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1、第8章钢的回火转变及回火第1页，共38页，编辑于2022年，星期二1 回火时的组织变化回火时的组织变化一、碳原子的重新分布（一、碳原子的重新分布（M分解）分解）实验：实验：选选Ms 1第3页，共38页，编辑于2022年，星期二三、残余A分解n n与与M分解同时进行分解同时进行n nC%0.4%明显明显n n分解发生在相界或分解发生在相界或A晶体内部晶体内部n n高碳钢分解产物为高碳钢分解产物为相相+（稳定碳化物）（稳定碳化物）n n碳化物颗粒状，与残余碳化物颗粒状，与残余A有取向关系有取向关系n n低低M板条之间的板条之间的 残余残余A 分解分解形成的碳化形成的碳化物物连续连续导致回火脆性导致
2、回火脆性第4页，共38页，编辑于2022年，星期二四、碳化物类型的转变n n与与A分解同时进行，亚稳定碳化物分解同时进行，亚稳定碳化物稳定稳定类型类型n n低、中碳钢在板条内形核，与低、中碳钢在板条内形核，与M有惯习面有惯习面和取向关系，因小角度相界的消失和取向关系，因小角度相界的消失板条板条粗化粗化n n基体基体M中中C%平衡，平衡，c/a=1。但仍保持淬但仍保持淬火时形态火时形态n n内应力基本消除。内应力基本消除。n n高碳高碳M 亚稳定碳化物先形成亚稳定碳化物先形成 随后被稳随后被稳定碳化物取代定碳化物取代第5页，共38页，编辑于2022年，星期二碳化物转变方式碳化物转变方式n n原位
3、转变：成分、结构改变原位转变：成分、结构改变n n独立独立 转变转变：亚稳定碳化物溶解，稳定：亚稳定碳化物溶解，稳定碳化物在其它部位形核、长大碳化物在其它部位形核、长大第6页，共38页，编辑于2022年，星期二五、碳化物聚集、等轴F形成n n碳化物由棒、片碳化物由棒、片球球 粗化（大吞小）粗化（大吞小）系统能量下降系统能量下降n n渗碳体因密度小于渗碳体因密度小于F 较小的碳化物溶入较小的碳化物溶入基体基体 产生空位产生空位促进渗碳体长大促进渗碳体长大n n大角度相界合并大角度相界合并晶粒长大晶粒长大等轴等轴Fn nM形貌消失形貌消失n n残余应力消除残余应力消除n nc/a=1n n综上所述
4、：总体变化综上所述：总体变化第7页，共38页，编辑于2022年，星期二2 回火后的性能变化 一、硬度一、硬度n n在在100时略高（亚稳定碳化物共格作用时略高（亚稳定碳化物共格作用M中析出中析出C的弱化作用）的弱化作用）n n温度温度 100后后硬度硬度，因为：，因为：M中中C析出析出固溶强化效果固溶强化效果残余残余A分解分解碳化物析出碳化物析出基体基体C平衡平衡碳化物粗化碳化物粗化F等轴化（再结晶）等轴化（再结晶）第8页，共38页，编辑于2022年，星期二二、强度、塑性n随温度升高随温度升高强度降低、塑性升高强度降低、塑性升高n n碳钢均在碳钢均在300400时弹性时弹性最最好好三、韧性n除
5、回火脆性外，温度升高除回火脆性外，温度升高韧性升高韧性升高n n高碳钢回火韧性提高显著高碳钢回火韧性提高显著亚稳定亚稳定碳化物析出碳化物析出 内应力降低内应力降低 M收收缩缩 显微裂纹显微裂纹减少减少碳化物碳化物 聚集聚集焊合显微裂纹焊合显微裂纹第9页，共38页，编辑于2022年，星期二小结硬硬 度度 ：200200以下，以下，HRCHRC不变。不变。300300，HRCHRC降低。降低。弹性极限：弹性极限：在在300-400 300-400 最高。最高。塑塑 性：性：在在600-650 600-650 最高。最高。第10页，共38页，编辑于2022年，星期二3 合金元素对回火的影响一、提高回
6、火抗力一、提高回火抗力1、时效、低温回火、时效、低温回火 影响小影响小2、中温回火、中温回火n n降低碳的扩散系数降低碳的扩散系数n n非碳化物形成元素在非碳化物形成元素在M中扩散中扩散n n碳化物形成元素在碳化物中扩散碳化物形成元素在碳化物中扩散第11页，共38页，编辑于2022年，星期二3、Si中温回火时中温回火时 阻碍碳化物类型转阻碍碳化物类型转变变 显著提高回火抗力显著提高回火抗力4、除除Ni、P外，其它合金元素提高回火外，其它合金元素提高回火抗力抗力5、残余、残余A在回火加热时未分解在回火加热时未分解回火冷回火冷却时却时二次淬火二次淬火硬度提高、脆性增硬度提高、脆性增加加进行再次回火
7、进行再次回火第12页，共38页，编辑于2022年，星期二二、引起二次硬化1、产生条件、产生条件n n超过一定超过一定%n n强碳化物强碳化物形成元素（形成元素（Ti、Cr、V、）2、实质实质n nMo2C W2C VC TiC Cr7C3 共格共格碳化物的碳化物的 弥散强化弥散强化 作用作用n n超温超温过时效过时效硬度降低（碳化物类型硬度降低（碳化物类型转变）转变）第13页，共38页，编辑于2022年，星期二3、合金碳化物取代渗碳体方式、合金碳化物取代渗碳体方式n n原位转变原位转变原位转变原位转变相界面形核相界面形核相界面形核相界面形核二次硬化效果差（碳化物较粗）二次硬化效果差（碳化物较粗
8、）二次硬化效果差（碳化物较粗）二次硬化效果差（碳化物较粗）n n独立转变独立转变位错处形核位错处形核位错处形核位错处形核长大长大长大长大碳化物细小碳化物细小碳化物细小碳化物细小效果好效果好效果好效果好多组元多组元多组元多组元效果佳效果佳效果佳效果佳4 4、工程意义、工程意义、工程意义、工程意义n n工具钢工具钢工具钢工具钢提高红硬性提高红硬性提高红硬性提高红硬性n n耐热钢耐热钢耐热钢耐热钢高温强度好高温强度好高温强度好高温强度好n n结构钢结构钢提高材料强度、韧性提高材料强度、韧性轻量化设计轻量化设计第14页，共38页，编辑于2022年，星期二5、提高二次硬化效果的途径n n形变形变+淬火淬
9、火位错密度提高位错密度提高碳化物弥散析出碳化物弥散析出n n加合金元素（加合金元素（Co、Al、Si、Nb）抑制特殊碳化物生长抑制特殊碳化物生长第15页，共38页，编辑于2022年，星期二4 钢的回火脆性一、一、（第一类第一类第一类第一类 、低温、不可逆）、低温、不可逆）、低温、不可逆）、低温、不可逆）回火回火 马氏体马氏体 脆脆1、特征、特征n n韧性降低；冷脆转化温度升高；沿晶断裂韧性降低；冷脆转化温度升高；沿晶断裂n n250400产生，与冷却速度无关产生，与冷却速度无关n n几乎所有钢都存在几乎所有钢都存在n n不能消除，只能减轻不能消除，只能减轻n n已产生此脆性工件在高温区回火已产
10、生此脆性工件在高温区回火消除（再消除（再次在此温区回火不产生脆性次在此温区回火不产生脆性 不可逆）不可逆）第16页，共38页，编辑于2022年，星期二2、产生原因（不定论）n n残余残余残余残余A A分解分解分解分解脆化温区与残余脆化温区与残余A分解温区相同，加合金元分解温区相同，加合金元素素脆化温区升高脆化温区升高低、中碳钢板条之间渗碳体薄膜生长所致低、中碳钢板条之间渗碳体薄膜生长所致n nA A晶界杂质偏聚晶界杂质偏聚晶界杂质偏聚晶界杂质偏聚俄歇实验高纯度材料俄歇实验高纯度材料回火脆性倾向降低回火脆性倾向降低S S、P P 杂质偏聚杂质偏聚杂质偏聚杂质偏聚 弱化晶界弱化晶界n n残余残余残
11、余残余A A分解分解分解分解+A+A晶界晶界晶界晶界 Sb、Sn、P、S、As 杂质杂质杂质杂质偏聚偏聚偏聚偏聚第17页，共38页，编辑于2022年，星期二3、措施n n降低杂质降低杂质n n细化晶粒降低杂质细化晶粒降低杂质%（脱氧剂；细化元素）（脱氧剂；细化元素）n加加Mo 降低降低 晶界磷晶界磷%n n降低降低Mnn n加合金加合金改变脆化温度改变脆化温度n n等温淬火代替淬火等温淬火代替淬火+回火工艺回火工艺第18页，共38页，编辑于2022年，星期二二、（第二类、可逆）回火脆1、特征、特征n n较高的回火温区出现，时间较高的回火温区出现，时间明显明显n n沿晶、合金偏聚；其他同前沿晶、
12、合金偏聚；其他同前n n对冷却速度敏感，快冷不出现对冷却速度敏感，快冷不出现n n某些合金钢出现某些合金钢出现n n脆性可逆，只要在此温区（或大于此温脆性可逆，只要在此温区（或大于此温区）回火缓冷即出现区）回火缓冷即出现n n已经脆化工件已经脆化工件已经脆化工件已经脆化工件不满足以上条件不满足以上条件脱脆脱脆第19页，共38页，编辑于2022年，星期二2、影响因素n n成分成分致脆元素：致脆元素：Mn、Cr、Ni、Si与杂质共存时出现与杂质共存时出现多种元素共同作用多种元素共同作用明显：明显：促进元素：促进元素：P、Sn、Sb、As、B、S去脆元素：去脆元素：W、Mo、V、Ti；Mo%约约0.
13、5%最佳最佳碳钢碳钢不出现不出现n n热处理热处理措施：短时、快冷；避免脆化温区回火措施：短时、快冷；避免脆化温区回火n n组织：组织：MBP晶粒大晶粒大明显明显第20页，共38页，编辑于2022年，星期二3、机理n n平衡偏聚理论平衡偏聚理论平衡偏聚理论平衡偏聚理论杂质晶界偏聚杂质晶界偏聚杂质晶界偏聚杂质晶界偏聚晶界畸变能晶界畸变能晶界畸变能晶界畸变能 二重偏聚：二重偏聚：二重偏聚：二重偏聚：A A化时化时化时化时合金晶界偏聚合金晶界偏聚合金晶界偏聚合金晶界偏聚回火回火回火回火 杂质被吸引杂质被吸引杂质被吸引杂质被吸引 偏聚晶界偏聚晶界偏聚晶界偏聚晶界合金元素回火合金元素回火合金元素回火合金
14、元素回火晶界偏聚晶界偏聚晶界偏聚晶界偏聚vv合金与杂质亲和力大合金与杂质亲和力大合金与杂质亲和力大合金与杂质亲和力大晶内也析出碳化物晶内也析出碳化物晶内也析出碳化物晶内也析出碳化物抑制脆性抑制脆性抑制脆性抑制脆性vv合金与杂质亲和力中等合金与杂质亲和力中等合金与杂质亲和力中等合金与杂质亲和力中等晶界杂质偏聚晶界杂质偏聚晶界杂质偏聚晶界杂质偏聚脆性脆性脆性脆性vv合金与杂质亲和力小合金与杂质亲和力小合金与杂质亲和力小合金与杂质亲和力小杂质晶界不偏聚杂质晶界不偏聚杂质晶界不偏聚杂质晶界不偏聚抑制脆性抑制脆性抑制脆性抑制脆性n n非平衡偏聚理论：非平衡偏聚理论：杂质杂质杂质杂质 在渗碳体中溶解度小在
15、渗碳体中溶解度小在渗碳体中溶解度小在渗碳体中溶解度小 渗碳体渗碳体渗碳体渗碳体 形成时排除杂质形成时排除杂质形成时排除杂质形成时排除杂质晶界杂质晶界杂质晶界杂质晶界杂质%升升升升高高高高超过脆化温度超过脆化温度超过脆化温度超过脆化温度杂质向杂质向杂质向杂质向F F中扩散；中扩散；中扩散；中扩散；渗碳体渗碳体渗碳体渗碳体 溶解溶解溶解溶解脆性又会脆性又会脆性又会脆性又会消失消失消失消失第21页，共38页，编辑于2022年，星期二4、预防n大型工件加大型工件加Mo、Wn降低杂质降低杂质%n细化晶粒细化晶粒n形状简单的小工件回火后快冷形状简单的小工件回火后快冷n亚温淬火亚温淬火磷溶入磷溶入F中中晶界
16、处磷晶界处磷%降低降低第22页，共38页，编辑于2022年，星期二5钢的回火工艺 制定原则制定原则一、加热温度一、加热温度1、低温回火、低温回火n n目的：降低应力；提高韧性目的：降低应力；提高韧性n n组织：组织：回火马氏体回火马氏体（/+），保留淬火形态），保留淬火形态n n性能：性能：硬度与淬火时相当硬度与淬火时相当高碳钢高碳钢耐磨性好耐磨性好韧性提高，内应力降低韧性提高，内应力降低第23页，共38页，编辑于2022年，星期二应应 用用n n轴承轴承轴承轴承钢钢钢钢制作耐磨工件制作耐磨工件制作耐磨工件制作耐磨工件n n工、模具钢工、模具钢n n渗碳、渗碳、渗碳、渗碳、C C、N N共渗工
17、件共渗工件共渗工件共渗工件铣刀铣刀双头钻双头钻第24页，共38页，编辑于2022年，星期二n n量具钢（冷处理量具钢（冷处理回火回火 研磨研磨 时效）时效）n n低碳钢低碳钢制作高制作高强度工件强度工件第25页，共38页，编辑于2022年，星期二2、中温回火n n目的目的提高弹性极限；获得高的强韧性配合提高弹性极限；获得高的强韧性配合n n组织组织 回火屈氏体回火屈氏体（F+细小碳化物），保细小碳化物），保留淬火留淬火M形貌形貌n n性能：弹性极限最高；强韧性配合好性能：弹性极限最高；强韧性配合好n n应用：弹性工件；热模具应用：弹性工件；热模具第26页，共38页，编辑于2022年，星期二3、
18、高温回火（调质）n n目的目的获得好的综合力学性能获得好的综合力学性能产生二次硬化效果产生二次硬化效果n n组织组织回火索氏体（回火索氏体（F+颗粒碳化物），颗粒碳化物），M形貌消形貌消失失n n性能性能综合性能优于综合性能优于S某些合金钢具有高的红硬性某些合金钢具有高的红硬性第27页，共38页，编辑于2022年，星期二应应 用用n n高速钢产生红硬性高速钢产生红硬性n高合金钢的软化预备热处理高合金钢的软化预备热处理n n渗渗N、表面感应加热的预备热处理、表面感应加热的预备热处理n n重要结构工件的最终热处理重要结构工件的最终热处理第28页，共38页，编辑于2022年，星期二二、回火时间n n
19、根据经验公式选取根据经验公式选取与设备、装炉量、工件厚度等有关与设备、装炉量、工件厚度等有关n n回火温度比回火时间对回火程度（性能）回火温度比回火时间对回火程度（性能）的影响大的影响大n n回火效果回火效果低温、长时间低温、长时间=高温、短时间高温、短时间n回火程度通常用硬度衡量回火程度通常用硬度衡量n高碳钢为了防止淬火后开裂高碳钢为了防止淬火后开裂应该及应该及时回火（时回火（2小时之内）小时之内）第29页，共38页，编辑于2022年，星期二小结n n随随着着回回火火温温度度的的提提高高，材材料料中中的的组组织织、力力学学性性能能也随之发生变化。也随之发生变化。n n通通通通过过过过回回回回
20、火火火火可可可可以以以以调调调调整整整整材材材材料料料料的的的的性性性性能能能能、稳稳稳稳定定定定其其其其尺尺尺尺寸寸寸寸、消消消消除除除除淬火时留下的残余应力。淬火时留下的残余应力。淬火时留下的残余应力。淬火时留下的残余应力。n n合合合合金金金金元元元元素素素素会会会会延延延延缓缓缓缓回回回回火火火火的的的的进进进进程程程程，还还还还可可可可能能能能产产产产生生生生高高高高温温温温回回回回火火火火脆脆脆脆性性性性。两两两两种种种种回回回回火火火火脆脆脆脆性性性性预预预预防防防防的的的的措措措措施施施施不不不不同同同同，在在在在生生生生产产产产中应正确把握。中应正确把握。中应正确把握。中应正
21、确把握。n n根根根根据据据据使使使使用用用用要要要要求求求求正正正正确确确确选选选选择择择择回回回回火火火火工工工工艺艺艺艺，其其其其中中中中回回回回火火火火工工工工艺艺艺艺中中中中温度对性能的影响较大。温度对性能的影响较大。温度对性能的影响较大。温度对性能的影响较大。作业作业Page231Page231：1010、1111、1313、2020、2121第30页，共38页，编辑于2022年，星期二返回返回第31页，共38页，编辑于2022年，星期二返回返回第32页，共38页，编辑于2022年，星期二返回返回第33页，共38页，编辑于2022年，星期二返回第34页，共38页，编辑于2022年，星期二返回返回第35页，共38页，编辑于2022年，星期二返回返回第36页，共38页，编辑于2022年，星期二返回第37页，共38页，编辑于2022年，星期二返回第38页，共38页，编辑于2022年，星期二