固态相变第九章 钢中的回火转变.ppt

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1、回火就是在淬火处理后将工件加热到低于临界点的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的一种热处理操作。回火的目的是为了获得所需要的稳定组织和性能，并消除或减少淬火内应力。钢件淬火后获得的组织主要是马氏体或马氏体加残余奥氏体，在室温下这两种组织都处于亚稳状态，并有向铁素体加碳化物的稳定状态转变的趋势。加热到某一温度并保温，将加速由亚稳状态向稳定状态的转变过程。实质上，钢在回火时所发生的马氏体分解以及二次硬化现象等也是一种过饱和固溶体的脱溶过程。淬火碳钢回火时的组织转变马氏体中碳原子偏聚（前期阶段）马氏体分解（第一阶段转变）残余奥氏体转变（第二阶段转变）碳化物析出与转变

2、（第三阶段转变）α相状态变化及碳化物聚集长大（第四阶段转变）可将淬火碳钢的回火转变按为如下几个阶段。回火过程中的各种转变，往往不是单独发生，而是相互重叠的。回火温度在80～100℃以下。在此阶段，从金相组织和硬度上都观察不到明显变化，但此时在马氏体中发生C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点阵的扁八面体间隙位置，使晶体点阵产生严重的弹性变形，加之晶体点阵中的微观缺陷较多，因此使马氏体的能量较高，处于不稳定状态。1.1马氏体中碳原子偏聚（前期阶段，亦称预备阶段或时效阶段）在室温附近，Fe及合金元素原子都难以扩散迁移，但C、N等

3、间隙原子尚能作短距离扩散。当C、N原子扩散到上述微观缺陷处后，将降低马氏体的能量。因此处于不稳定状态的淬火马氏体在室温附近，甚至在更低温度下停留时，C、N原子可以作一定距离的迁移，出现C、N原子向微观缺陷处的偏聚现象。对于板条状马氏体：板条状马氏体的亚结构为大量位错，C原子倾向于在位错线附近偏聚，形成C的偏聚区，导致马氏体弹性畸变能下降。由于马氏体中的C原子分布在正常间隙位置时比偏聚在位错线附近时的电阻率高，因此可通过测定淬火钢的电阻率变化来间接地推测C原子的偏聚行为。淬火Fe-C合金电阻率与碳含量的关系可见，以0.2％碳含量为界可以将电阻率的变化分为两个区域。碳

4、含量小于0.2％时，随马氏体中的碳含量增加，电阻率增加较慢，与完全偏聚状态（150℃回火10天）非常接近。将不同碳含量的薄片试样在真空加热后淬入冰盐水并立即移至液氮中以避免在冷却过程中析出碳化物，在-196℃测定其电阻率变化，结果如图所示。可见，以0.2％碳含量为界可以将电阻率的变化分为两个区域:碳含量小于0.2％时，随马氏体中的碳含量增加，电阻率增加较慢，与完全偏聚状态（150℃回火10天）非常接近。这表明大部分碳原子都已经偏聚于位错等晶体缺陷处，所以对电阻率的影响不大。碳含量超过0.2％时，偏聚于位错等晶体缺陷处的碳原子已经达到饱和状态，多余的碳原子只能处于无

5、缺陷晶格的扁八面体间隙位置，即处于非偏聚状态，从而导致对电阻率有较大贡献。用碳原子在晶体缺陷处偏聚的观点能够较圆满地解释碳含量小于0.2％时，马氏体不呈现正方度，为立方点阵结构，而当碳含量高于0.2％时，才可能测出正方度的现象。对于片状马氏体：片状马氏体的亚结构主要是孪晶，可被利用的低能量位错很少，因此除少量C原子可以向位错偏聚外，大量C原子可能在某些孪晶界面上富集，形成厚度和直径均小于1nm的小片状富碳区。随着马氏体中的碳含量增多，所形成的富碳区数量增多。富碳区的形成将使马氏体的电阻率以及硬度有所提高。回火温度在80～250℃之间。随着回火温度升高以及回火时间延

6、长，富集区的碳原子将发生有序化，继而转变为碳化物而析出，即马氏体发生分解。随着碳化物的析出，马氏体中的碳含量不断降低，点阵常数c减小，a增大，正方度c/a减小。1.2马氏体分解（回火第一阶段转变）2）低碳马氏体的分解马氏体分解1）高碳马氏体的分解马氏体的单相分解马氏体的双相分解当回火温度低于125℃时，α相呈现两种正方度，即由于碳化物析出，同时出现碳含量不同的两种α相：一种与未经回火的淬火高碳马氏体接近（c/a=1.062～1.054），对应于碳含量为1.4%～1.2%；另一种为低碳马氏体（c/a=1.012～l.0l3），对应于碳含量为0.27%～0.29%。1

7、）高碳马氏体的分解高碳（1.4%C）马氏体正方度和碳含量及回火温度的关系当回火温度高于125℃时，α相的正方度只有一种，即只存在一种α相，而且随回火温度升高，c/a逐渐减小，α相中碳含量逐渐降低。这表明，由于回火温度不同，碳化物析出可以有两种不同方式，即双相分解和单相分解。（1）马氏体的双相分解回火温度在125～150℃以下，马氏体以双相分解方式进行分解。此时，随着碳化物的析出，出现两种正方度不同的α相，即具有高正方度的保持原始碳含量的未分解的马氏体以及具有低正方度的碳已部分析出的α相。随着回火时间延长，即随着碳化物析出，两种α相的碳含量均不发生改变，只是高碳区愈

8、来愈少，而