金属热处理原理及工艺--回火ppt(共57页)

8.2回火回火——将淬火零件重新加热到低于临界点A1某一温度保温，使淬火亚稳组织转变为稳定的回火组织，并以适当的冷却速度冷却到室温的热处理工艺过程。回火目的：提高淬火钢塑性和韧性，降低其脆性；降低或消除淬火引起的残余应力；稳定尺寸一、回火时钢的组织转变随温度升高，淬火组织将发生五个阶段变化：•马氏体中碳原子偏聚（100℃以下）•马氏体的分解（100～250℃）产物：M回•残余奥氏体的转变（200～300℃）产物：M回（主要）+B下（微量）•碳化物析出和转变（250～400℃）产物：T回•α相状态变化及碳化物聚集长大（400℃)产物：S回一、回火时组织转变按回火温度划分如下阶段，但各阶段也不是单独发生，而是相互重叠的。1.碳原子偏聚（时效阶段）——(100℃以下)由于淬火马氏体为过饱和固溶体，组织中有大量亚结构。位错马氏体，低温下C、N原子短程扩散到位错线附近孪晶马氏体，低温下C、N原子短程扩散聚集到某一晶面（1）高碳马氏体分解a.马氏体双相分解（100～150℃）当温度低于150℃时，回火后可出现两种不同正方度的M。2.马氏体分解（100--250℃）回火温度℃回火时间acc/a碳含量(%)室温10d2.8463.021.0621.41001h2.8463.021.0621.21251h2.8462.8861.0130.291501h2.8522.8861.0120.271751h2.8572.8841.0090.212001h2.8592.8781.0060.142251h2.8612.8741.0040.082501h2.8632.8721.0030.06含碳1.4%的马氏体回火后点阵常数、正方度与含碳量的变化双相分解机制：a)在碳原子的富集区，形成碳化物核，周围碳原子的扩散促使其长大。但由于温度低，进行的仅仅是近程扩散，从而形成具有二个浓度的α相，析出的碳化物粒子也不易长大。b)在高碳区继续形成新核，随时间延长，高碳区逐渐变成低碳区，高碳区减少。c)低碳区增多，平均成分将至0.250.3%，与原始碳量、分解温度无关。b.马氏体单相分解（150--250℃）当温度高于150℃时，碳原子扩散能力加大，α相中不同浓度可通过长程扩散消除，析出的碳化物粒子可从较远处得到碳原子而长大。故在分解过程中，不再存在两种不同碳含量的α相，碳含量和正方度不断下降，当温度达300℃时，正方度c/a接近1。（1）高碳马氏体分解2.马氏体分解（100--250℃）（2）低碳及中碳马氏体的分解低碳钢及中碳钢MS点高，淬火过程中会发生碳原子偏聚及碳化物析出，这一特征称为自回火。淬火后，在150℃回火时，不再发生碳化物的析出。当回火温度高于200℃时，发生单相分解析出碳化物。中碳钢正常淬火得到板条与片状马氏体的混合组织，并有低碳、高碳马氏体特征。2.马氏体分解（100--250℃）6007005003004002001000-100-2000.20.40.60.81.01.21.41.61.82.00温度℃Wc100MsMf总之，这一阶段转变完成后，钢的组织是由有一定过饱和度的α固溶体和与其有共格关系的ε碳化物所组成的复相混合组织，称为回火马氏体(如图)。M→M回（α’＋ε-碳化物）在普通金相显微镜下，观察不出回火马氏体中的ε碳化物。回火马氏体在形态上与淬火马氏体相似，但回火马氏体易腐蚀，呈黑色组织。产物：回火马氏体。性能：保留高硬度20钢980℃淬火+200℃回火组织（400倍）T12钢1100℃淬火+200℃回火组织（400倍）M回+ArT12钢780℃淬火+200℃回火组织（400倍）M回+碳化物+Arε碳化物3.残余奥氏体分解（200--300℃）在200～300℃之间,钢中的残余奥氏体将发生分解，转变为回火马氏体或下贝氏体。其转变可用下式表示：Ar→M回或B下（α’＋碳化物）碳化物可能是ε－FexC，也可能是Fe3C。钢淬火后的残余奥氏体，与过冷奥氏体同属亚稳组织，但二者仍有不同点，如：(1)已发生的转变会对残奥氏体带来影响，如马氏体条间的残余奥氏体含碳量就大大高于平均含碳量，已转变的马氏体会使残奥处于三向压应力状态等。(2)回火过程中，马氏体将继续转变，这必然影响到残余奥氏体的转变。回火屈氏体4.碳化物的转变（250--400℃）亚稳碳化物将转变成为更加稳定的碳化物形式存在。高碳钢：MM+εM+ε+χM+ε+χ+θM+χ+θM+θ（稳定的回火屈氏体）中碳钢：MM+εM+θ（稳定的回火屈氏体）低碳钢：M位错处偏聚M+θ（稳定的回火屈氏体）产物：回火屈氏体（饱和α相＋细小粒状渗碳体）综上所述1.板条马氏体马氏体中的碳原子全部析出，在原马氏体内或晶界上析出渗碳体。α相仍保持原M的形态。2.片状马氏体ε碳化物溶解，形成χ碳化物（χ—Fe5C2），χ碳化物再转变成渗碳体。χ碳化物仍与基体保持共格关系。渗碳体与基体无共格关系。α相中的孪晶亚结构消失。这一阶段转变完成后,钢的组织由饱和的针状α相和细小粒状的渗碳体组成，这种组织称为回火屈氏体。回火屈氏体仍保持原马氏体的形态，但模糊不清。5.α相状态变化和碳化物聚集长大（400--700℃）主要发生如下变化：内应力消除：宏观区域性内应力（工件内外），550℃全部消除；微观区域性内应力（晶粒之间），500℃基本消除；晶格弹性畸变应力（碳过饱和），ε转变完即消除。回复与再结晶：回火使亚结构（位错、孪晶）消失；板条和片状马氏体特征保留（回复）、消失（再结晶）。碳化物聚集长大：原棒状、片状、粒状渗碳体消失、溶解，并逐渐球化长大，越来越粗大。产物：等轴状铁素体＋均匀的球状碳化物——回火索氏体。回火索氏体回火组织（M回、T回、S回）比较回火组织（M回、T回、S回）比较T8钢的回火组织（M回、T回、S回）问题：1、回火组织M回、T回、S回的性能有何差别？2、T回与T、S回与S，在组织和性能上有何差别？二、回火组织机械性能回火组织机械性能取决于回火组织硬度强度碳钢淬火后回火时的力学性能的变化总结钢在回火时力学性能变化如下：（1）硬度：回火时硬度变化的总趋势是随回火温度的升高而下降但低、中碳钢在250℃以下回火硬度下降不多，高碳钢在100℃回火时硬度略有上升，出现一个峰值。250℃以上回火硬度持续下降。（2）强度和塑性：回火时强度变化的趋势是随回火温度的升高，强度（σb、σs、SK）不断下降，塑性（δ、ψ）不断升高。但低温回火时强度略有上升，塑性基本不变。弹性极限σe在300～400℃有一峰值。（3）韧性：回火时韧性变化的趋势是随回火温度的升高，韧性升高，但合金钢的韧性升高是不连续的，在T-aK和T-KIC曲线上出现两个谷值，即回火脆性。（4）高碳钢淬火裂纹：回火时可发生自动“焊合”，消除或减少裂纹。随温度升高，淬火组织将发生五个阶段变化：•马氏体中碳原子偏聚（100℃以下）•马氏体的分解（100～250℃）产物：M回•残余奥氏体的转变（200～300℃）产物：M回（主要）+B下（微量）•碳化物析出和转变（250～400℃）产物：T回•α相状态变化及碳化物聚集长大（400℃)产物：S回三、合金元素对回火的影响合金元素对钢回火时组织转变的影响表现在：1.延缓钢的软化，提高钢的回火抗力；2.引起二次硬化现象；3.影响钢的回火脆性。1、提高钢的回火抗力1.提高钢的回火抗力Me对低温回火的影响较小中、高温下，Me阻碍碳的扩散，显著提高了马氏体的分解温度。Me可阻止碳化物长大和F等轴化，延缓了硬度的下降。发生二次淬火现象。某些高合金钢（如高速钢）中的Ar十分稳定，在回火加热时Ar发生部分分解，导致Ar稳定性下降，在随后的快速冷却过程中剩余的Ar转变为马氏体，使钢的硬度有较大提高，这种现象称为二次淬火。2、引起二次硬化定义：某些淬火钢在500～650℃回火后硬度又增加的现象。本质：合金碳化物的弥散强化意义：红硬性、高温强度Mo钢中碳化物在550℃时产生二次硬化。高速钢三次560℃回火，在560℃回火时,产生二次硬化合金钢回火时碳化物析出序列四、回火脆性在某些温度区间回火时，钢的韧性显著下降的现象。第一类（低温）回火脆性:是指淬火钢在250-400℃回火时出现的脆性。特征:不可逆；与冷速无关，与回火时间无关。当出现了第一类回火脆性后，再加热到较高温度回火，可将脆性消除；如再在此温度范围回火，就不会出现这种脆性。故称之为不可逆回火脆性。只要在此温度范围内回火就会出现脆性，目前尚无有效消除办法。除弹簧钢之外，其它零件淬火后应避免在250〜400℃回火。第二类（高温）回火脆性：（450〜650℃）是指淬火钢在450-650℃范围内回火后缓冷时出现的脆性。回火后快冷不出现。多发生在含Cr、Ni、Mn、Si等元素的合金钢中，特征:可逆性，与冷速有关（快冷不产生），与回火时间有关（回火时间、脆性增加），预防措施：（1）高温回火后，在水中快速冷却。一般适用于较小截面的零件。（2）加入降低回火脆性倾向的元素Mo或W。适用大截面零件或合金钢(如Cr-Ni钢等)。影响因素：成分，碳钢一般不出现五、回火工艺包括：加热温度保温时间冷却方法回火方法回火温度的确定1、低温回火回火温度：150~250℃组织转变：从马氏体中析出细片状-碳化物；AR分解为-碳化物＋低碳M。这种在马氏体基体上分布着细片状碳化物的组织称为回火马氏体，用M回表示。目的：保留淬火后高硬度、高耐磨性的同时，降低内应力，提高韧性。用途：处理各种工具、模具、量具、轴承（高碳、高碳高合金钢）及经渗碳（氮）和表面淬火的工件。2、中温回火回火温度：350-500℃组织转变：-碳化物转变为Fe3C。到350℃,马氏体中的含碳量已降到铁素体的平衡成分，内应力大量消除。回火屈氏体M回转变为在保持马氏体形态的铁素体基体上分布着细粒状Fe3C的组织，称为回火屈氏体，用T回表示。回火屈氏体组织具有较高的弹性极限和屈服极限，并具有一定的韧性，硬度一般为35~45HRC。主要用于各类弹簧的热处理。汽车板簧热卷弹簧回火索氏体3、高温回火回火温度：500-650℃组织转变：Fe3C发生聚集长大，铁素体发生多边形化。这种在多边形铁素体基体上分布着颗粒状Fe3C的组织称回火索氏体，用S回表示。回火索氏体组织具有良好的综合力学性能，即在保持较高的强度同时，具有良好的塑性和韧性。通常把淬火＋高温回火的热处理工艺称作“调质处理”，简称“调质”。调质广泛用于连杆、轴、齿轮等各种重要结构件的处理。也可作为精密零件、量具等的预备热处理。柴油机连杆具有二次硬化效应的高合金钢，采用高温回火来获得高硬度、高耐磨性和红硬性。但必须与恰当的淬火工艺配合。高温回火还需进行一次低温回火，以消除二次淬火马氏体回火时间冷却方式：回火后通常在空气中冷却。对于第二类回火脆性倾向大的合金钢，中、高温回火后需快冷（水或油冷）用途组织性能温度(℃)名称耐磨件回火马氏体高硬度58～64HRC150～250低温回火弹簧等回火屈氏体高弹性35～45HRC350～500中温回火调质件回火索氏体良好综合力学性能500～650高温回火淬火+高温回火=调质处理调质处理用于各种重要结构零件，如轴、连杆等回火方法普通回火局部回火电热回火自回火带温回火6、回火转变产物与过冷A分解产物的区别回火转变产物与过冷奥氏体分解产物的（在组织、性能等方面的）区别：1.回火马氏体、下贝氏体、马氏体2.回火索氏体、索氏体3.屈氏体、回火屈氏体4.粒状珠光体、回火索氏体5.回火马氏体、回火屈氏体、回火索氏体（来源、组织形态和结构、性能）回火索氏体和索氏体在组织和性能上的差别回火索氏体综合力学性能优于索氏体回火马氏体和下贝氏体在性能上的差别下贝综合性能优于回火马氏体7、回火缺陷硬度不合格韧性过低本章小结1、掌握淬火温度的确定原则2、熟悉常见的淬火冷却方法。3、有物态变化冷却介质的冷却机理，熟悉常见冷却介质4、掌握淬透性、淬硬性的概念，掌握淬透性曲线的分析方法5、淬火时的主要缺陷，产生缺陷的原因及预防的方法。6