材料工程基础讲稿20

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1、§7－4回火脆性在回火对钢的力学性能的影响中，最复杂、也最有兴趣的是对韧性的影响，与强度和塑性的变化不同，随着回火温度的提高，强度与硬度降低，但冲击韧性和断裂韧性并不是单调地升高，而是可能出现两个马鞍形，回火时这种韧性降低的现象称为回火脆。在200～350℃出现的——回火M脆性（Temperedmartensiteembrittlement,TME，第一类回火脆性、不可逆回火脆性、低温回火脆性）。在400～650℃出现的——回火脆性（Temperembrittlement,TE,第二类回火脆性、可逆回火脆性、高温

2、回火脆性）。由于回火脆性的存在，使可供选择的回火温度受到了限制，因回火时为了防止脆性升高必须避开这两个温度区间。这就给调整力学性能带来了困难。为克服这一困难，已对回火脆性进行了长时间的研究，但是到目前为止还没有找到彻底消除这两种回火脆性的有效办法。1．M回火脆性1）M回火脆性的主要特征及影响因素在200～350℃回火出现了M回火脆性后，再加热到更高温度回火→脆性消除，使冲击韧性重新升高。此时若再在200～350℃范围内回火不出现脆性——不可逆的。几乎所有钢均存在M回火脆性。回火M脆性降低室温冲击韧性，使韧脆转折温

3、度50％FATT升高，断裂韧性K1c下降。如Fe-0.28C-0.64Mn-4.82Mo钢经225℃回火后K1c为117MN/m3/2,而经300℃回火后由于出现了M回火脆性，使K1c降至73MN/m3/2。出现M回火脆性时大多为沿晶断裂，但也有少数为穿晶断裂。影响M回火脆性的因素主要为成分。钢中元素按其作用分为三类：①有害杂质元素：S、P、As、Sn、Sb、Cu、N、H、O等将导致出现回火M脆性。不含这些杂质元素的高纯钢则没有或能减轻回火M脆性。②促进回火M脆性的元素：属于这一类有Mn、Si、Cr、Ni等促进回

4、火M脆性的发展。有的元素单独存在时影响不大，如Ni。但当Ni与Si同时存在时则促进回火M脆性的发展。部分合金元素还能将M回火脆性推向较高的温度，如Cr与Si。③减轻回火M脆性的合金元素：Mo、W、Ti、Al等使回火M脆性减弱。在这几种合金元素中以Mo的作用最显著。除化学成分的作用外，影响回火M脆性的因素还有A晶粒大小以及残余A量的多少。A晶粒愈细，回火M脆性愈弱；残余A量愈多则愈严重。2）回火M脆性形成机理残余A分解导致回火M脆性Thomas等用透射电镜和电子衍射研究了低、中碳钢的残余A分解后发现，产生TME时，

5、总是伴随着残余A的分解，在A板条间产生渗碳体薄膜，正是这种Fe3C薄膜导致了TME。由于一般低、中碳钢淬火后主要形成板条M，残余A则存在于板条M之间，因此分解而成的Fe3C也处于板条之间，其所造成的断裂对于M而言是沿晶断裂，而对于原A而言则是穿晶断裂。如果M板条间残余A是稳定的，将改善钢的韧性。如果回火时分解出碳化物，则将降低韧性。有研究指出，某些合金结构钢板条间的残余A在回火温度范围内回火时，也不一定全部分解，余下部分在随后的受力过程中还可能进一步增加脆性。杂质元素在原A晶界偏聚导致回火M脆性即在A化时杂质元素

6、P、S等将偏聚在晶界。杂质元素的偏聚引起晶界弱化而导致沿晶断裂。杂质元素在奥氏体晶界偏聚已用俄歇电子谱仪及离子探针证实。第二类元素能够促进杂质元素在A晶界偏聚，故能促进回火M脆性的发展。第三类合金元素阻止杂质元素在A晶界偏聚，故能抑制回火M脆性。由于采用了俄歇电子谱仪及离子探针等证实了杂质元素在奥氏体晶界的偏聚而使晶界弱化，引起回火马氏体脆性。但晶界偏聚理论的困难在于偏聚是在奥氏体化过程时，而不是在200～350℃之间回火形成的，为什么这一偏聚仅仅在200～350℃回火后使脆性增加。这就产生了以上述两种观点综合而

7、来的第三种观点。杂质偏聚与残余A分解共同导致回火M脆性杂质元素在A晶界偏聚降低了晶界强度，而碳化物薄膜在板条M条界及A晶界的形成又进一步降低了A晶界强度，故使经200～350℃回火后的断裂易于沿原A晶界发生。如果断裂不是沿晶而是穿晶解理，则可以认为此时沿原A晶界的偏聚不严重且沿晶内某晶面有碳化物析出，如在{112}α面上析出χ及θ碳化物，故断裂沿晶内碳化物薄膜发生。3）消除回火M脆性的措施降低钢中杂质含量；用Al脱氧或加入Nb、V、Ti等元素细化A晶粒；加入Mo、W等能减轻M回火脆性的合金元素；加入Cr、Si等以

8、调整发生M回火脆性的温度范围，使之避开所需的回火温度；采用等温淬火代替淬火加低、中温回火。2．回火脆性某些成分的中碳合金结构钢在450～650℃回火较长时间或回火后慢冷通过这个温度区间时会变脆，这种现象称为回火脆性。1）特点①断口通常是沿原A晶界的沿晶断裂。②在回火脆性区回火时脆化程度对时间有显著的依赖性。③具有可逆性，即如果钢先在较高温度回火并快冷，没有产生脆性，如果再