)淬火馬氏體對(duì)淬火馬氏體 20150回火時(shí)馬氏體的兩相分解沒回火時(shí)馬氏體的兩相分解沒有明顯的影響有明顯的影響 由于低溫時(shí)，淬火馬氏體中溶入的合金元素?cái)U(kuò)散遷由于低溫時(shí)，淬火馬氏體中溶入的合金元素?cái)U(kuò)散遷移率比碳原子低好幾個(gè)數(shù)量級(jí)，擴(kuò)散較難，大多數(shù)固溶移率比碳原子低好幾個(gè)數(shù)量級(jí)，擴(kuò)散較難，大多數(shù)固溶在固溶體中，析出的在固溶體

20、中，析出的-碳化物中未發(fā)現(xiàn)有合金元素的溶碳化物中未發(fā)現(xiàn)有合金元素的溶入。入。合金元素對(duì)回火轉(zhuǎn)變的影響2. 高于高于150回火時(shí)，回火時(shí)，Me對(duì)馬氏體的分解速度有明顯的阻礙作用對(duì)馬氏體的分解速度有明顯的阻礙作用n Ni、Mn無影響（因無影響（因Mn與與C的結(jié)合力與的結(jié)合力與Fe的相差不大；而的相差不大；而Ni為非碳化物形成元素）；為非碳化物形成元素）；n Cr、Mo、W、V、Ti將阻礙碳原子從馬氏體中的析出，降將阻礙碳原子從馬氏體中的析出，降低馬氏體的分解速度（因低馬氏體的分解速度（因Me與與C原子間的結(jié)合力較強(qiáng)）原子間的結(jié)合力較強(qiáng)）;n Al、Si、Co推遲馬氏體分解。推遲馬氏體分解。 A.

21、Si、Co可溶入可溶入-FexC，并使之穩(wěn)定，阻礙，并使之穩(wěn)定，阻礙-FexC向向- Fe3C轉(zhuǎn)化；轉(zhuǎn)化； B. Al、Si不溶于滲碳體中，當(dāng)滲碳體形成時(shí)，不溶于滲碳體中，當(dāng)滲碳體形成時(shí)，Al、Si必須從其必須從其邊界向邊界向固溶體中擴(kuò)散。固溶體中擴(kuò)散。合金元素對(duì)回火轉(zhuǎn)變的影響3. 加入合金元素可使馬氏體完全脫溶溫度向高溫推移加入合金元素可使馬氏體完全脫溶溫度向高溫推移100150，即合金鋼在較高溫度回火時(shí)仍可以保持即合金鋼在較高溫度回火時(shí)仍可以保持相具有一定飽和碳濃度相具有一定飽和碳濃度和細(xì)小碳化物，可保持高的硬度和強(qiáng)度，提高鋼的和細(xì)小碳化物，可保持高的硬度和強(qiáng)度，提高鋼的回火抗力回火抗力或

22、或“回火穩(wěn)定性回火穩(wěn)定性” 。合金元素對(duì)回火轉(zhuǎn)變的影響二、合金元素對(duì)殘余奧氏體轉(zhuǎn)變的影響二、合金元素對(duì)殘余奧氏體轉(zhuǎn)變的影響 合金元素可改變殘余奧氏體分解的溫度和速度，從而可能合金元素可改變殘余奧氏體分解的溫度和速度，從而可能影響殘余奧氏體轉(zhuǎn)變的類型和性質(zhì)。影響殘余奧氏體轉(zhuǎn)變的類型和性質(zhì)。 其影響和對(duì)過冷奧氏體其影響和對(duì)過冷奧氏體轉(zhuǎn)變的影響一致。轉(zhuǎn)變的影響一致。n 在在Ms點(diǎn)以下回火，殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，若點(diǎn)以下回火，殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，若Ms點(diǎn)較高點(diǎn)較高（100，則會(huì)發(fā)生自回火，生成回火馬氏體）；，則會(huì)發(fā)生自回火，生成回火馬氏體）；n 在在Ms點(diǎn)以上回火，則可以轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w、貝氏體或發(fā)

23、生二次點(diǎn)以上回火，則可以轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w、貝氏體或發(fā)生二次淬火生成馬氏體。淬火生成馬氏體。合金元素對(duì)回火轉(zhuǎn)變的影響三、合金元素對(duì)碳化物轉(zhuǎn)變的影響三、合金元素對(duì)碳化物轉(zhuǎn)變的影響l 1. 非碳化物形成元素非碳化物形成元素Cu、Ni、Co、Al、Si：提高：提高-FexC向向-Fe3C轉(zhuǎn)變的溫度范圍；轉(zhuǎn)變的溫度范圍；l 2. 強(qiáng)碳化物形成元素不僅強(qiáng)烈推遲強(qiáng)碳化物形成元素不僅強(qiáng)烈推遲-FexC向向-Fe3C的轉(zhuǎn)變，還的轉(zhuǎn)變，還會(huì)影響碳化物的類型。會(huì)影響碳化物的類型。l 3. 回火溫度高于回火溫度高于350時(shí)，合金元素的擴(kuò)散能力增強(qiáng)，并在時(shí)，合金元素的擴(kuò)散能力增強(qiáng)，并在和和Fe3C之間進(jìn)行重新分配。之間進(jìn)行

24、重新分配。 碳化物形成元素離開碳化物形成元素離開相并置換相并置換Fe3C中的部分中的部分Fe原子，形成原子，形成合金滲碳體。合金滲碳體。 非碳化物形成元素逐漸向非碳化物形成元素逐漸向相中富集，從而發(fā)生由更穩(wěn)定的相中富集，從而發(fā)生由更穩(wěn)定的碳化物逐漸代替原先不穩(wěn)定的碳化物，使碳化物的成分和結(jié)構(gòu)碳化物逐漸代替原先不穩(wěn)定的碳化物，使碳化物的成分和結(jié)構(gòu)都發(fā)生變化。都發(fā)生變化。合金元素對(duì)回火轉(zhuǎn)變的影響如：在高鉻鋼中有：如：在高鉻鋼中有： 鋼中能否形成特殊碳化物，取決于所含合金元素的性質(zhì)和含量、鋼中能否形成特殊碳化物，取決于所含合金元素的性質(zhì)和含量、碳或氮含量以及回火溫度和時(shí)間等條件。碳或氮含量以及回火溫

25、度和時(shí)間等條件。特殊碳化物按兩種機(jī)制形成：特殊碳化物按兩種機(jī)制形成：原位形核：原位形核：獨(dú)立形核：獨(dú)立形核：直接從直接從相中析出特殊碳化物，并伴有合金滲碳體的相中析出特殊碳化物，并伴有合金滲碳體的溶解。溶解。特殊碳化物CMeFeCFe33),(合金元素對(duì)回火轉(zhuǎn)變的影響四、回火時(shí)的二次硬化現(xiàn)象四、回火時(shí)的二次硬化現(xiàn)象 碳鋼中的淬火馬氏體隨回火碳鋼中的淬火馬氏體隨回火溫度的升高，強(qiáng)度、硬度不斷降溫度的升高，強(qiáng)度、硬度不斷降低，即使低碳鋼在低，即使低碳鋼在100100左右回左右回火時(shí)硬度有些增高，也僅僅是由火時(shí)硬度有些增高，也僅僅是由于碳原子的偏聚所致。于碳原子的偏聚所致。低、中碳鋼在低、中碳鋼在1

26、00-700回火回火1h的硬度的硬度變化變化合金元素對(duì)回火轉(zhuǎn)變的影響 對(duì)于含對(duì)于含Mo、V、W、Ti和和Nb等強(qiáng)碳等強(qiáng)碳化物形成元素的合金鋼，在化物形成元素的合金鋼，在500600區(qū)間回火時(shí)，會(huì)析出細(xì)小的特殊碳化區(qū)間回火時(shí)，會(huì)析出細(xì)小的特殊碳化物，導(dǎo)致由于回火溫度的升高，物，導(dǎo)致由于回火溫度的升高，-碳碳化物粗化而化物粗化而軟化的鋼再度硬化的現(xiàn)象軟化的鋼再度硬化的現(xiàn)象稱為二次硬化稱為二次硬化。有時(shí)二次硬化峰值硬。有時(shí)二次硬化峰值硬度可能比淬火硬度還高。度可能比淬火硬度還高?；鼗饻囟葘?duì)低碳鉬鋼馬氏體硬度的影響回火溫度對(duì)低碳鉬鋼馬氏體硬度的影響合金元素對(duì)回火轉(zhuǎn)變的影響二次硬化的原因：二次硬化的原因

27、：n 合金碳化物在該特定溫度下的馬氏體晶體的位錯(cuò)區(qū)沉淀析出，合金碳化物在該特定溫度下的馬氏體晶體的位錯(cuò)區(qū)沉淀析出，以彌散的形態(tài)沉淀，呈極細(xì)針狀或薄片狀，尺寸很小，與以彌散的形態(tài)沉淀，呈極細(xì)針狀或薄片狀，尺寸很小，與相保相保持共格關(guān)系，硬度達(dá)到峰值；持共格關(guān)系，硬度達(dá)到峰值；n 低于該溫度區(qū)間回火，合金碳化物尚未沉淀，已析出的滲碳低于該溫度區(qū)間回火，合金碳化物尚未沉淀，已析出的滲碳體粗化，硬度較低；體粗化，硬度較低；n 高于該溫度區(qū)間回火，析出的合金碳化物長大，粗化并破壞高于該溫度區(qū)間回火，析出的合金碳化物長大，粗化并破壞與母相的共格關(guān)系，硬度迅速下降。與母相的共格關(guān)系，硬度迅速下降。 可認(rèn)為對(duì)

28、二次硬化有貢獻(xiàn)的因素是可認(rèn)為對(duì)二次硬化有貢獻(xiàn)的因素是特殊碳化物的彌散度、特殊碳化物的彌散度、 相中的位錯(cuò)密度相中的位錯(cuò)密度以及以及碳化物與碳化物與相之間的共格畸變相之間的共格畸變等。等。合金元素對(duì)回火轉(zhuǎn)變的影響第一、增高鋼中的位錯(cuò)密度，以增加特殊碳化物的形核部第一、增高鋼中的位錯(cuò)密度，以增加特殊碳化物的形核部位，從而進(jìn)一步增大碳化物彌散度。例如采用低溫位，從而進(jìn)一步增大碳化物彌散度。例如采用低溫形變淬火方法等。形變淬火方法等。第二、鋼中加入某些合金元素，減慢特殊碳化物中合金元第二、鋼中加入某些合金元素，減慢特殊碳化物中合金元素的擴(kuò)散，抑制細(xì)小碳化物的長大和延緩這類碳化素的擴(kuò)散，抑制細(xì)小碳化物的

29、長大和延緩這類碳化物過時(shí)效現(xiàn)象的發(fā)生。如加入物過時(shí)效現(xiàn)象的發(fā)生。如加入Co、Al、Si、Nb等。等。提高鋼二次硬化效應(yīng)的途徑有：提高鋼二次硬化效應(yīng)的途徑有：合金元素對(duì)回火轉(zhuǎn)變的影響五、合金元素對(duì)五、合金元素對(duì)相回復(fù)和再結(jié)晶的影響相回復(fù)和再結(jié)晶的影響 合金鋼在高溫回火時(shí)，若能夠形成顆粒細(xì)小的特殊碳化物，合金鋼在高溫回火時(shí)，若能夠形成顆粒細(xì)小的特殊碳化物，且與且與相保持共格，則能使相保持共格，則能使相保持較高的碳過飽和度，顯著地相保持較高的碳過飽和度，顯著地延遲延遲相回復(fù)和再結(jié)晶。使相回復(fù)和再結(jié)晶。使相處于較大的畸變狀態(tài)，仍保持較相處于較大的畸變狀態(tài)，仍保持較高的硬度和強(qiáng)度，具有很高的回火穩(wěn)定性。

30、高的硬度和強(qiáng)度，具有很高的回火穩(wěn)定性。 常用合金元素均具有阻礙回火時(shí)各類畸變消除的作用，都有常用合金元素均具有阻礙回火時(shí)各類畸變消除的作用，都有提高回火穩(wěn)定性的作用。提高回火穩(wěn)定性的作用。回火時(shí)機(jī)械性能的變化一、低碳鋼回火時(shí)的機(jī)械性能變化一、低碳鋼回火時(shí)的機(jī)械性能變化1. 低碳碳鋼低碳碳鋼（1）C%0.15%： 淬火時(shí)已發(fā)生了碳原子偏聚和析出少量碳化物淬火時(shí)已發(fā)生了碳原子偏聚和析出少量碳化物（自回火），（自回火），T 200回火時(shí)，鋼的硬度幾乎不改變?；鼗饡r(shí)，鋼的硬度幾乎不改變。（2）C%0.20%n 在在100250回火時(shí)，由于碳原子偏聚增大或析出的回火時(shí)，由于碳原子偏聚增大或析出的-碳化物

31、碳化物量增多，則使量增多，則使b、HRC和和變化較小；變化較小；s、SK（實(shí)際斷裂強(qiáng)度）有些增高；（實(shí)際斷裂強(qiáng)度）有些增高；e（彈性極限）明顯上升。（彈性極限）明顯上升。 低碳鋼低溫回火后仍保持細(xì)小的板條馬氏體低碳鋼低溫回火后仍保持細(xì)小的板條馬氏體亞結(jié)構(gòu)，具有較高的硬度、強(qiáng)度和彈性，又有良亞結(jié)構(gòu)，具有較高的硬度、強(qiáng)度和彈性，又有良好的塑性和韌性。好的塑性和韌性。低碳馬氏體鋼的突出優(yōu)點(diǎn)低碳馬氏體鋼的突出優(yōu)點(diǎn)回火時(shí)機(jī)械性能的變化n 300400回火時(shí)，析出的回火時(shí)，析出的Fe3C與基體的共格關(guān)系逐漸消失，與基體的共格關(guān)系逐漸消失，內(nèi)應(yīng)力急劇減小，內(nèi)應(yīng)力急劇減小，e在在350左右達(dá)到峰值后開始下降；

32、鋼的強(qiáng)度左右達(dá)到峰值后開始下降；鋼的強(qiáng)度和硬度顯著降低，塑形開始回升。和硬度顯著降低，塑形開始回升。n 400700回火時(shí)，低碳馬氏體的板回火時(shí)，低碳馬氏體的板條束已不能保持，隨回火溫度的增高，條束已不能保持，隨回火溫度的增高，滲碳體粗化，滲碳體粗化， 相回復(fù)和再結(jié)晶，使鋼的相回復(fù)和再結(jié)晶，使鋼的硬度、強(qiáng)度明顯降低，而塑性則顯著地硬度、強(qiáng)度明顯降低，而塑性則顯著地上升。上升。n 在在250400回火時(shí)，由于回火時(shí)，由于Fe3C在馬氏體板條之間或沿位錯(cuò)線在馬氏體板條之間或沿位錯(cuò)線析出，鋼的強(qiáng)度、硬度和塑形均有所降低；析出，鋼的強(qiáng)度、硬度和塑形均有所降低；回火時(shí)機(jī)械性能的變化2. 低碳合金鋼低碳合

33、金鋼（1）殘余奧氏體轉(zhuǎn)變的作用，使硬度、強(qiáng)度下降）殘余奧氏體轉(zhuǎn)變的作用，使硬度、強(qiáng)度下降）4. 300左右回火時(shí)，出現(xiàn)低溫回火脆性，沖擊韌性左右回火時(shí)，出現(xiàn)低溫回火脆性，沖擊韌性aK達(dá)到低谷，達(dá)到低谷，隨后又一直上升；隨后又一直上升；5. 高于高于400回火時(shí)，因回火時(shí)，因Fe3C開始長大，對(duì)位錯(cuò)的釘扎作用大為開始長大，對(duì)位錯(cuò)的釘扎作用大為減小，使得硬度、減小，使得硬度、 b下降，下降， 、aK升高。升高?；鼗饡r(shí)機(jī)械性能的變化三、高碳鋼回火時(shí)的機(jī)械性能變化三、高碳鋼回火時(shí)的機(jī)械性能變化高碳鋼淬火組織包括：孿晶馬氏體、殘余奧氏體及未溶碳化物。高碳鋼淬火組織包括：孿晶馬氏體、殘余奧氏體及未溶碳化物

34、。n 100150回火時(shí)，硬度不變或略有升高；回火時(shí)，硬度不變或略有升高；n 200300回火時(shí)，硬度、回火時(shí)，硬度、b下降緩慢；下降緩慢；n 高于高于350回火時(shí)，回火時(shí)， b顯著下降，塑性明顯升高；顯著下降，塑性明顯升高；n 高碳鋼在低溫（高碳鋼在低溫（ 300）回火時(shí)，其塑性幾乎為零。回火時(shí)，其塑性幾乎為零。n 也會(huì)出現(xiàn)低溫回火脆性和高溫回火脆性。也會(huì)出現(xiàn)低溫回火脆性和高溫回火脆性。回火時(shí)機(jī)械性能的變化四、鋼的回火脆性四、鋼的回火脆性淬火鋼在回火時(shí)，隨回火溫度的升高，沖擊韌性下降的現(xiàn)象。淬火鋼在回火時(shí)，隨回火溫度的升高，沖擊韌性下降的現(xiàn)象。表現(xiàn)：表現(xiàn)： 室溫沖擊韌性、反復(fù)彎曲沖擊強(qiáng)度、斷

35、裂韌性室溫沖擊韌性、反復(fù)彎曲沖擊強(qiáng)度、斷裂韌性KIC的降低；的降低； 韌脆轉(zhuǎn)化溫度的升高。韌脆轉(zhuǎn)化溫度的升高。低溫回火脆性（第一類回火脆性）低溫回火脆性（第一類回火脆性） 幾乎所有淬火后形成馬氏體組織的碳素鋼及合金鋼，在幾乎所有淬火后形成馬氏體組織的碳素鋼及合金鋼，在300左左右回火時(shí)都將或多或少地發(fā)生這種脆性。右回火時(shí)都將或多或少地發(fā)生這種脆性。 碳鋼：碳鋼：200400 ；合金鋼：；合金鋼：250400 ?；鼗饡r(shí)機(jī)械性能的變化（1）特點(diǎn)）特點(diǎn)l A. 與回火溫度有關(guān)，與回火冷卻速度無關(guān)；與回火溫度有關(guān)，與回火冷卻速度無關(guān)；l B. 不可逆性不可逆性 若將已產(chǎn)生脆性的鋼件重新加熱至高于脆化溫

36、度進(jìn)行回火，若將已產(chǎn)生脆性的鋼件重新加熱至高于脆化溫度進(jìn)行回火，脆性即可消失，并且再置于該脆化溫度區(qū)間回火時(shí)，脆化也不會(huì)脆性即可消失，并且再置于該脆化溫度區(qū)間回火時(shí)，脆化也不會(huì)再出現(xiàn)。再出現(xiàn)。l C. 斷口為晶間（沿晶界）斷裂斷口為晶間（沿晶界）斷裂 而在非脆化溫度回火的工件一般為穿晶（沿晶粒內(nèi)部）斷裂。而在非脆化溫度回火的工件一般為穿晶（沿晶粒內(nèi)部）斷裂?；鼗饡r(shí)機(jī)械性能的變化（2）影響因素）影響因素 主要是化學(xué)成分的影響。可以將鋼中元素按其作用分為三類：主要是化學(xué)成分的影響。可以將鋼中元素按其作用分為三類： 有害雜質(zhì)元素，如有害雜質(zhì)元素，如S、P、As、Sb、Cu、N、H、O等。鋼中等。鋼中

37、存在這元素時(shí)均將導(dǎo)致出現(xiàn)第一類回火脆性；存在這元素時(shí)均將導(dǎo)致出現(xiàn)第一類回火脆性； 促進(jìn)第一類回火脆性的元素，如促進(jìn)第一類回火脆性的元素，如Mn、Si、Cr、Ni、V等。這等。這類元素能促進(jìn)第一類回火脆性的發(fā)展，還可能將第一類回火脆性推類元素能促進(jìn)第一類回火脆性的發(fā)展，還可能將第一類回火脆性推向更高的溫度；向更高的溫度； 減弱第一類回火脆性的元素，如減弱第一類回火脆性的元素，如Mo、W、Ti、Al等。鋼中等。鋼中含有這些合金元素時(shí)第一類回火脆性將被減弱，其中以含有這些合金元素時(shí)第一類回火脆性將被減弱，其中以Mo的效果最的效果最顯著。顯著。 此外，奧氏體晶粒越粗大，殘余奧氏體量越多，第一類回火脆此

38、外，奧氏體晶粒越粗大，殘余奧氏體量越多，第一類回火脆性就越嚴(yán)重。性就越嚴(yán)重?；鼗饡r(shí)機(jī)械性能的變化（3）第一類回火脆性形成機(jī)制）第一類回火脆性形成機(jī)制（尚無定論）（尚無定論） A. 殘余奧氏體薄膜理論殘余奧氏體薄膜理論 該理論認(rèn)為，只要鋼中存在少量（該理論認(rèn)為，只要鋼中存在少量（1%5%）的）的AR，并以薄膜，并以薄膜的形式分布于馬氏體板條晶交界上時(shí)，就能引起低溫回火脆性。的形式分布于馬氏體板條晶交界上時(shí)，就能引起低溫回火脆性。 在一定回火溫度下，當(dāng)在一定回火溫度下，當(dāng)AR薄膜保持穩(wěn)定時(shí)，可使斷裂韌性和薄膜保持穩(wěn)定時(shí)，可使斷裂韌性和沖擊韌性增高。但若沖擊韌性增高。但若AR薄膜由于受熱或形變的影響

39、，造成失穩(wěn)分薄膜由于受熱或形變的影響，造成失穩(wěn)分解，則會(huì)出現(xiàn)回火脆性，使鋼的斷裂韌性和沖擊韌性降低。解，則會(huì)出現(xiàn)回火脆性，使鋼的斷裂韌性和沖擊韌性降低。 板條界上的薄膜分解，會(huì)析出碳化物，使板條界上的薄膜分解，會(huì)析出碳化物，使Ms點(diǎn)升高，冷卻時(shí)點(diǎn)升高，冷卻時(shí)可形成未回火的馬氏體，造成脆性增大?？尚纬晌椿鼗鸬鸟R氏體，造成脆性增大。 斷裂為沿板條晶界或板條束界發(fā)生斷裂為沿板條晶界或板條束界發(fā)生晶間斷裂晶間斷裂?；鼗饡r(shí)機(jī)械性能的變化B. 片狀碳化物沉淀理論（或碳化物薄殼理論）片狀碳化物沉淀理論（或碳化物薄殼理論） 不同含碳量（不同含碳量（0.151.4%）的鋼在回火時(shí)，馬氏體晶界上薄片狀）的鋼在回火

40、時(shí)，馬氏體晶界上薄片狀Fe3C析出的溫度都在析出的溫度都在230260之間；一定大小的碳化物薄層（殼）之間；一定大小的碳化物薄層（殼）將促進(jìn)裂紋在馬氏體晶界上形核。將促進(jìn)裂紋在馬氏體晶界上形核。C. 雜質(zhì)元素晶界偏聚理論雜質(zhì)元素晶界偏聚理論 認(rèn)為奧氏體化時(shí)，雜質(zhì)元素認(rèn)為奧氏體化時(shí)，雜質(zhì)元素P、S、As、Sn、Sb等在晶界、亞晶等在晶界、亞晶界偏聚導(dǎo)致晶界弱化是引起第一類回火脆性的原因。界偏聚導(dǎo)致晶界弱化是引起第一類回火脆性的原因。回火時(shí)機(jī)械性能的變化降低鋼中雜質(zhì)元素的含量；降低鋼中雜質(zhì)元素的含量；用用Al脫氧或加入脫氧或加入Nb、V、Ti等合金元素以細(xì)化奧氏體晶粒；等合金元素以細(xì)化奧氏體晶粒；

41、加入加入Mo、W等能減輕第一類回火脆性的合金元素；等能減輕第一類回火脆性的合金元素；加入加入Cr、Si以調(diào)整發(fā)生第一類回火脆性的溫度范圍，使之避以調(diào)整發(fā)生第一類回火脆性的溫度范圍，使之避開所需的回火溫度。開所需的回火溫度。 采用等溫淬火工藝代替淬火加回火工藝。采用等溫淬火工藝代替淬火加回火工藝。（3）防止或減輕第一類回火脆性的方法）防止或減輕第一類回火脆性的方法回火時(shí)機(jī)械性能的變化2. 高溫回火脆性（第二類回火脆性）高溫回火脆性（第二類回火脆性） 在在450600（或高至（或高至650左右）回火時(shí)出現(xiàn)的韌性低谷。左右）回火時(shí)出現(xiàn)的韌性低谷。（1）特點(diǎn)）特點(diǎn) A. 與回火后的冷卻速度有關(guān)；與回火

42、后的冷卻速度有關(guān)； 快速冷卻可消除或減輕第二類回火脆性?？焖倮鋮s可消除或減輕第二類回火脆性。 B. 具有可逆性；具有可逆性； C. 斷口呈沿晶斷裂。斷口呈沿晶斷裂。回火時(shí)機(jī)械性能的變化（2）影響第二類回火脆性的因素）影響第二類回火脆性的因素uA. 化學(xué)成分化學(xué)成分 引起第二類回火脆性的元素：引起第二類回火脆性的元素：P、S、B、Sb、Sn、As等；但當(dāng)?shù)龋坏?dāng)鋼中不含鋼中不含Ni、Cr、Mn、Si等合金元素時(shí)，雜質(zhì)元素的存在不會(huì)等合金元素時(shí)，雜質(zhì)元素的存在不會(huì)引起第二類回火脆性。引起第二類回火脆性。 促進(jìn)第二類回火脆性的合金元素：促進(jìn)第二類回火脆性的合金元素：Ni、Cr、Mn、Si、C等。這等。這類元素單獨(dú)存在時(shí)也不會(huì)引起第二類回火脆性，必須與雜質(zhì)元類元素單獨(dú)存在時(shí)也不會(huì)引起第二類回火脆性，必須與雜質(zhì)元素同時(shí)存在時(shí)才能引起第二類回火脆性，當(dāng)雜質(zhì)元素含量一定素同時(shí)存在時(shí)才能引起第二類回火脆性，當(dāng)雜質(zhì)元素含量一定時(shí)，這類元素含量越多，脆化越嚴(yán)重。當(dāng)兩種以上元素同時(shí)存時(shí)，這類元素含量越多，脆化越嚴(yán)重。當(dāng)兩種以上元素同時(shí)存在時(shí)，脆化作用就更大；在時(shí)，脆化作用就更大； 抑制第二類回