第六章 淬火钢回火时的转变淬火钢回火时的转变淬火后得到的是淬火后得到的是亚稳组织马氏体与残余奥亚稳组织马氏体与残余奥氏体氏体。将淬火零件重新加热到低于临界点。将淬火零件重新加热到低于临界点某一温度保温，亚稳组织将发生转变，这某一温度保温，亚稳组织将发生转变，这一处理称为一处理称为回火回火。回火目的：可使组织转。回火目的：可使组织转变，性能改变，内应力消除。回火时的转变，性能改变，内应力消除。回火时的转变称为回火转变。变称为回火转变。1淬火高碳钢回火时的组织转变和物理性能淬火高碳钢回火时的组织转变和物理性能的变化的变化阶段段温度温度长度度比比热硬硬 度度最最终组织时效效阶段段80变化化不不大大第一第一阶段段80170收收缩放放热回火回火马氏体氏体第二第二阶段段250300膨膨胀显著放著放热稍稍许硬硬化化回火回火马氏体氏体第三第三阶段段270400收收缩放放热软化化 回火屈氏体，回火屈氏体，第四第四阶段段400以以上上收收缩放放热软化化回火索氏体回火索氏体236-1淬火钢在回火时的组织转变淬火钢在回火时的组织转变(1)马氏体转变，发生于马氏体转变，发生于100 350,基体基体C%，C/A，体，体积缩小小；(2)残余奥氏体转变，发生于残余奥氏体转变，发生于200 300，属于低温属于低温回火，体积增大，得到回火马氏体；回火，体积增大，得到回火马氏体；(3)碳化物转变，碳化物转变，()，发生于发生于 400，属于中温回，属于中温回火，体积缩小，火，体积缩小，MT。得到回火屈氏体。得到回火屈氏体(T)；(4)相回复再结晶，碳化物聚集长大，发生于相回复再结晶，碳化物聚集长大，发生于400 550，属于高温回火，得到回火索氏体，属于高温回火，得到回火索氏体(S)。这四个过程的温度不能截然分开这四个过程的温度不能截然分开4一、马氏体的分解一、马氏体的分解1.马氏体中碳原子的偏聚马氏体中碳原子的偏聚马氏体是碳在马氏体是碳在-Fe中的过饱和固溶体，存在于体心立中的过饱和固溶体，存在于体心立方扁八面体中的碳原子将使晶体点阵产生严重畸变，使马方扁八面体中的碳原子将使晶体点阵产生严重畸变，使马氏体处于不稳定状态。为了降低能量，在氏体处于不稳定状态。为了降低能量，在100左右，碳左右，碳原子就偏聚于位错或孪晶界面，或板条界，形成微小的碳原子就偏聚于位错或孪晶界面，或板条界，形成微小的碳的富集区。的富集区。例例1.计算得到在计算得到在230时，碳原子扩散时，碳原子扩散0.2nm，约需，约需20s(微秒微秒)，如钢的，如钢的MS高，则在淬火过程中就能发生扩高，则在淬火过程中就能发生扩散。散。例例2.含碳含碳0.21%的的Fe-C合金，奥氏体化后淬火，合金，奥氏体化后淬火，150回回火火10分钟，用原子探针测得分钟，用原子探针测得基体含碳基体含碳0.03%，而板条马，而板条马氏体的条界碳含量为氏体的条界碳含量为0.42%，说明淬火或回火过程中，碳，说明淬火或回火过程中，碳偏聚于板条。偏聚于板条。52.马氏体的分解马氏体的分解此过程发生在温度高于此过程发生在温度高于100时，随回火温时，随回火温度的升高及时间的延长，富集区的碳原子发生有度的升高及时间的延长，富集区的碳原子发生有序化然后转变为碳化物。随碳化物的析出，马氏序化然后转变为碳化物。随碳化物的析出，马氏体的含碳量不断减少，正方度体的含碳量不断减少，正方度c/a不断下降，马不断下降，马氏体的分解有两种氏体的分解有两种(即双相分解和单相分解即双相分解和单相分解)。1）高碳马氏体分解）高碳马氏体分解(1)双相分解双相分解当温度低于当温度低于125时，回火后可出现两种不同时，回火后可出现两种不同的正方度。的正方度。6含含C1.4%的马氏体回火后点阵常数、正方度与含碳量的变化的马氏体回火后点阵常数、正方度与含碳量的变化回火温度回火温度回火时间回火时间a (埃埃)c (埃埃)c / a碳含量碳含量(%)室室 温温10 y2.8462.880,3.021.012,1.0620.27，1.41001 h2.8462.882,3.021.013,1.0540.29，1.21251 h2.8462.8861.0130.291501 h2.8522.8861.0120.271751 h2.8572.8841.0090.212001 h2.8592.8781.0060.142251 h2.8612.8721.0040.082501 h2.8632.8701.0030.067双相分解机制双相分解机制：a)在碳原子的富集区，形成碳化物核，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。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程扩散，从而形成具有二个浓度的的，析出的碳化物粒子也不易，析出的碳化物粒子也不易长大。长大。b)在高碳区继续形成新核，随时间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，延长，高碳区逐渐变成低碳区，高碳区减少。高碳区减少。c)低碳区增多，其平均成分将至低碳区增多，其平均成分将至0.25 0.3%，与原始碳量、分解，与原始碳量、分解温度无关。温度无关。 8(2)单相分解单相分解当温度高于当温度高于150时，碳原子扩散能力加大，时，碳原子扩散能力加大，-Fe中不同浓度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长大。故在分解过程中，不再存在两种不同碳含量的相，碳含量相，碳含量和正方度不断下降，当温度达和正方度不断下降，当温度达300时，正方度时，正方度c/a接近接近1。2.）低碳及中碳马氏体的分解）低碳及中碳马氏体的分解低碳钢中低碳钢中MS点高，淬火过程中会发生碳原子偏聚及碳化物析出，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，在这一特征称为自回火。淬火后，在150回火时，不再发生碳化物回火时，不再发生碳化物的析出。当回火温度高于的析出。当回火温度高于200时，发生单相分解析出碳化物。中时，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。马氏体特征。马氏体分解的产物称为回火马氏体马氏体分解的产物称为回火马氏体M（低过饱和度的（低过饱和度的F+（）-K亚稳态）亚稳态） 9二二. .残余残余A A的转变的转变残余残余A于于200C分解，至分解，至300C基本结束，残基本结束，残余余A分解成分解成为为碳化物和过饱和碳化物和过饱和，但组织仍是回，但组织仍是回火马氏体（或火马氏体（或下贝氏体），在回火第二阶段中，下贝氏体），在回火第二阶段中，残余残余A转变为转变为回火马氏体回火马氏体的同时，的同时，M还在继续分还在继续分解，解，M的继续分解会使钢的硬度降低，但由于残的继续分解会使钢的硬度降低，但由于残余余A转变成下贝氏体或回火转变成下贝氏体或回火M，因此钢的硬度并，因此钢的硬度并没有明显降低，但淬火内应力进一步减小。没有明显降低，但淬火内应力进一步减小。10三、碳化物的析出、转变及聚集长大三、碳化物的析出、转变及聚集长大1.高碳马氏体中碳化物的析出高碳马氏体中碳化物的析出(1).高碳马氏体经双、单相分解、析出亚稳碳化高碳马氏体经双、单相分解、析出亚稳碳化物：物：六方六方(或正交或正交)，结构式为，结构式为FeXC，x=2-3,惯习面惯习面100 。马氏体分解的反应式可写成马氏体分解的反应式可写成MM(+亚稳碳亚稳碳化物化物)。11碳化物：碳化物：l-FeXC，x=2-3,惯习面惯习面100 l-Fe5C2，复杂斜方点阵，惯习面，复杂斜方点阵，惯习面112 l-Fe3C),正交点阵，惯习面正交点阵，惯习面112 （或（或10012三、碳化物的析出、转变及聚集长大三、碳化物的析出、转变及聚集长大在在M分解之后，分解之后，K的转变是否一定依稳定性的变化，即的转变是否一定依稳定性的变化，即-Kx-KFe3C一般说，钢中一般说，钢中K的转变序列可能是：的转变序列可能是：MF+-FexCF+x-Fe5C2+-FexCF+Fe3C+x-Fe5C2+-FexCF+Fe3C+x-Fe5C2F+Fe3C上述五种上述五种K转变序列，到底以哪种进行，主要取决于转变序列，到底以哪种进行，主要取决于C%、回火温度和时间。回火温度和时间。13三、碳化物的析出、转变及聚集长大三、碳化物的析出、转变及聚集长大C%的影响：的影响：随随C%下降，淬火钢回火时，下降，淬火钢回火时，K的转变序列愈简单，析的转变序列愈简单，析出出K稳定性更高。稳定性更高。低碳钢：低碳钢：C%小于小于0.2%，主要是，主要是Fe3C。自回火形成。自回火形成Fe3C，淬火冷，淬火冷至至200之前，先形成的之前，先形成的M中就有中就有Fe3C析出。淬火且回火：温度析出。淬火且回火：温度高于高于200时，时，M单相分解析出单相分解析出Fe3C。中碳钢：中碳钢：C%在在0.2-0.6%时，时，M-KFe3C，而无，而无x-Fe5C2出现。出现。如果有孪晶如果有孪晶M，则与高碳，则与高碳M相同。相同。高碳钢：高碳钢：C%大于大于0.6%，M-Kx-Fe5C2Fe3C，那么，在高碳钢中，是不是完全是这样一个序列，这主要取决于那么，在高碳钢中，是不是完全是这样一个序列，这主要取决于回火温度和时间，回火温度高、时间长易析出稳定性高的回火温度和时间，回火温度高、时间长易析出稳定性高的K。14(2)碳化物转变方式碳化物转变方式(a)原位转变原位转变原碳化物发生成分、点阵改组，原碳化物发生成分、点阵改组，新、旧相具有相同析出位置与惯习面。如新、旧相具有相同析出位置与惯习面。如的转变。的转变。(b)独立转变独立转变新相重新形核、长大，使马氏体新相重新形核、长大，使马氏体中含碳量降低，为维持平衡，细小的旧相溶解，中含碳量降低，为维持平衡，细小的旧相溶解，如如()或或。()均匀分布在均匀分布在基体，惯习基体，惯习面为面为100，与与集中于集中于M内孪晶面，内孪晶面，惯习惯习面为面为112。152. 低碳马氏体中碳化物析出低碳马氏体中碳化物析出当碳含量低于当碳含量低于0.2%时，在时，在200以下回火，仅发生碳偏以下回火，仅发生碳偏聚；在聚；在200以上回火以及淬成马氏体过程中的自回火，以上回火以及淬成马氏体过程中的自回火，均析出稳定的均析出稳定的碳化物碳化物。回火时，在板条内位错缠结处析。回火时，在板条内位错缠结处析出细针状碳化物，沿板条界析出薄片状碳化物。温度升出细针状碳化物，沿板条界析出薄片状碳化物。温度升高后，条内碳化物就溶解而使条间碳化物长大。温度达高后，条内碳化物就溶解而使条间碳化物长大。温度达到到500以上时，条内碳化物已消失，仅剩下较粗大的以上时，条内碳化物已消失，仅剩下较粗大的条间碳化物。条间碳化物。3.中碳马氏体碳化物的析出中碳马氏体碳化物的析出对孪晶马氏体，当温度高于对孪晶马氏体，当温度高于200时，由亚稳时，由亚稳()，无，无相出现，对位错马氏体，当温度高于相出现，对位错马氏体，当温度高于200时，在时，在位错线上直接析出位错线上直接析出，或经自回火析出；温度高时，碳化，或经自回火析出；温度高时，碳化物向板条界转移。物向板条界转移。16合金元素对合金元素对K析出的影响析出的影响l对对-KFe3C转变的影响转变的影响:提高转变温度提高转变温度l合金合金K的形成的形成形成合金形成合金K的条件的条件a.含强含强K形成元素形成元素W、Mo、V、Ti、Nb、Zr、Cr等，等，由于这些元素和由于这些元素和C的亲合力较强，故有条件形成合金的亲合力较强，故有条件形成合金K。b.合金元素必须具有足够的活动能力，因为要形成合金合金元素必须具有足够的活动能力，因为要形成合金K，除了，除了C必须扩散外，合金元素必须能扩散，故形成必须扩散外，合金元素必须能扩散，故形成合金合金K，其回火温度要高于，其回火温度要高于500。l合金合金K的形核部位：原位、独立的形核部位：原位、独立17合金元素对合金元素对K析出的影响析出的影响184. 碳化物聚集长大碳化物聚集长大胶态平衡理论解释：第二相粒子在固溶体中的溶解度胶态平衡理论解释：第二相粒子在固溶体中的溶解度与其半径有关，与其半径有关，即：即：ln(Cr/C)=2(M/RTr)其中，其中，Cr为第二相粒子半径为为第二相粒子半径为r时的溶解度；时的溶解度；C为第二相粒子半径为为第二相粒子半径为时的溶解度，即为平板时的溶解度；时的溶解度，即为平板时的溶解度；M为第二相分子量；为第二相分子量；R为气体常数；为气体常数；T为绝对温度；为绝对温度；为第二相密度；为第二相密度；r为小粒子的半径；为小粒子的半径；为单位面积界面能。为单位面积界面能。(1)片、杆状的第二相粒子，各处的曲率半径不同，小片、杆状的第二相粒子，各处的曲率半径不同，小半径处易于溶解，而使片、杆断开，并进一步球化。半径处易于溶解，而使片、杆断开，并进一步球化。(2)小粒子溶解，大粒子长大。小粒子溶解，大粒子长大。19四、四、相状态的变化相状态的变化1.淬火时淬火时，由于马氏体转变引起，由于马氏体转变引起晶内缺陷增加，表面与中心的温晶内缺陷增加，表面与中心的温差造成热应力与组织应力引起的差造成热应力与组织应力引起的塑性变形，均会引起各种内应力塑性变形，均会引起各种内应力的增加。这些内应力，一般可分的增加。这些内应力，一般可分解为三类：解为三类：(1)第第I类内应力，存在于宏观范类内应力，存在于宏观范围，如表面与心部之间，可造成围，如表面与心部之间，可造成变形与开裂。经变形与开裂。经550回火，第回火，第I类内应力可基本消除。类内应力可基本消除。20第第II类内应力类内应力(2)第第II类内应力，存在于晶粒间，可用类内应力，存在于晶粒间，可用a/a来表示其大小，按性质又可分为三来表示其大小，按性质又可分为三种类型：种类型：(a)存在于马氏体片之间，来源于淬火存在于马氏体片之间，来源于淬火时的畸变，到时的畸变，到300以上时，因碳的析出以上时，因碳的析出而大大减小。可见图中曲线而大大减小。可见图中曲线2。(b)析出的析出的()碳化物与基体共格，造碳化物与基体共格，造成与基体间的应力，但在成与基体间的应力，但在()内消除。内消除。其与温度的关系，可见图中曲线其与温度的关系，可见图中曲线3。(c)因因碳化物的析出而造成的与基体间碳化物的析出而造成的与基体间的应力、与温度的关系可见图中曲线的应力、与温度的关系可见图中曲线4。这三种第这三种第II类内应力综合作用的效果可见类内应力综合作用的效果可见曲线曲线1。21第第III类内应力类内应力(3)第第III类内应力，存在于晶胞内。当温度升高后，碳原类内应力，存在于晶胞内。当温度升高后，碳原子析出使晶胞畸变下降。在子析出使晶胞畸变下降。在300以上时，碳钢中的第以上时，碳钢中的第III类应力可基本消除。类应力可基本消除。2 2 回复与再结晶回复与再结晶在在400以上时，开始回复。即板条界的位错通过攀移、以上时，开始回复。即板条界的位错通过攀移、滑移而消失。位错密度下降，板条合并、变宽。当亚结滑移而消失。位错密度下降，板条合并、变宽。当亚结构为孪晶时，经构为孪晶时，经400回火后也消失，但片状特征仍存回火后也消失，但片状特征仍存在。在在。在600以上时，开始再结晶，位错密度低的板条以上时，开始再结晶，位错密度低的板条块长大成等轴块长大成等轴晶粒，颗粒状碳化物分布在其基体上。这晶粒，颗粒状碳化物分布在其基体上。这种组织成为种组织成为回火索氏体回火索氏体S。孪晶马氏体经此温度回火，。孪晶马氏体经此温度回火，片状特征也消除，得到回火索氏体。片状特征也消除，得到回火索氏体。22含含0.18%C马氏体经马氏体经600回火回火10min后的显微组织后的显微组织(a)光学金相照片光学金相照片1000(b)TEM照片照片2000023含含0.18%C马氏体经马氏体经600回火回火96h后的显微组织后的显微组织1000含含0.4%C马氏体经马氏体经705回火回火24h后的显微组织后的显微组织500 24回火后的组织回火后的组织所以，淬火碳钢在不同温度回火，可得到不同的所以，淬火碳钢在不同温度回火，可得到不同的组织组织：300回火，得到回火，得到+碳化物碳化物(，)，即，即回火回火马氏体马氏体(碳化物存在于板条或片内碳化物存在于板条或片内)，记作，记作M；300-500回火，得到回火，得到（0.25%C）+-K，即，即回回火屈氏体火屈氏体(细小碳化物及针状细小碳化物及针状)，记作记作T600回火，得到平衡态等轴回火，得到平衡态等轴+，即，即回火索氏回火索氏体体(等轴等轴+细粒碳化物细粒碳化物)，记作，记作S。25261回火组织回火组织组织本质组织本质主要性能特点主要性能特点回火马氏体回火马氏体碳在碳在-Fe-Fe中的中的过饱和固溶体与过饱和固溶体与弥散的弥散的碳化物碳化物组成的复相组织组成的复相组织保持保持M M的高硬度和耐磨性，但脆性有的高硬度和耐磨性，但脆性有所降低所降低回火屈氏体回火屈氏体保持马氏体形态保持马氏体形态的铁素体与细粒的铁素体与细粒状渗碳体的复相状渗碳体的复相组织组织高的弹性极限，较高的屈服强度高的弹性极限，较高的屈服强度回火索氏体回火索氏体多边形（或等轴）多边形（或等轴）铁素体和粒状渗铁素体和粒状渗碳体的复相组织碳体的复相组织良好的综合力学性能良好的综合力学性能27五、合金元素对回火转变的影响五、合金元素对回火转变的影响28合金元素对马氏体转变的影响合金元素对马氏体转变的影响l强强K形成元素：形成元素：Cr、Mo、W、V、Ti使使M单相单相分解速度降低。分解速度降低。l非碳化物形成元素：非碳化物形成元素：Si、Co也使也使M分解减慢。分解减慢。l非碳化物形成元素非碳化物形成元素Ni及弱碳化物形成元素及弱碳化物形成元素Mn与与C的结合力与的结合力与Fe与与C的结合力相差不多，故的结合力相差不多，故对对M分解无影响。分解无影响。合金元素对残余奥氏体转变的影响合金元素对残余奥氏体转变的影响 296-2淬火钢回火后力学性能的变化淬火钢回火后力学性能的变化一一.低碳钢回火后力学性能低碳钢回火后力学性能T小于小于200回火：强度与硬回火：强度与硬度下降不多，塑性与韧性也基度下降不多，塑性与韧性也基本不变。本不变。T高于高于300回火：回火：硬度、强度下降明显，塑性有硬度、强度下降明显，塑性有所上升，冲击韧性下降至最低。所上升，冲击韧性下降至最低。l结论：结论：低碳钢低温回火可以低碳钢低温回火可以得到较高的强度及一定的塑性得到较高的强度及一定的塑性与韧性与韧性3031二二.高碳钢回火后的力学性能高碳钢回火后的力学性能l当低于当低于200回火，硬度会略有上升，这是由于析出回火，硬度会略有上升，这是由于析出弥散分布的弥散分布的()碳化物，引起的时效硬化。碳化物，引起的时效硬化。l当当200-300回火：硬度下降缓慢，韧性无改善，测回火：硬度下降缓慢，韧性无改善，测不出屈服强度和抗拉强度。不出屈服强度和抗拉强度。l当高于当高于300回火，硬度大大下降，塑性有所上升，回火，硬度大大下降，塑性有所上升，规律与低碳钢基本相同。规律与低碳钢基本相同。l结论：结论：高碳钢一般采用不完全淬火，奥氏体晶粒细小，高碳钢一般采用不完全淬火，奥氏体晶粒细小，使奥氏体中碳含量在使奥氏体中碳含量在0.5%左右。淬火后低温回火以获左右。淬火后低温回火以获高的硬度，并生成大量弥散分布的碳化物以提高耐磨高的硬度，并生成大量弥散分布的碳化物以提高耐磨性性。32三三.中碳钢回火后的力学性能中碳钢回火后的力学性能当低于当低于200回火，回火，析出少量的碳化物，硬化析出少量的碳化物，硬化效果不大，可维持硬度不效果不大，可维持硬度不降。当高于降。当高于300回火，回火，随回火温度升高，塑性升随回火温度升高，塑性升高，断裂韧性高，断裂韧性KIC剧增。剧增。强度虽然下降，但仍比低强度虽然下降，但仍比低碳钢高的多。碳钢高的多。l结论：结论：中碳钢淬火后中中碳钢淬火后中温回火，可获得高的温回火，可获得高的e33346-3合金元素对回火转变的影响合金元素对回火转变的影响一、影响作用一、影响作用(1)(1)提高回火稳定性提高回火稳定性( (回火抗力）回火抗力） 合金元素在回火过程中推迟马氏体的分解和残余奥合金元素在回火过程中推迟马氏体的分解和残余奥氏体的转变氏体的转变( (即在较高温度才开始分解和转变即在较高温度才开始分解和转变) )， 提高铁提高铁素体的再结晶温度素体的再结晶温度, , 使碳化物难以聚集长大，因此提高了使碳化物难以聚集长大，因此提高了钢对回火软化的抗力钢对回火软化的抗力, , 即提高了即提高了钢的回火稳定性钢的回火稳定性。提高回。提高回火稳定性作用较强的合金元素有：火稳定性作用较强的合金元素有：V V、SiSi、MoMo、W W、NiNi、CoCo等。等。(2)(2)产生二次硬化产生二次硬化 3536二、二次硬化二、二次硬化1、定义：、定义：当当M中含有强中含有强K形成元素足够多时，在形成元素足够多时，在500以上回火时，将会析出合金以上回火时，将会析出合金K K，由于合，由于合金金K K细小弥散分布，将使下降的硬度又开始升细小弥散分布，将使下降的硬度又开始升高。高。2.2.二次硬化本质：二次硬化本质：合金合金K K细小弥散、基体细小弥散、基体中的中的位错、位错、K K与与之间的共格畸变之间的共格畸变3.3.影响二次硬化的因素：影响二次硬化的因素：合金元素的种类（合金元素的种类（MoMo、W W、V V 、TiTi、高、高CrCr）、合金元素的含量）、合金元素的含量37钼钢回火温度与硬度钼钢回火温度与硬度38合金元素对合金元素对相回复与再结晶的影响相回复与再结晶的影响FeFe+0.5%CoFe+0.5%NiFe+0.5%SiFe+0.5%MnFe+0.5%CrFe+0.5%Mo48045050057057065067039三、二次淬火三、二次淬火1 1、定义：、定义： A AR R比较稳定，较高温度回火加热保温比较稳定，较高温度回火加热保温时未发生分解，而在随后冷却过程中转变为马时未发生分解，而在随后冷却过程中转变为马氏体，即回火冷却过程中氏体，即回火冷却过程中A AR R转变为马氏体的现转变为马氏体的现象象 。2.2.原因：原因： A AR RK，Ms点升高。点升高。3.应用：用：高速高速钢的回火的回火406-4回火脆化现象回火脆化现象淬火钢回火过程中出现冲击淬火钢回火过程中出现冲击韧性显著下降的现象称为韧性显著下降的现象称为“回火脆性回火脆性”在在250 400出现的，称为出现的，称为第一类回火脆性；第一类回火脆性；在在450 650出现的，称为出现的，称为第二类回火脆性第二类回火脆性。41一、一、第一类回火脆性第一类回火脆性1特点特点l温区：温区：250-400回火回火l具有不可逆性：出现低温回火脆性的零件，再具有不可逆性：出现低温回火脆性的零件，再经加热到更高的温度回火，可以消除，既使再经加热到更高的温度回火，可以消除，既使再在低温回火，也不重复脆性。在低温回火，也不重复脆性。l对冷速不敏感对冷速不敏感l性能：性能：k、K1C下降，下降，TC升高，断裂常是沿晶，升高，断裂常是沿晶，也有穿晶断裂。也有穿晶断裂。4243一、一、第一类回火脆性第一类回火脆性2形成机理形成机理三种理论：三种理论：AR转变理论；转变理论；K薄壳理论；晶界偏聚理论薄壳理论；晶界偏聚理论3.防止方法防止方法l降低杂质含量降低杂质含量l炼钢时用铝脱氧，或加入炼钢时用铝脱氧，或加入Nb、V、Ti等强等强K形成元素，形成元素，细化晶粒。细化晶粒。l加入加入Si调整第一类回火脆性温区，使其上移。调整第一类回火脆性温区，使其上移。l采用等温淬火代替淬火采用等温淬火代替淬火+回火工艺回火工艺目前，还没有热处理方法或加入某种合金元素可消除目前，还没有热处理方法或加入某种合金元素可消除第一类回火脆性，只有避开脆化温度区间回火。第一类回火脆性，只有避开脆化温度区间回火。44二二.第二类回火脆性第二类回火脆性1特点特点l温区：温区：450-600l冷却条件：缓慢冷却冷却条件：缓慢冷却l可逆性：可逆性：l性能变化：性能变化：k、K1C下下降，降，TC升高，强度、塑升高，强度、塑性并不改变，对物理性性并不改变，对物理性能不产生影响。能不产生影响。2.度量方法度量方法1）冲击韧性下降程度：）冲击韧性下降程度：=k1/k2k1非脆化状态的非脆化状态的k值值k2脆化状态的脆化状态的k值值大于大于1，说明这种钢具有回火，说明这种钢具有回火脆性，值越大，回火脆性倾脆性，值越大，回火脆性倾向越严重。向越严重。2）冷脆转化温度之差）冷脆转化温度之差回火回火脆度脆度=TC脆脆-TC非脆非脆，值越大，说明，值越大，说明脆化倾向越大。脆化倾向越大。453影响因素影响因素1）化学成分：）化学成分：首先是含有一定的碳，首先是含有一定的碳，C%很低时不产生很低时不产生第二类回火脆。第二类回火脆。l杂质元素：杂质元素：S、P、As、Sn、Sb等（脆化元素）等（脆化元素）l促进元素：促进元素：Mn、Ni、Cr等，不含这几个元素，脆化等，不含这几个元素，脆化敏感性大大降低。敏感性大大降低。l抑制元素：抑制元素：W、Mo，据统计，含，据统计，含0.5%Mo作用最大。作用最大。l杂质元素必须与促进第二类回火脆性的元素共存时，杂质元素必须与促进第二类回火脆性的元素共存时，才会引起回火脆性。才会引起回火脆性。462）热处理工艺参数）热处理工艺参数l冷却速度：冷速越慢，脆化程度越大，缓冷导致脆化。冷却速度：冷速越慢，脆化程度越大，缓冷导致脆化。l回火温度和时间：回火温度一定，时间越长，脆化程回火温度和时间：回火温度一定，时间越长，脆化程度越大，度越大，l等温脆化动力学也是等温脆化动力学也是C曲线形状，鼻温为曲线形状，鼻温为550，组织，组织因素因素l原始组织：原始组织：M、B、P均有脆性，其脆化程度，均有脆性，其脆化程度，M最大，最大，P最小。最小。lA晶粒度晶粒度474.第二类回火脆形成机理第二类回火脆形成机理1）析出机制：）析出机制： 脆性相：氧化物、硫化物、碳化物等缓慢在晶界析出，导致脆性。脆性相：氧化物、硫化物、碳化物等缓慢在晶界析出，导致脆性。2）偏聚理论）偏聚理论 防止第二类回火脆的措施防止第二类回火脆的措施1.降低杂质含量降低杂质含量2.加入加入Nb、V、Ti等细化晶粒等细化晶粒3.加入加入W、Mo抑制第二类回火脆抑制第二类回火脆4.避免在该温区回火，对小零件可回火后空冷，再加一次低温回火避免在该温区回火，对小零件可回火后空冷，再加一次低温回火消除应力。消除应力。5.形变热处理，减小第二类回火脆形变热处理，减小第二类回火脆6.亚临界淬火亚临界淬火48