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1、7-1 淬火碳钢回火时的组织变化淬火后为什么及时回火？淬火组织的高度不稳定性：马氏体中的碳是过饱和的；马氏体有很高的应变能和界面能；与马氏体并存的还有一定量的AR转变驱动力M和AR的不稳定状态与平衡状态的自由能差动力学条件原子活动能力回火加热一、马氏体中碳原子的偏聚时效阶段（100以下）碳原子的偏聚和聚集位置：位错线附近的间隙位置；在孪晶面形成富C聚集区域。1.低碳M：高密度位错 室温附近C、N原子有一定扩散能力2.片状M：孪晶 C在一定晶面聚集（100）强度、硬度第1页/共24页二、马氏体分解/过渡碳化物的析出回火第一阶段（100200）回火温度、回火时间富C区的碳原子有序化析出碳化物高C马
2、氏体：M内过饱和碳原子脱溶析出-碳化物 密排六方 Fe2.4C 与母相共格低碳钢不大可能沉淀-碳化物时效阶段末期M仍具有体心正方性-碳化物 Fe2C回火马氏体：高碳钢在此温度范围回火时，M分解后形成的低碳相和弥散/-碳化物组成的复相组织。第2页/共24页三、残余奥氏体的分解回火第二阶段（200300）分解产物：-碳化物（Fe3C）+F 粒状对韧性有害四、碳化物析出与转变回火第三阶段（200400）/-碳化物-碳化物-碳化物 Fe5C2 单斜晶系/-碳化物与-碳化物的惯习面不同-碳化物不是由/-碳化物转变而来 单独形核并长大 离位析出离位析出-碳化物 112 从-碳化物直接转变而来就地形核（原位
3、析出原位析出）110 重新形核长大变化趋势：由具有一定饱和度的相与其有共格联系的-碳化物的混合组织，转变为相与其无共格联系的-碳化物的混合组织。转变后的组织回火屈氏体回火屈氏体注：在碳浓度0.4%的马氏体回火时，不形成-碳化物；在碳浓度0.2%的马氏体回火时，不析出-碳化物，而是直接形成-碳化物。第3页/共24页五、相状态变化及碳化物聚集长大回火第四阶段（400）驱动力表面能的减小 胶态平衡理论高温长时回火：组织为等轴铁素体基体中分布的较粗的球状碳化物回复：低碳条状M内部位错胞、位错线逐渐消失位错密度，剩下的位错位错网络-相晶粒被分割成许多亚晶粒回复后仍保持条状；孪晶M：位错胞和位错线将取代孪
4、晶，后面的过程同板条M等轴F的形成再结晶；晶粒长大的结果淬火内应力的消除第一、第二、第三类内应力第4页/共24页第5页/共24页第6页/共24页高碳钢中回火马氏体与下贝氏体的区别第7页/共24页 从显微组织的形态和分布来看，下贝氏体与高碳钢回火马氏体很相似，都是暗黑色针状，各个针状物之间都有一定的交角，而它们的区别是：1）高碳钢的回火马氏体表面浮凸呈N字形，下贝氏体的表面浮凸是不平行的，相交成“v”形或“”形；2）高碳钢回火马氏体中存在位错与孪晶，下贝氏体中铁素体也有位错缠结存在，但没有孪晶结构存在；3）下贝氏体中碳化物的分布与高碳钢回火马氏体中碳化物的分布明显不同，前者沿着与贝氏体长轴呈50
5、60倾斜的直线规律排列，与相间析出相似，而后者在相中均匀分布；4）在高碳钢中回火马氏体的韧性低于同强度下贝氏体的韧性。第8页/共24页7-2 合金元素对回火转变的影响影响：延缓钢的软化，提高钢的回火抗力；引起二次硬化现象；影响钢的回火脆性。一、提高钢的回火抗力（回火稳定性）在回火过程中随回火温度的升高钢抵抗硬度下降的能力相同温度回火，硬度下降少的称为回火抗力好。1.合金元素对低温（250）回火组织变化的影响低碳钢：对碳的偏聚状态影响不大中高碳钢析出过渡碳化物（-碳化物），除Si外，合金元素对-碳化物的析出无影响合金元素对低、中、高碳钢低温回火后的强硬度影响较弱，主要取决于含碳量Si可有效提高钢
6、回火抗力原因：硅能溶解到-碳化物中，增加了它的稳定性，使其保持到更高温度才溶解-推迟了渗碳体的析出过程，因而只有在更高的回火温度才开始软化。第9页/共24页2.合金元素对AR转变的影响1）ARB、ARP、AR M二次淬火当AR在B和P之间的A稳定区域保持，AR不发生分解，在随后冷却转变为M。2）回火时的二次淬火和稳定化、催化现象催化回火时二次淬火的MsMs产生的二次M的量较多稳定化回火时二次淬火的MsMs 产生的二次M的量较少二次淬火M 脆性-必须再进行回火3.合金元素对碳化物聚集长大的影响合金碳化物的聚集长大：小颗粒碳化物的溶解，碳和合金元素扩散到大颗粒碳化物中去的方式进行随T-碳化物中的合
7、金元素浓度变化 碳化物形成元素从Fcem 非碳化物形成元素从cem中扩散出来 1）碳化物形成元素的加入阻碍Fe3C的聚集长大合金渗碳体稳定，减慢溶解；与碳亲和力强C在相中的扩散激活能-阻碍C扩散 第10页/共24页2）非碳化物形成元素的加入Si 固溶于-碳化物，不溶于Fe3C 强烈阻碍 Fe3C聚集长大原因：Fe3C长大排Si-Fe3C 周围形成高硅墙阻碍 C原子向Fe3C 内扩散Fe3C颗粒的长大取决于Si的扩散(思考思考)相同温度下回火，含碳量相同的合金钢的相同温度下回火，含碳量相同的合金钢的硬度大于碳钢的硬度？硬度大于碳钢的硬度？第11页/共24页4.合金元素对钢回火时回复和再结晶的影响
8、Co、Cr、Mo、W、V-铁再结晶温度Si延缓中碳钢回火时回复（位错密度）和再结晶过程（相晶粒长大）总结：300 除硅外所有合金元素对钢的回火稳定性影响不大，；300 所有合金元素特别是碳化物形成元素，能强烈阻碍碳化物的聚集长大以及延缓钢的回复和再结晶回火抗力二、合金元素对cem类型变化的影响及二次硬化现象强碳化物形成元素：Cr、Mo、W、V、Ti、Nb500 碳化物类型变化：渗碳体特殊合金碳化物（极细小弥散）形成途径：原位析出；离位析出特殊合金碳化物与母相共格回火钢硬度二次硬化：某些淬火合金钢在500650回火后硬度，在硬度-回火温度曲线上出现峰值的现象。第12页/共24页注：碳素钢不发生二
9、次硬化现象，非（弱）碳化物形成元素不能引起二次硬化；二次硬化的本质：共格析出的合金碳化物的弥散强化；T-特殊碳化物量-共格畸变 硬度达到峰值 T-碳化物长大弥散度 共格被破坏畸变消失位错密度应用：高速钢刃具钢保持高的红硬性硬度硬度硬度硬度第13页/共24页7-2 淬火钢回火后机械性能的变化一、低碳钢回火时机械性能的变化 1）T250-C原子偏聚在位错线附近，不析 出-碳化物组织变化不大硬度变化不大；T-C向位错附近的偏聚倾向-碳钉扎位错作 用-固溶强化作用-s、；2）300400 析出条状或片状Fe3C HRC、s；3）400700 cem 的球化和长大、相回复和再结晶 HRC、s、塑性；4）
10、T300 cem在M条间分布、位错密度-冲击韧性和断裂韧性。低碳低碳M M可以在淬火状态下使用吗？可以在淬火状态下使用吗？第14页/共24页二、高碳钢回火时的机械性能的变化1.T100 富C聚集区晶格畸变-HRC2.200300 HRC与AR有关 含较多AR硬度降低较缓 T HRC3.T300 HRC回火与拉伸性能：300 未消除淬火宏观应力-脆性破断；300 T-塑性、韧性片状M形成产生显微裂纹回火-应力消除和在裂纹中析出碳化物-部分显微裂纹自动焊合第15页/共24页三、中碳钢回火时机械性能的变化1.T250 T-、塑性不变、HRC2.200300 T-HRC 3.300 与低碳钢相似，韧性
11、、强度弹簧钢：淬火+中温回火第16页/共24页7-3 回火脆化现象1.概念：回火时随回火温度上升韧性下降的现象2.分类：回火马氏体脆性（TME）-250400，低温（第一类）回火脆性；回火脆性（TE）-450600，高温（第二类）回火脆性。一、回火马氏体脆性1.现象冲击功；韧脆转化温度；沿晶断裂比例；平面应变断裂韧性2.机理1）残余奥氏体分解导致TME塑性相（AR薄膜）脆性相（Fe3C）注：回火时AR分解可能是导致冲击韧性的因素之一，但不是根本原因 2）杂质偏聚在原奥氏体晶界引起TME晶间脆化碳化物沿奥氏体晶界析出根本原因：晶界在奥氏体化时有P和S的偏聚第17页/共24页3）杂质的偏聚和马氏体
12、板条间的碳化物引起TME4）的转变引起TME3.影响因素1）化学成分有害杂质元素S、P、Sn、Sb、Cu、N、H、O等；促进TME的元素Mn、Si、Cr、Ni、V等；减轻TME的元素Mo、W、Ti等2）A晶粒小-TME；3）残余奥氏体量多-TME4.降低TME的方法1）提高原材料纯度并改善熔炼方法降低钢中的杂质含量；2）采用铝脱氧或加入能细化晶粒的元素Ti、W、Mo单位界面面积杂质偏聚量；3）加入Mo P在晶界的偏聚；4）降低Mn的含量；5）采用等温淬火代替淬火-回火工艺第18页/共24页二、回火脆性1.概述1）特征冲击韧性；韧脆转化温度；沿原A晶界断口；原A晶界上有杂质元素和某些合金元素的偏
13、聚。2）韧脆转化温度的表征方法DBTT；FATT3）TE的特点对时间的依赖性A:在某一脆化温度下，保温时间越长，FATT越高；B:在脆化温度或高于此温度下回火时，随后的冷速对TE的出现与否具有决定性影响。可逆性脱脆致脆第19页/共24页2.影响TE的因素1）钢的成分致脆元素：Mn、Cr、Ni、Si致脆作用必须有P、Sn、Sb、As等杂质元素存在促脆元素：P、Sn、Sb、As、S、B等以存在致脆元素为前提去脆元素：W、Mo、V、Ti2）热处理制度冷速和保温时间3）组织状态回火前组织（M、B、P）和奥氏体晶粒大小3.TE的形成机理1）平衡偏聚理论元素偏聚晶界晶界断裂强度偏聚驱动力溶质原子在晶内和晶
14、界形成的畸变能之差第20页/共24页缺点：不能解释为什么钢中同时存在某些合金元素和杂质才会发生脆性修正：二次偏聚理论；三元固溶体的平衡偏聚理论2）非平衡偏聚理论Fe3C析出，杂质元素在其周围富集脆化4.抑制TE的措施在钢中加入适量的Mo、W等元素；减少钢中的杂质含量，特别是锑、磷、锡等；以铝脱氧或加入钒、钛等元素，以获得细小的奥氏体晶粒；高温回火后快冷：采用亚温淬火第21页/共24页本 章 总 结、回火转变过程的五个阶段；、回火后机械性能的变化；、合金元素对回火的影响（回火抗力和二次硬化）；、回火脆化（低温和高温回火脆性）；第22页/共24页本 章 习 题1、指出下列工件的淬火及回火温度，并说明其回火后获得的组织和大致的硬度：45钢小轴（要求综合机械性能）；60钢弹簧；T12钢锉2、钢的调质处理和正火处理都获得索氏体组织，性能基本相同，在生产中是否可以通用？3、回火时残余奥氏体的分解是导致冲击韧性下降的根本原因 4、高速钢淬火后为什么要经560三次回火？能否改用一次较长时间的回火5、低、中碳钢中的残余奥氏体分布在什么地方？为什么回火时残余奥氏体的分解产物对韧性是有害的？6、低碳M是否可以在淬火状态下使用？7、相同温度下回火，含碳量相同的合金钢的硬度是否大于碳钢的硬度？为什么？8、等温淬火后的下贝氏体是否需要回火?第23页/共24页感谢您的观看。第24页/共24页