回火轉(zhuǎn)變與鋼的回火課件

回火轉(zhuǎn)變與鋼的回火本課件PPT僅供大家學(xué)習使用學(xué)習完請自行刪除，謝謝！本課件PPT僅供大家學(xué)習使用學(xué)習完請自行刪除，謝謝！本課件PPT僅供大家學(xué)習使用學(xué)習完請自行刪除，謝謝！本課件PPT僅供大家學(xué)習使用學(xué)習完請自行刪除，謝謝！本章主要內(nèi)容回火過程中的組織變化(5個階段)回火后力學(xué)性能的變化回火脆化現(xiàn)象的產(chǎn)生及其防止回火工藝(3種)8.0概述回火：將淬火后的鋼在A1以下的溫度加熱、保溫，并以適當速度冷卻的工藝過程。目的：使淬火得到的亞穩(wěn)組織轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的回火組織；提高淬火鋼的塑性和韌性，降低脆性；降低或消除淬火引起的剩余內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸。8.1淬火鋼在回火時的組織變化淬火鋼亞穩(wěn)組織：馬氏體(M)：C在α-Fe中呈過飽和，使晶格承受應(yīng)力。比容最大，儲存了局部相變潛熱。剩余奧氏體(AR)：過冷、承受應(yīng)力和應(yīng)變。比容最小，儲存了大量相變潛熱。淬火鋼在回火時的組織轉(zhuǎn)變碳原子的重新分布—時效(100℃以下)；過渡碳化物的沉淀(100~300℃)；AR的分解(200~300℃)；過渡碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3C(200~350℃)；Fe3C的粗化和球化，以及等軸鐵素體晶粒的形成(350℃以上)。溫度較低，碳原子只能做短程擴散，進展偏聚。(1)低碳M—在位錯線附近偏聚亞構(gòu)造為位錯，C原子傾向于偏聚在位錯線附近的間隙位置。(2)高碳M—在孿晶界面上聚集亞構(gòu)造為孿晶，C原子將在一定晶面上聚集，形成富C聚集區(qū)?，F(xiàn)象：隨T↑，M中C%↓，晶格常數(shù)c↓，a↑，正方度c/a↓—過飽和程度下降。實質(zhì)：馬氏體發(fā)生了分解。M→M’(過飽和α+ε-FexC，α含碳量約為0.25%)ε-FexC(x=2~3)，HCP構(gòu)造，與基體馬氏體保持共格關(guān)系。過渡相。產(chǎn)物：回火馬氏體(M’)。有一定過飽和度的α固溶體(立方馬氏體)和與其有共格關(guān)系的ε碳化物所組成的復(fù)相混合組織。在普通金相顯微鏡下，觀察不出回火馬氏體中的ε碳化物?；鼗瘃R氏體在形態(tài)上與淬火馬氏體相似，但回火馬氏體易腐蝕，成黑色組織。性能：保存高硬度。AR→M’或B下(α相+ε-FexC碳化物)。α相的C%：與M在該溫度下分解后的C%相近，也與過冷A在該溫度下形成的B下的C%相近。ε-FexC：與一樣溫度下，M分解或B下中碳化物相似。剩余奧氏體與過冷奧氏體鋼淬火后的AR，與過冷A同屬亞穩(wěn)組織，本質(zhì)一樣，但AR存在于M之間，受M影響：(1)馬氏體條間的AR含碳量高于平均含碳量，已轉(zhuǎn)變的馬氏體會使AR處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)。(使AR在低溫較難分解)(2)回火過程中(T>200~300℃)，M分解，對AR壓力降低，影響到AR的轉(zhuǎn)變。3C—回火第三階段(200~350℃)在250~400℃回火時，碳鋼M中過飽和的C幾乎全部析出，將形成比ε-FexC更穩(wěn)定的碳化物χ-Fe5C2和θ-Fe3C，其穩(wěn)定性均高于ε-FexC。轉(zhuǎn)化是通過ε-碳化物的溶解和θ-碳化物重新從馬氏體基體中析出的方式完成的。3C—回火第三階段(200~350℃)(1)碳化物轉(zhuǎn)變：低溫→高溫低中碳馬氏體(C%<0.4~0.6%)(<0.2%C鋼)(>0.2%C鋼)中高碳馬氏體(C%>0.4~0.6%)

3C—回火第三階段(200~350℃)(2)相狀態(tài)：低溫→高溫低中碳馬氏體(C%<0.4~0.6%)中高碳馬氏體(C%>0.4~0.6%)初期α相與ε相保持共格關(guān)系，但當ε相長大到一定尺寸及其轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌鄷r，共格關(guān)系將被破壞。碳化物的形態(tài)及分布ε-FexC轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌蓟飼r，新生成的碳化物常呈薄片狀，假設(shè)分布在原馬氏體晶界上，將引起鋼的韌性顯著降低。隨回火溫度升高，片狀碳化物將轉(zhuǎn)化為粒狀，且會出現(xiàn)小顆粒溶解、大顆粒粗化現(xiàn)象。3C—回火第三階段(200~350℃)產(chǎn)物：回火屈氏體。由飽和的α相和細小片狀的滲碳體組成。性能：強度、硬度↓，塑性、韌性↑，淬火時晶格畸變所造成的內(nèi)應(yīng)力大大消除。3C的粗化和球化，以及等軸鐵素體晶粒的形成—回火第四階段(350℃以上)(1)淬火應(yīng)力的消失350℃時，第三類應(yīng)力(晶格畸變)消除—由于C原子從基體α相中析出。>350℃時，第二類應(yīng)力(微觀應(yīng)力)開場下降，到500℃根本消除—由α相回復(fù)所致。500~600℃時，第一類應(yīng)力(宏觀應(yīng)力)接近完全消除(再結(jié)晶所致)。3C的粗化和球化，以及等軸鐵素體晶粒的形成—回火第四階段(350℃以上)(2)α相回復(fù)與再結(jié)晶1)低碳板條馬氏體T>400℃時，開場回復(fù)。位錯密度下降，板條狀形態(tài)保持。T>600℃時，開場再結(jié)晶。位錯密度低的等軸鐵素體新晶粒逐步取代板條。3C的粗化和球化，以及等軸鐵素體晶粒的形成—回火第四階段(350℃以上)(2)α相回復(fù)與再結(jié)晶2)高碳片狀馬氏體T>250℃時，孿晶消失，出現(xiàn)位錯線。T>400℃時，回復(fù)。T>600℃時，開場再結(jié)晶。片狀特征也消除，得到等軸鐵素體。3C的粗化和球化，以及等軸鐵素體晶粒的形成—回火第四階段(350℃以上)(3)碳化物聚集長大長期保溫或提高回火溫度，使碳化物聚集長大。1)片、桿狀的第二相粒子，各處的曲率半徑不同，小半徑處易于溶解，而使片、桿斷開，并進一步球化。2)小粒子溶解，大粒子長大。Ostwald熟化機制3C的粗化和球化，以及等軸鐵素體晶粒的形成—回火第四階段(350℃以上)產(chǎn)物：回火索氏體。由等軸狀鐵素體和球狀滲碳體所組成的混合物。性能：強度、硬度↓，塑性、韌性↑。碳固溶強化作用消失，強度取決于Fe3C質(zhì)點的尺寸和彌散度。回火溫度越高，滲碳體質(zhì)點越大，彌散度越低，強度越低。淬火碳鋼回火組織總結(jié)200℃回火，得到α(過飽和C)+ε碳化物—回火馬氏體M′(碳化物存在于板條或片內(nèi))400℃回火，得到α(飽和C)+θ碳化物—回火屈氏體T′(細小碳化物及針狀α)600℃回火，得到平衡態(tài)等軸α+θ—回火索氏體S′(細粒碳化物及等軸α)8.2淬火鋼回火后機械性能的變化淬火碳鋼在回火時，隨溫度上升，力學(xué)性能發(fā)生變化，力學(xué)性能(包括強度、硬度、塑性、韌性、淬火裂紋等)的變化規(guī)律與組織的變化有密切的關(guān)系。低碳鋼回火后力學(xué)性能低碳鋼隨回火溫度的升高，鋼的硬度逐漸降低。<200℃回火，隨著溫度上升，硬度變化不大。∵僅碳原子偏聚在位錯線，無ε-碳化物析出，固溶強化得以保存塑性稍有增大?！叽慊饝?yīng)力的降低。屈服強度、彈性極限略有上升。低碳板條M中C原子向位錯線附近偏聚的傾向增大低碳鋼回火后力學(xué)性能>200℃回火，強度和塑性降低?！邼B碳體在板條之間或沿位錯線析出，而使鋼的強度和塑性降低。300~400℃回火，硬度和強度逐漸降低。400℃~700℃回火，硬度、強度顯著降低，塑性逐漸升高。發(fā)生碳化物聚集、長大和球化以及α相的回復(fù)、再結(jié)晶?；鼗饻囟葘Φ吞间擁g性的影響有其獨特的規(guī)律，在400℃以下，隨回火溫度的增高，沖擊韌性及斷裂韌性一般隨之而降低。這是由于低碳鋼淬火組織，存在大量位錯，在低溫回火時并不消失。在外力作用下，位錯尚有一定的遷移能力，使鋼不易產(chǎn)生裂紋，因此鋼的韌性較高。在300℃以上回火時，從M中析出的碳化物，增加了位錯運動的阻力，使鋼韌性降低。綜上所述，低碳鋼淬火獲得板條M后，經(jīng)低溫回火處理，可以獲得較優(yōu)良的綜合機械性能。高碳鋼一般采用不完全淬火，淬火組織為M片+AR+碳化物。<200℃回火，高碳鋼的硬度稍有提高?！吒咛计瑺頜在低溫回火時，C原子形成富集區(qū)(低于100℃)，與低碳鋼中的偏聚區(qū)相比，點陣畸變較大?；鼗饡r也可能析出大量細小ε碳化物(低于200℃)，產(chǎn)生較大的彌散強化作用。200~300℃回火，硬度緩慢下降或保持不變。一方面，因M中碳化物的析出而使鋼硬度逐漸降低，另一方面，剩余A轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗餗或貝氏體而使硬度升高，這兩種相互矛盾因素的作用可使鋼的硬度變化從緩慢下降到保持不變。這種硬度的變化情況取決于剩余A量的多少。一般在250℃以下回火，由于馬氏體基體碳含量仍在0.25%左右，且有大量彌散分布的ε-FeXC碳化物，所以回火后鋼的硬度仍可保持在HRC60以上。>300℃回火，硬度降低，塑性有所上升?！咛蓟锢^續(xù)析出和隨后的聚集長大、球化以及α相的回復(fù)再結(jié)晶。與低碳鋼相比，由于高碳鋼的碳含量高，回火時析出碳化物的數(shù)量較多，經(jīng)一樣溫度回火后，鋼的硬度仍然較低碳鋼為高。高碳鋼淬火裂紋在回火時可發(fā)生自動“焊合〞，消除或減少裂紋。結(jié)論：高碳鋼一般采用不完全淬火，使奧氏體中碳含量在0.5%左右。淬火后低溫回火以獲高的硬度，并生成大量彌散分布的碳化物以提高耐磨性，細化奧氏體晶粒。中碳鋼回火后的力學(xué)性能中碳鋼淬火后回火時，當?shù)陀?00℃回火，析出少量的碳化物，硬化效果不大，可維持硬度不降。當高于300℃回火，隨回火溫度升高，塑性升高，斷裂韌性KIC劇增。強度雖然下降，但仍比低碳鋼高的多。結(jié)論：中碳鋼一般采用高溫回火，塑韌性好，強度適中，具有良好的綜合力學(xué)性能。碳鋼淬火后回火時的力學(xué)性能的變化總結(jié)(1)硬度：隨回火溫度的升高而下降。隨回火溫度升高，M中C%不斷脫溶，固溶強化減弱；碳化物轉(zhuǎn)變并聚集長大，彌散強化減弱；α回復(fù)再結(jié)晶，相變強化減弱(亞構(gòu)造消失)所致。(2)強度和塑性：隨回火溫度升高，強度(σb、σs)不斷下降，塑性(δ、ψ)不斷升高。但低溫回火時強度略有上升，塑性根本不變。碳鋼淬火后回火時的力學(xué)性能的變化總結(jié)(3)彈性極限在300~400℃之間出現(xiàn)峰值。(4)韌性：隨回火溫度的升高，韌性升高，但合金鋼的韌性升高是不連續(xù)的，在T-aK和T-KIC曲線上出現(xiàn)兩個谷值，即回火脆性。8.3合金元素對回火的影響合金元素對鋼回火時組織轉(zhuǎn)變的影響表現(xiàn)在：(1)延緩鋼的軟化，提高鋼的回火抗力；(2)引起二次硬化現(xiàn)象；(3)影響鋼的回火脆性。Me對低溫回火的影響較??；中、高溫時，Me阻礙碳的擴散，延緩馬氏體的分解；高溫，Me阻礙碳化物長大和F等軸化，延緩了硬度的下降。發(fā)生二次淬火現(xiàn)象。二次淬火某些高合金鋼(如高速鋼)中的AR十分穩(wěn)定，在回火加熱時AR發(fā)生局部分解，導(dǎo)致AR穩(wěn)定性下降，在隨后的快速冷卻過程中剩余的AR轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，使鋼的硬度有較大提高，這種現(xiàn)象稱為二次淬火。產(chǎn)生了二次淬火的鋼必須再次回火。引起二次硬化定義：某些淬火鋼在500~650℃回火后硬度又增加的現(xiàn)象。本質(zhì)：共格析出的合金碳化物的彌散強化。意義：紅硬性、高溫強度。但隨著溫度繼續(xù)上升，合金碳化物長大，共格關(guān)系被破壞，會使硬度迅速下降。高速鋼三次560℃回火，在560℃回火時，產(chǎn)生二次硬化合金元素對回火的影響總之，合金鋼具有較高的回火抗力，使硬度下降變緩，同時由于回火時可以出現(xiàn)二次淬火和二次硬化現(xiàn)象，使零件回火后仍具有較高的硬度和強度，且使鋼具有紅硬性和熱強性，這對高溫下工作的零件是非常重要的。8.4回火脆化現(xiàn)象定義：隨回火溫度上升，沖擊韌性反而下降的現(xiàn)象。分類：第一類回火脆性(低溫回火脆性)：在250~400℃溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)的回火脆性。第二類回火脆性(高溫回火脆性)：在450~650℃溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)的回火脆性。(1)定義：是指淬火鋼在250~400℃回火時出現(xiàn)的脆性。(2)特征：不可逆；與回火后的冷速無關(guān)；斷口為沿晶脆性斷口。幾乎所有的鋼均有第一類回火脆性。不可逆回火脆性：再加熱到更高溫度時脆性可消失，假設(shè)再在200~350℃回火將不再出現(xiàn)。(3)影響因素(1)化學(xué)成分有害雜質(zhì)元素：包括S、P、As、Sn、Sb、Cu、N、H、O；促進回火脆性元素：Mn、Si、Cr、Ni、V；減弱回火脆性元素：Mo、W、Ti、Al的影響。(2)奧氏體晶粒大小奧氏體晶粒愈小，回火脆性愈弱。(4)第一類回火脆性的產(chǎn)生機理剩余奧氏體轉(zhuǎn)變理論碳化物析出理論雜質(zhì)偏聚理論(5)第一類回火脆性的防止措施降低雜質(zhì)元素含量；用Al脫氧或參加Nb、V、Ti，細化奧氏體晶粒；參加減輕回火脆性元素(Mo、W)；用等溫淬火代替淬火+低溫回火；避開產(chǎn)生回火脆性的溫度回火。第二類(高溫)回火脆性(450~650℃)(1)定義：指淬火鋼在450~650℃范圍內(nèi)回火后緩冷時出現(xiàn)的脆性。多發(fā)生在含Cr、Ni、Mn、Si等元素的合金鋼中。(2)特征：與冷速有關(guān)(快冷不產(chǎn)生)；可逆性；斷口為沿晶斷裂?？赡妫褐匦略?00℃短時加熱并隨之快冷，可消除，還可再次發(fā)生。(3)影響因素1)化學(xué)成分引起第二類回火脆性的雜質(zhì)元素：S、P、As、Sn、Sb、B；促進第二類回火脆性元素：Ni、Cr、Mn、Si、C；(以上兩類元素必須同時存在時才會產(chǎn)生)。抑制第二類回火脆性元素：Mo、V、W、Ti以及稀土元素La、Nd、Pr等。(3)影響因素2)熱處理工藝參數(shù)與回火溫度、時間、冷卻速度密切相關(guān)，緩冷使脆性增加。3)組織因素M回火脆性最嚴重，B次之，P最弱；晶粒愈細，回火脆性愈輕。(4)第二類回火脆性產(chǎn)生的機理析出理論、偏聚理論。與碳化物、氧化物、磷化物等脆性相沿晶界析出及雜質(zhì)元素的晶界偏聚有關(guān)。(5)第二類回火脆性的防止方法降低鋼中雜質(zhì)元素；參加能細化A晶粒元素，如Nb、V、Ti；參加適量抑制二類回火脆性的元素：Mo、W；避開在450~650℃范圍回火，650℃以上回火要快冷。8.5回