钢的热处理_钢的热处理工艺

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1、钢的热处理钢的热处理工艺§１钢的回火回火的定义：把淬火钢件加热到低于A1温度，保温一定时间后以适当方式冷却到室温的热处理工艺。回火的目的：减小淬火工件的内应力，降低脆性，提高塑性、韧性和组织稳定性，以获得强度与韧性良好配合的最佳使用性能。对某些含氢量比较高的钢，回火还能起到除氢、减少氢脆的作用。一、回火过程中钢的组织状态变化１．马氏体的分解与碳化物的形成碳原子在稳定较低时在位错处偏聚，降低能量。大多数低碳钢（＜0.2%C）在淬火时就发生碳原子的偏聚。大于0.2%C的碳素钢，一部分碳原子偏聚在位错处，剩余原子占据间隙位置，马氏体显示出正方性。２．马氏体分解和

2、ε碳化物的形成大于0.2%C的钢在20～150℃回火，从马氏体中析出ε碳化物。ε碳化物：密排六方晶体结构，比Fe3C碳含量高，与α相保持共格关系，(011)M∥(0001)ε，[101]M∥[1011]ε。回火马氏体：马氏体在250℃以下温度回火时，分解为低碳马氏体和ε碳化物的混合物，称为回火马氏体。回火马氏体－马氏体及其中析出的ε碳化物３．渗碳体的析出、球化与聚集长大约在250℃以上，ε碳化物向渗碳体转变，结果ε碳化物消失，渗碳体形成。ε碳化物颗粒逐渐溶入到α相中消失，渗碳体形成，有放热现象。有人认为ε碳化物的溶解和渗碳体的析出在同一地点形成（渗碳体就地

3、形核）。碳化物形成元素推迟ε碳化物向渗碳体的转化，使ε碳化物存在于更高的温度。在450℃以上温度回火时，含Ti、Nb、V、Mo、Cr的钢在马氏体的基体上形成碳化物，起弥散强化作用，有时引起二次硬化。４．α相的回复与再结晶回复：400℃渗碳体开始球化，铁素体胞状结构的边界和亚晶粒内部的位错密度急剧降低，点阵畸变开始消失，亚晶粒逐渐长大变成多边晶粒。再结晶：600℃以上温度，铁素体由细小的晶粒长成为较大的等轴晶粒。碳化物也聚集长大。二、钢中残余奥氏体的转变对碳素钢来说，在通常回火条件下，残余奥氏体转变为下贝氏体或回火马氏体。残余奥氏体回火时，转变的产物随回火温

4、度的不同而异。在珠光体形成温度范围内，从残余奥氏体中可以析出先共析相，随后分解为珠光体。在贝氏体的形成温度内，残余奥氏体转变为贝氏体。回火脆性的概念：有些钢在某些温度范围内回火时，其冲击韧性比在较低温度回火时反而显著降低，这种脆化现象称为回火脆性。回火脆性可分为低温回火脆性和高温回火脆性。三、钢的回火脆性及其本质１．低温回火脆性碳钢和低合金钢在250~400℃回火时出现的脆性称为低温回火脆性，或第一类回火脆性。几乎所用淬火后形成马氏体组织的碳钢及合金钢，在300℃左右温度回火时都会或多或少地发生这种脆性。特点：在此温度范围内回火，无论采用何种回火方法或回火

5、后采用何种冷却速度，都不可避免地使韧性降低。如果将这种已经产生脆性的工件在更高一些温度回火后，其脆性将消失。在置于300℃左右温度重新回火时，脆性不再重复出现。不同含碳量钢的冲击韧性随回火温度变化关系低温回火脆性产生的原因回火脆性的机理目前不十分清楚。以往大多认为，低温回火脆性是韧性较高的残余奥氏体转变为脆性较大的马氏体造成的。另一种观点认为，在低碳和中碳钢内，由于原奥氏体晶界在高温加热时溶有氮、碳和氧，低温回火时这些元素以化合物的形式析出，使脆性增大。目前大多认为，低温回火脆性可能与马氏体分解初期析出的渗碳体具有特殊的形态有关。影响低温回火脆性的因素及消

6、除方法钢的碳含量越高，脆化的程度越严重。合金元素一般都不能抑制第一类回火脆性，但可改变脆性产生的温度范围。目前无有效方法消除低温回火脆性。（１）尽量避免在这一温度范围内回火是最好方法；（２）用快速加热回火的方法可以减小脆性；（３）用等温淬火的方法代替淬火；（４）Ti、Al、B等元素对低温回火脆性有一定的抑制作用。２．高温回火脆性（第二类回火脆性）概念：钢在450~550℃或更高温度（650℃左右）回火时出现的脆性，称为高温回火脆性或第二类回火脆性。特点：在上述温度范围内回火，如果快速冷却（水冷或油冷），韧性并不降低；反之，慢冷（空冷或炉冷）则韧性显著下降，

7、冷却越慢，韧性降低的越显著。一般都是沿晶断裂。高温回火脆性产生的原因迄今无一致看法。（１）α相中的氮、碳和氧，低温回火时这些元素以化合物的形式沿晶界析出，使脆性增大。（２）碳化物从α相中析出导致体积变化，从而在原来的奥氏体晶界产生应力集中引起。（３）晶界富集和偏析理论。合金元素或微量的的杂质元素（P、Sb、Sn、As）偏聚到原来的奥氏体晶界上，减弱了原奥氏体晶界上原子间的结合力，使钢变脆。防止和消除高温回火脆性的方法（１）两次淬火法，第一次在正常的Ac3点以上温度淬火，第二次是在Ac1～Ac3之间不完全淬火；（２）变形热处理，高温锻、轧后立即进行热处理；（

8、３）细化奥氏体晶粒；（４）快速加热回火；（５）缩短产生回火脆性温度