钢的回火知识

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1、钢的回火知识1.回火的定义与目的钢件在淬火状态下有以下三个主要特征。（1）组织特征根据钢件尺寸、加热温度、时间、转变特征及利用的冷却方式，钢件淬火后的组织主要由马氏体或马氏体＋残余奧氏体组成，此外，还可能存在一些未溶碳化物。马氏体和残余奥氏体在室温下都处于亚稳定状态，它们都有向铁衆体加渗碳体的稳定状态转化的趋势。（2）硬度特征由碳原子引起的点阵畸变通过硬度表示出来，它随过饱和度（即含碳量)的增加而增加。淬火组织硬度、强度高，塑性、韧性低。（3）应力特征包括微观应力和宏现应力，前者与碳原子引起的点阵畸变有关，尤其是与髙碳马氏体达到最大值有关，说明淬火时马氏体处于紧张受力状态之中；后者

2、是由于淬火时横截面上形成的温差而产生的，工件表面或心部所处的应力状态是不同的，有拉应力或压应力，在工件内部保持平衡。如不及时消除淬火钢件的内应力，会引起零件的进一步变形乃至开裂。综上所述，淬火工件虽有髙硬度与髙强度，但跪性大，组织不稳定，且存在较大的淬火内应力，因此必须经过回火处理才能使用。一般来说，回火工艺是钢件淬火后必不可少的后续工艺，它也是热处理过程的最后一道工序，它賦予工件最后所需要的性能。回火是将淬火钢加热到Ac1以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。它的主要目的为：（1）合理地调整钢的硬度和强度，提高钢的韧性，使工件满足使用要求；（2）稳定组织，使工

3、件在长期使用过程中不发生组织转变，从而稳定工件的形状与尺寸；（3）降低或消除工件的淬火内应力，以减少工件的变形，并防止开裂。2.淬火钢回火时的组织转变淬火钢件回火时，按回火温度的髙低和组织转变的特征，可将钢的回火过程分为以下5个阶段。（1）马氏体中碳原子的偏聚马氏体是C在α-Fe中的过饱和间隙固溶体，C原子分布在体心立方的扁八面体间隙之中，造成了很大的弹性畸变，因此升高了马氏体的能量，使之处于不稳定的状态。在100℃以下回火时，C、N等间隙原子只能短距离扩散迁移，在晶体内部重新分布形成偏聚状态，以降低弹性应变能。对于板条马氏体，因有大量位错，C原子便偏聚于位错线附近，所以淬火钢在室

4、温附近放置时，碳原子向位错线附近偏聚。对于片状马氏体，C原子则偏聚在一定晶面上，形成薄片状偏聚区。这些偏聚区的含碳量高于马氏体的平均含碳量，为碳化物的析出创造了条件。(2)马氏体的分解当回火温度超过80℃时，马氏体将发生分解，马氏体中的碳浓度逐渐降低，晶格常数c减小，a增大，正方度c/a减小。马氏体的分解一直延续到350℃以上，在高合金钢中甚至可以延续到600℃。不同含碳量的马氏体的碳浓度随回火温度的变化规律。随着回火温度的升高，马氏体中含碳量不断降低。高碳钢的碳浓度随回火温度升髙降低很快，含碳量较低的钢中碳浓度降低较缓。马氏体的碳浓度与回火时间的关系：回火时间对马氏体中含碳量的影

5、响较小，马氏体的碳浓度在回火初期下降很快，随后趋于平缓。回火温度越高，回火初期碳浓度下降越多。片状马氏体在100〜250℃回火时，固溶于马氏体中的过饱和碳原子脱溶，沿着马氏体的一定晶面沉淀析出ε-FexC的碳化物(x≈2〜3),其晶格结构为密排六方晶格，与母相之间有共格关系，并保持一定的晶体学位向关系。含碳量低于0.2％的板条马氏体，在淬火冷却时已经发生自回火，绝大部分碳原子都偏聚到位错线附近，所以在200℃以下回火时没有ε-碳化物析出。高碳钢在350℃以下回火时，马氏体分解后形成的α相和弥散的ε-碳化物组成的复相组织称为回火马氏体。回火马氏体中的α相仍保持针状形态，由于它是两相组

6、成的，较淬火马氏体容易腐蚀，故在金相显微镜下呈黑色针状组织，与下贝氏体很相似。（3）残余奥氏体的转变淬火的中、髙碳钢，组织中总含有少量残余奥氏体，在230〜300℃温度区间回火时，残余奥氏体将发生分解，分解时遵循与过冷奥氏体分解相同的规律，转变产物为α相与碳化物，其中。α相的含碳量与同温下的回火马氏体是一致的，因此统称为回火马氏体。碳化物的粒子有所长大，但仍是很细很薄的片，并与母体保持着共格关系。残余奥氏体在更高温度(如600℃左右）恒温分解产物应是珠光体，而在这两个温度之间也有一奥氏体分解的稳定区，回火过程未能完全分解的残余奧氏体在随后的冷却过程中有可能再一次转变为马氏体，这就是

7、二次淬火现象。这对髙碳钢尤其是高合金钢的热处理工艺有很大的实际意义，生产实践中往往利用这一原理来进一步提高钢的硬度。合金元索对残余奥氏体分解的影响和对过冷奥氏体的影响基本相同。(4）碳化物的转变在250〜400℃温度区间回火时，马氏体内过饱和的碳原子几乎全部脱溶，α相的含碳量几乎已达到平衡含碳量（0.001％--0.02％)，在低温下析出的碳化物（FexC）将转变为粒状碳化物化(Fe3C)，α相在降低含碳量的同时，点阵晶格畸变开始消失。嵌镶块遂渐长大，变成多边形晶粒，