材料工程基础讲稿19

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1、4．二次硬化（secondaryhardening）现象及原因1）二次硬化现象当M中含有形成M2C及MC型碳化物元素的数量足够多时，在500℃以上回火将会析出合金碳化物。由于细小的弥散分布的合金碳化物的析出，使已经因回火温度的升高，θ碳化物的粗化而下降的硬度重新升高——二次硬化。自高碳M中析出亚稳过渡和θ碳化物时也能引起硬度升高。析出合金碳化物时引起的硬度升高，就其实质而言与亚稳碳化物的硬化效应是一样的，都是时效硬化。2）产生二次硬化的原因W18Cr4V高速钢经1280℃淬火再经不同温度回火后的硬度变化为：当回火温

2、度高于150℃时，由于θ碳化物的析出，聚集与长大，硬度不断下降。当回火温度超过300～400℃时，硬度重新回升，在550℃左右达到最高点。随回火温度的进一步升高，硬度又下降，称为过时效。产生二次硬化的原因是：随回火温度的升高θ碳化物重新溶入α基体，由于淬火钢中含有足够量的Mo、W、V、Nb、Ti、Cr等合金元素，将通过这些合金元素的富集、形核而析出在高温下较θ碳化物更为稳定的M2C及MC合金碳化物。这类碳化物呈极细丝状（直径1～3nm，长度10～30nm），与α相保持共格，引起晶格畸变，产生畸变强化；由晶格畸变诱发

3、α相中产生高密度位错，引起位错强化；同时这类M2C及MC合金碳化物弥散细小，引起α相固溶碳量升高，产生固溶强化及弥散强化。当回火温度过高时，这些极细的M2C及MC合金碳化物也会聚集粗化，使硬度下降，在回火温度－硬度曲线上出现极大值。因此，二次硬化本质上是一种共格析出的合金碳化物的弥散强化。合金碳化物越稳定细小，强化效果就越大。3）影响二次硬化的因素取决于引起二次硬化的合金碳化物的种类、数量、大小和形态。淬火钢中含有足够量的Mo、W、V、Nb、Ti、Cr等合金元素是引起二次硬化的主要因素。Cr虽然不能形成MC、M2C

4、型碳化物，故碳化铬与碳化铁一样，弥散形成时虽也能产生硬化效应，但很弱，只是在铬含量足够大时，才能显示出明显的二次硬化效应。Mo、W、V、Nb、Ti等合金元素均能形成这两种类型的碳化物，故有明显的二次硬化效应。凡能促进这两类型碳化物弥散形成的因素均能促进二次硬化效应。如Co、Ni等虽不能形成碳化物，但在含Mo、W等合金元素的钢中加入Co和Ni能促进MC、M2C型碳化物的析出，提高二次硬化效应。形变使合金中产生大量的位错等晶体缺陷，有利于MC、M2C型碳化物的析出及增加碳化物的弥散度，提高二次硬化的效应。此外，凡是能抑

5、制MC、M2C型碳化物长大的元素均能提高二次硬化的稳定性。即将过时效推向高温，如加入Nb、Ta等。等温淬火获得贝氏体在回火时也有二次硬化现象。§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

6、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，回火时为了防止脆性升高必须避开这两个温度区间，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

7、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

8、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