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1、关于钢的回火转变及合金时效第一张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月 一一.基本概念基本概念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，然后冷却（一般是点以下某一温度保温一段时间，然后冷却（一般是 空空 冷冷 到室温）的操作，称为回火。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余奥氏体组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余
2、奥氏体组 织，发生分它具有织，发生分它具有调整组织、调整组织、改善力学性能、改善力学性能、消除淬火造成的残余消除淬火造成的残余 应力的作用。它是最后一道热处理工序，极为重要。应力的作用。它是最后一道热处理工序，极为重要。第二张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月3.回火前的淬火组织状态回火前的淬火组织状态 +A（或有未溶碳化物（或有未溶碳化物K）其中：其中：为体心正方马氏体，即为体心正方马氏体，即碳溶解在碳溶解在-Fe中的过饱和固溶体。中的过饱和固溶体。4.残余奥氏体残余奥氏体 钢淬火之后，总有一少部分奥氏体不能转变为马氏体而被保留下钢淬火之后，总有一少部分奥氏体不能转变为马氏体而被保留
3、下 来，这部分奥氏体称为残余奥氏体。常用符号来，这部分奥氏体称为残余奥氏体。常用符号A表示。表示。5.-碳化物碳化物 成分为成分为FexC（Fe2C、Fe2.4C、Fe23C）,它是高碳孪晶马氏体中，低温它是高碳孪晶马氏体中，低温(100250)析出来的碳化物，属不稳定碳化物，当温度超过析出来的碳化物，属不稳定碳化物，当温度超过250时又重新溶解，同时时又重新溶解，同时析出析出-碳化物。碳化物。第三张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月6.-碳化物碳化物 成分为成分为Fe5C2,它是高碳孪晶马氏体中，在超过它是高碳孪晶马氏体中，在超过250时由时由-碳化碳化 物转变而来的碳化物，属亚稳定
4、碳化物，当温度超过物转变而来的碳化物，属亚稳定碳化物，当温度超过400时转时转 变为变为-碳化物。碳化物。7.-碳化物碳化物 即渗碳体即渗碳体Fe3C。第四张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月二二.淬火组织回火时的变化淬火组织回火时的变化分为一个前奏四个阶段分为一个前奏四个阶段 前奏：碳原子的重新分布前奏：碳原子的重新分布时效阶段时效阶段第一阶段：第一阶段：100300：过渡碳化物（过渡碳化物（/或或）的沉淀的沉淀 也称：淬火马氏体分解也称：淬火马氏体分解-碳化物碳化物成分为成分为FexC（Fe2C、Fe2.4C、Fe23C）-碳化物碳化物成分为成分为Fe5C2碳原子重新分布，马氏体内
5、发生碳的偏聚合集聚，碳在碳原子重新分布，马氏体内发生碳的偏聚合集聚，碳在条状马氏体位错线，或在片状马氏体（条状马氏体位错线，或在片状马氏体（100）面上集聚。）面上集聚。此阶段组织为回火马氏体此阶段组织为回火马氏体第五张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月第二阶段：第二阶段：200300：残余奥氏体（：残余奥氏体（A）分解阶段）分解阶段第三阶段：第三阶段：200350：过渡碳化物：过渡碳化物（/）转变为转变为Fe3C 也称碳化物类型变化也称碳化物类型变化A回火回火M或或B下下 此阶段的组织为回火马氏体此阶段的组织为回火马氏体粒状粒状Fe3C 此阶段的组织为回火屈氏体（此阶段的组织为回火屈
6、氏体（T）第六张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月第四阶段：第四阶段：350 以上，以上，Fe3C的粗化和球化，的粗化和球化，等轴等轴-Fe晶粒形成晶粒形成即：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、-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 此时组织为回火索氏体（此时组织为回火索氏体（S）第七张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月必须指出：上述四个阶段在不同温度范围内进行的，必须指出：上述四个阶段在不同温度范围内进行的，显示每一
7、种过程有一定的阶段性，但是这些过程进行显示每一种过程有一定的阶段性，但是这些过程进行的温度范围又是交叉的，重叠的。另外四个阶段的温的温度范围又是交叉的，重叠的。另外四个阶段的温度范围因钢种成分及淬火工艺的不同而有所不同，应度范围因钢种成分及淬火工艺的不同而有所不同，应予辩证地看问题。予辩证地看问题。第八张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月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，原子在以碳化物形式析出前，将首先向大量存在于将首先向大量存在于M中的位错及孪晶界面中的位错及孪晶界面偏聚，发生碳原子偏聚和聚集，成为碳原偏聚，发生碳原子偏聚和聚集，成为碳原子偏聚区和子偏聚区和C原
8、子集团原子集团（一）（一）关于马氏体的分解关于马氏体的分解1.关于马氏体分解前碳原子偏聚区的形成关于马氏体分解前碳原子偏聚区的形成 现象现象第九张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月 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原子原子向位错附近的间隙位置偏聚，或在孪晶面形成富碳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。聚集区域。条件条件第十张，PPT共一百零九页，创作于2022
9、年6月淬火淬火M中碳原子分布在扁八面体间隙，中碳原子分布在扁八面体间隙，使晶体产生使晶体产生 严重畸变；马氏体微观缺陷多，严重畸变；马氏体微观缺陷多，体系能量高，不稳定。体系能量高，不稳定。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 2.5ms第十一张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月由于回火先低后升高，由于回火先低后升高，C原子的扩散对高原子的扩散对高C马氏体出现了正方度不同的马氏体出现了正方度不同的两种两种 相
10、的双相分解和一种相的双相分解和一种 相的单相分解现象。相的单相分解现象。2.马氏体分解马氏体分解 当温度超过当温度超过100时时马氏体便发生分解马氏体便发生分解随着回火温度随着回火温度T和时间和时间t已偏聚富集的已偏聚富集的C以碳化物形式析出，使以碳化物形式析出，使M中的中的C%的晶格常数的晶格常数C,正方度（正方度（ca比值）降低比值）降低第十二张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月 马氏体碳浓度马氏体碳浓度与回火温度的关系与回火温度的关系 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原子脱溶，沉淀析出与母相共格的的碳化物，基体成为含碳化物，基体成为含C=0.25左右的过左右的
11、过饱和固溶体（饱和固溶体（相）。相）。第十三张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月M分解以双相分解方式进行，表现为：分解以双相分解方式进行，表现为：具有高正方度的具有高正方度的相保持原始相保持原始C含量（含量（相的正方度相的正方度 c/a1.0541.062）具有低正方度的具有低正方度的 相已部分析出碳化物（相已部分析出碳化物（c/a1.013）此阶段对于高碳马氏体出现双相分解现象：此阶段对于高碳马氏体出现双相分解现象：X-ray结构分析发现：回火温度结构分析发现：回火温度T150，高碳马氏体，高碳马氏体出现两个不同的正方度出现两个不同的正方度 相。相。第十四张，PPT共一百零九页，创作
12、于2022年6月过程：过程：首先首先C原子富集原子富集因回火温度尚低，因回火温度尚低，C原子不易扩散过来，原子不易扩散过来，不易进一步长大，出现了两种不易进一步长大，出现了两种C含量的含量的 经有序化形成经有序化形成K核，核，相所提供的相所提供的C原子长原子长 大成大成K颗粒，周围的颗粒，周围的 相中相中C含量由含量由C0 CM进一步分解，由高进一步分解，由高C区形成的新区形成的新K核重复上述过程核重复上述过程第十五张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月双相分解双相分解过程示意图过程示意图第十六张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月回火回火T，C原子的活动能力原子的活动能力，能作较
13、长距离扩散，能作较长距离扩散，K析出后，周析出后，周围低围低C浓度的浓度的相，可以通过相，可以通过C扩散来消除扩散来消除C浓度差，使浓度差，使K长大。长大。相的正方度随分解过程而不断下降。当相的正方度随分解过程而不断下降。当T300，c/a1，接近，接近平衡状态。平衡状态。当回火当回火T150时，高碳时，高碳M分解以分解以单相分解（连续分解）方式进行。单相分解（连续分解）方式进行。第十七张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月综上所述：综上所述：对于高碳对于高碳M，在，在100250回火，固溶在回火，固溶在M中的过饱和中的过饱和 C原子脱溶沉淀而析出原子脱溶沉淀而析出-碳化物（碳化物（-碳
14、化物，用透射电碳化物，用透射电 镜观察，它长镜观察，它长1000A（100nm），条状薄片的），条状薄片的-K由由 50A左右的小粒子组成，如图左右的小粒子组成，如图 所示）。所示）。马氏体的分解过程就是马氏体的分解过程就是C原子原子 以碳化物形式不断析出的过程；以碳化物形式不断析出的过程；第十八张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月 0.79%C钢淬火后钢淬火后150回火回火72小时的透射小时的透射电镜显微图像电镜显微图像 低低C钼钢淬火钼钢淬火225回火回火碳化物透射电镜图像碳化物透射电镜图像第十九张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月含含C量量0.4的钢，淬火后存在残余奥氏体
15、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：（二）（二）关于残余奥氏体的转变关于残余奥氏体的转变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，转变有相似之处，包括分解产物与动力学曲线。包括分解产物与动力学曲线。2.分解产物从高温到低温依次为：分解产物从高温到低温依次为：先共析相（先共析相（F或或Fe3C）、）、P、B、M+A第二十张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月1）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（
16、淬火（Ms159），），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，有些低合回火没有明显变化，有些低合金钢在金钢在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；也有的可部分也有的可部分A B下下第二十一张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月 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
17、下在较低温度下AB；在较高温度下在较高温度下A先析出先析出K，再转变再转变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较高）残余奥氏体在快速加热到较高温度回火时向温度回火时向B上上或或P的转变的转变，如如图图 所示：所示：第二十二张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月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解均稳定，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K，使其，使其C，合金元素含量，合金元素含量，提高了，提高了M转转变的变的M
18、s，促使它在随后冷却时，促使它在随后冷却时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；初期析出初期析出K仍具有共格联系的仍具有共格联系的碳化物，碳化物，300时析出时析出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转变转变第二十三张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月1.在在200350回火，回火，M内过饱和内过饱和C原子几乎全部脱
19、溶，沉淀析出比原子几乎全部脱溶，沉淀析出比 碳化物碳化物 更为稳定的更为稳定的K。2.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，可在偏聚原子，可在偏聚 区内直接析出区内直接析出 碳化物，即渗碳化物，即渗C体体Fe3C。3.高高C孪晶孪晶M在在200350回火，当回火，当T200，碳化物重新溶解，碳化物重新溶解，同时析出同时析出碳化物，见图碳化物，见图7-5、7-6。4.T350，析出的碳化物，析出的碳化物（Fe3C）逐渐聚集、球化和长大。图）逐渐聚集、球化和长大。图7-7 （三）（三）过渡碳化物过渡碳化物（/）转变为）转变为Fe3C 碳化物类型变化碳
20、化物类型变化M的分解是以析出的分解是以析出K的方式进行的，回火温度的方式进行的，回火温度T从从100到到350，K析出析出的类型、形态、大小及分布发生一系列的变化。的类型、形态、大小及分布发生一系列的变化。第二十四张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月第二十五张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月第二十六张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月第二十七张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月1.对低碳条状马氏体对低碳条状马氏体（四）（四）350 以上，以上，Fe3C的粗化和球化，的粗化和球化，等轴等轴-Fe晶粒形成晶粒形成回火温度回火温度T350，相中的位错、亚结构将发生回
21、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：600700第二十八张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月相亚晶粒通过铁原子扩散而长大形成位错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密度较低的等轴状新晶粒，逐步替代回复新晶粒，逐步替代回复后的条状组织。原马氏体晶粒形态消失。后的条状组织。原马氏体晶粒形态消失。随着回火温度升高，随着回火温度升高，相晶粒和碳化物颗粒相晶粒和碳化物颗粒进一步长大。进一步长大。相内部的位错胞和位错线逐渐消失，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位错密度
22、下降，重新组合后的亚晶粒位错网络变的平直，但错网络变的平直，但相仍为板条状。相仍为板条状。回复回复现象现象再结晶再结晶 现现 象象第二十九张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月当回火温度当回火温度T300，M片内的孪晶逐渐消失，片内的孪晶逐渐消失，而出现位错胞和位错线，而出现位错胞和位错线，2.对于高碳的孪晶马氏体对于高碳的孪晶马氏体 T=400时，孪晶全部消失，时，孪晶全部消失，T400时，时，相也相也发生回复与再结晶，其过程与位错型马氏体的变化相发生回复与再结晶，其过程与位错型马氏体的变化相同。同。第三十张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月3.在在相回复与再结晶过程中，工件淬
23、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。火组织中的三类内应力逐步消失。回复与再结晶过程示意图回复与再结晶过程示意图第三十一张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月 图图7-9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，下部已完全再结晶钢再结晶组织，上部已回复但未再结晶，下部已完全再结晶,（b）-Fe-0.18%C60096h回火，等轴回火，等轴F+Fe3C ba第三十二张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月5）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
24、构变化条状（位错）M片状（孪晶）M20100 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
25、-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。第三十三张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月回火温度（）组织转变阶段回火组织、结构变化350600相回复，渗碳体球化1.片状渗C体球化；2.相回复，位错亚结构逐步消失，位移密度下降，剩余的位错形成位错网络，把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。600720相再结晶，渗碳体粗化1.球状渗C体粗化；2.相再结晶，成为等轴状铁素体；3.铁素体晶粒长大。接上表：第三十四张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月淬淬火火M是是过过饱饱和和C因因溶溶于于相相中中，除除了了引引起起位位错错、孪
26、孪晶晶等等晶晶内内缺缺陷陷增增加加处处，同同时时还还因因工工件件表表面面与与心心部部温温差差造造成成宏宏观观区区域域的的组组织织应应力力、热热应应力力及及微微区区的的各各种种内内应应力力增增加加，按按存存在在于于工工件件内内部部的应力平衡范围的大小，把的应力平衡范围的大小，把内应力分为三类：内应力分为三类：第三类内应力第三类内应力第一类内应力第一类内应力第二类内应力第二类内应力三三.关于淬火组织的三类内应力关于淬火组织的三类内应力第三十五张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月3）危害性最大）危害性最大1.第一类内应力（第一类内应力（550以上回火，才能基本上消除）以上回火，才能基本上消除
27、）在零件整体范围内处于平衡在零件整体范围内处于平衡的内应力称为第一类的内应力称为第一类 内应力内应力1）定义）定义工件内外温度不一致和相变的不工件内外温度不一致和相变的不同时造成的宏观区域性的淬火应力同时造成的宏观区域性的淬火应力2）产生原因）产生原因引起零件变形、开裂引起零件变形、开裂第三十六张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月如高碳马氏体的如高碳马氏体的 a/a高达高达810-3，折合成，折合成 应力应力约为约为150Mpa,相当于的马氏体屈服极限。相当于的马氏体屈服极限。2.第二类内应力（回火第二类内应力（回火T500才能消失）才能消失）定义定义由于工件中的几个晶粒内的温度不一致
28、和相变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的微观区域性的淬火应力称为的不同时而造成的微观区域性的淬火应力称为第二类内应力。第二类内应力。它属于在晶粒或亚晶粒范围内处于平衡的内应力，其大它属于在晶粒或亚晶粒范围内处于平衡的内应力，其大小可以用点阵常数变化小可以用点阵常数变化a/a表示，表示，a/a，则应力，则应力 第三十七张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月由于由于C原子过饱和固溶使晶格畸变以及原子过饱和固溶使晶格畸变以及M相变相变停止后仍保持共格关系停止后仍保持共格关系,使晶格弹性畸变而使晶格弹性畸变而引起的内应力称为第三类内应力。引起的内应力称为第三类内应力。3.第
29、三类内应力第三类内应力 对对C钢而言钢而言M在在300分解完毕该应力才消失分解完毕该应力才消失C原子的固溶引起第三类内应力，原子的固溶引起第三类内应力，当当C原子析出原子析出正方度正方度c/a1，而第三类内应力才消失。，而第三类内应力才消失。定义定义它属于在原子集团范围它属于在原子集团范围内处于平衡的内应力内处于平衡的内应力第三十八张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月不同的回火温度，淬火不同的回火温度，淬火M的转变程度不同，回火后的转变程度不同，回火后得到的组织也不同。生产中常按其组织特征将得到的组织也不同。生产中常按其组织特征将回火回火组织分为三种组织分为三种：四四 关于淬火钢回火的
30、组织特征关于淬火钢回火的组织特征回火马氏体回火马氏体回火屈氏体回火屈氏体回火索氏体。回火索氏体。第三十九张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月图图7-12 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（图为条状片状混合组织（图7-12），），150250回火，仍保持其形态回火，仍保持其形态，浸蚀后颜色，浸蚀后颜色变深（图变深（图7-13）第四十张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月 (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
31、 第四十一张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月(a)500 (b)5000图图7-14 20CrNiMo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，尚未析出原子偏聚，尚未析出K。金相观察条状。金相观察条状M的形态（图的形态（图7-14）。）。第四十二张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月 (a)500 (b)5000图图7-15 20CrNiMo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 第四十三张，PPT共一百零九页，创作于2022年6
32、月在在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，颗粒很细小，但能分辨（图但能分辨（图7-16）。）。2.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 第四十四张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月 (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 第四十五张
33、，PPT共一百零九页，创作于2022年6月 (a)500 (b)5000图图7-17 45#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。金相组织特征：高温回火得到回火索氏体组织。金相组织特征：F粒状粒状Fe3C。碳钢调质处理后就是这种组织。一般没有针状形态的。碳钢调质处理后就是这种组织。一般没有针状形态的F，但某些热稳，但某些热稳定性很好的合金钢调质后，仍会有些定性很好的合金钢调质后，仍会有些F保持针状（图保持针状（图7-17）。3.回火索氏体回火索氏体(S)第四十六张，PPT共一百零九页，创作于2
34、022年6月淬火淬火M硬度、强度高，但塑性、韧性硬度、强度高，但塑性、韧性 差，其高强度来自于相硬化强化、固差，其高强度来自于相硬化强化、固 溶强化及时效强化溶强化及时效强化8-2 淬火钢回火时力学性能变化淬火钢回火时力学性能变化第四十七张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月淬火钢通过回火，发生组织转变和结构变化，上述淬火钢通过回火，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：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高温回火（高温回火（450
35、650）时为）时为Fe3C分散度、分散度、相的物理状态及成分相的物理状态及成分中温回火（中温回火（250450）时为：）时为：相中的碳含量、相中的碳含量、Fe3C分散度分散度第四十八张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月低、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第四十九张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月从图从图7-18、7-19给出了力学性能变化曲线，可以看出：给出了力学性能变化曲线，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
36、定的塑性（、）。强度和硬度随着回火温）。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。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，然后又升高）随着回火温度升高而降低，出现低点，然后又升高，这，这是发生了回火脆性问题。是发生了回火脆性问题。第五十张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月图图7-19低碳钢（低碳钢（0.20%C0.89%Mn）回火）回火温度对拉伸性能的影响（温度对拉伸性能的影响（A化温度化温度910）第五十一
37、张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月第五十二张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月第五十三张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月第五十四张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月回火引起二次硬化回火引起二次硬化二次硬化，是指某些淬火合金钢在二次硬化，是指某些淬火合金钢在500一一650回回火后硬度增高，在硬度火后硬度增高，在硬度回火温度曲线上出现峰回火温度曲线上出现峰值的现象。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(如钒、如钒、钛、钼、钨、铬等钛、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碳化二次硬化本
38、质上是一种共格析出的合金碳化物的弥散强化。合金碳化物越稳定越细小，强物的弥散强化。合金碳化物越稳定越细小，强化效果就越大。化效果就越大。二次硬化效应在工业上有十分重要的意义，例如工具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，某些耐热钢靠它可维持高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，某些结构钢和不锈钢靠它可以改善机械性能。温强度，某些结构钢和不锈钢靠它可以改善机械性能。第五十五张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月1.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，
39、这种脆性现象称回火脆性。较低温度回火时反而显著下降，这种脆性现象称回火脆性。二二.关于回火脆性（关于回火脆性（TE）现象）现象 随着回火随着回火T，钢的，钢的b、HRC、，但冲，但冲击韧性（击韧性（aK）却不是简单地增加，有些钢在某一温）却不是简单地增加，有些钢在某一温度范围回火时，冲击韧性出现了低谷（图度范围回火时，冲击韧性出现了低谷（图7-20、7-21）。）。主要发生在中碳铬镍钢主要发生在中碳铬镍钢第五十六张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月图图7-20铬锰钢低温回火脆性铬锰钢低温回火脆性图图7-21中碳铬镍钢中碳铬镍钢aK与回火温度的关系与回火温度的关系第五十七张，PPT共一百
40、零九页，创作于2022年6月在在250400回火时出现的回火时出现的aK 反反常降低称为第一类回火脆性常降低称为第一类回火脆性2.回火脆性分类回火脆性分类把在把在450650回火出现的回火出现的aK 反反常降低称为第二类回火脆性常降低称为第二类回火脆性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）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）第五十八张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月（1）冲击值显著降低；）冲击值显著降低；（2）不可逆性）不可逆性:即不能通过回火冷却方法（快冷）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加以改善，无论快冷或慢
41、冷都使aK，只有只有 再加热到更高温度回火，可以消除脆性，再加热到更高温度回火，可以消除脆性，才能使才能使aK。（3）脆性断口、晶间断裂）脆性断口、晶间断裂3.第一类回火脆性特征第一类回火脆性特征第五十九张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月 产生机理：产生机理：以往认为是在温度范围回火残余奥氏体分解的结果：以往认为是在温度范围回火残余奥氏体分解的结果：a.出现脆性的温度范围与出现脆性的温度范围与A分解温度范围相符分解温度范围相符 b.AM(B),韧性下降时理所当然的。韧性下降时理所当然的。第六十张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月（1）在在450650之间加热和缓慢冷却时将产生
42、脆性；之间加热和缓慢冷却时将产生脆性；（2）与钢材化学成分密切相关）与钢材化学成分密切相关（3）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；（4）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。（图（图7-22）4.第二类回火脆性特征第二类回火脆性特征这是合金结构钢调质处理常涉及到的问题。这是合金结构钢调质处理常涉及到的问题。第六十一张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月 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
43、 1700图图7-22 已发生回火脆性的组织已发生回火脆性的组织 第六十二张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月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：a.出现脆性的温度范围与出现脆性的温度范围与A分解温度范围相符分解温度范围相符 b.AM(B),韧性下降时理所当然的。韧性下降时理所当然的。产生机理：产生机理：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
44、、束界转变来的碳化物沿马氏体板条边界、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，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。其他温度范围回火是不存在这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。种碳化物薄片，因而不出现这类脆性。第六十三张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月现在还有一种观点是现在还有一种观点是:微量杂质元素如微量杂质元素如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
45、些说法，但尚不能很好解释现象。不过在200350回火时，在回火时，在M条间析出碳化物薄片（见图条间析出碳化物薄片（见图7-4），），是引起该脆性的重要原因，杂质元素向是引起该脆性的重要原因，杂质元素向M条间偏聚条间偏聚增加了回火脆性。增加了回火脆性。第六十四张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月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 导致第一类回火脆性。导致第一类回火脆性。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
46、高温方向移动，单独使脆化温度向高温方向移动，单独加加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。影响第一类回火脆性因素影响第一类回火脆性因素第六十五张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月 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。防止方法或减轻方法防止方法或减轻方法第六十六张，PPT共一百零九页
47、，创作于2022年6月化学成分：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。影响第二类回火脆性的因素影响第二类回火脆性的因素第六十七张，PPT共一百零九页，创作于202
48、2年6月第六十八张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月平衡偏聚理论（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元素所致。的薄层内偏聚了某些合金元素和杂质元素所致。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性的合金元素：Ni、Cr、Mn、Si、C与与杂质元素杂质元素P、Sn、Sb、As、B、S等在等在A化时由于内吸附而偏聚于化时由于内吸附而偏聚于A 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（吸引是亲合力大所致
49、）。面引起脆化（吸引是亲合力大所致）。第二类回火脆性的机理第二类回火脆性的机理第六十九张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月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，或回火后快冷，以减内回火，或回火后快冷，以减轻脆性轻脆性第二类回火脆性防止办法第二类回火脆性防止办法 第七十张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月合金的时效合金的时效(Aging)(Aging)本节主
50、要内容：本节主要内容：J固溶、脱溶及时效相关概念固溶、脱溶及时效相关概念JAl-CuAl-Cu合金的时效合金的时效J脱溶过程的动力学影响因素脱溶过程的动力学影响因素J脱溶后的显微组织脱溶后的显微组织J时效时的性能变化时效时的性能变化 第七十一张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月相关概念1、固溶处理：、固溶处理：将钢或合金加热到一定的较高将钢或合金加热到一定的较高温度，使温度，使碳或合金元素碳或合金元素溶入固溶溶入固溶体中，然后以较快的速度冷却下体中，然后以较快的速度冷却下来，得到来，得到过饱和的固溶体或过饱过饱和的固溶体或过饱和的新相和的新相。第七十二张，PPT共一百零九页，创作于20