大学固态相变

1、第六章第六章 钢中的回火转变钢中的回火转变概 述l 回火的定义回火的定义 淬火之后将工件加热到低于临界点的某一温度，保温一定时淬火之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方法。间，然后冷却到室温的一种热处理方法。 是含碳过饱和的固溶体；是含碳过饱和的固溶体； 有很高的应变能；有很高的应变能； 有很大的内应力（热应力和组织应力）；有很大的内应力（热应力和组织应力）； 存在残余奥氏体，也是亚稳定的。存在残余奥氏体，也是亚稳定的。钢中马氏体的组织特点钢中马氏体的组织特点热应力：工件内外温差造成的；热应力：工件内外温差造成的；组织应力：转变为不同的组织时造成的组织

2、应力：转变为不同的组织时造成的概 述l回火的目的（为什么要回火？）回火的目的（为什么要回火？） 获得所需要的稳定组织和性能，并消除或减少淬火内应获得所需要的稳定组织和性能，并消除或减少淬火内应力，防止工件变形、开裂，稳定组织，防止尺寸变化，降低力，防止工件变形、开裂，稳定组织，防止尺寸变化，降低硬度，便于加工。硬度，便于加工。回火马氏体回火马氏体回回 火火原材料原材料M+AR奥氏体奥氏体加热奥氏体化加热奥氏体化淬火淬火使用使用淬火碳钢回火时的组织转变回火回火马氏体中碳原子偏聚马氏体中碳原子偏聚(前期阶段前期阶段)(100以下以下)马氏体分解马氏体分解(80-250)残余奥氏体转变残余奥氏体转变

3、(200-300)碳化物析出碳化物析出(250-400)相回复和碳化物的聚集长大相回复和碳化物的聚集长大(400以上以上)淬火碳钢回火时的组织转变一、马氏体中碳原子偏聚（一、马氏体中碳原子偏聚（T= 80100） 碳原子在马氏体的扁八面体间隙，造成很大弹性变形；碳原子在马氏体的扁八面体间隙，造成很大弹性变形；晶体中存在微观缺陷较多。晶体中存在微观缺陷较多。处于能量较高处于能量较高的状态，必然的状态，必然向能量低的状向能量低的状态转变态转变马氏体马氏体的结构的结构转变方式转变方式：碳原子向微观缺陷处集中。：碳原子向微观缺陷处集中。淬火碳钢回火时的组织转变1. 板条马氏体板条马氏体 亚结构为大量的

4、位错，碳原子易与位错发生交互作用，形成亚结构为大量的位错，碳原子易与位错发生交互作用，形成“气团气团”，造成偏聚，造成偏聚，而碳原子分布在正常间隙位置时的电阻率比而碳原子分布在正常间隙位置时的电阻率比偏聚在位错附近时的高偏聚在位错附近时的高。 当当C%0.2%时，偏聚于位错等晶体缺陷处的碳原子已达到饱时，偏聚于位错等晶体缺陷处的碳原子已达到饱和状态，多余的碳原子只能处于无缺陷晶格的扁八面体间隙处。和状态，多余的碳原子只能处于无缺陷晶格的扁八面体间隙处。 C%200时，发生马氏体的单相分解析出碳化物，使时，发生马氏体的单相分解析出碳化物，使基体基体中的碳含量降低。中的碳含量降低。淬火碳钢回火时的

5、组织转变 立方马氏体的碳含量与淬火钢的碳含立方马氏体的碳含量与淬火钢的碳含量无关。随着碳化物的析出，不同原始量无关。随着碳化物的析出，不同原始碳含量的马氏体在高于碳含量的马氏体在高于200以后，其碳以后，其碳含量趋于一致。含量趋于一致。3. 中碳马氏体的分解中碳马氏体的分解 兼有低碳马氏体和高碳马氏体的分解特征。兼有低碳马氏体和高碳马氏体的分解特征。随着回火温随着回火温度的升高，固溶于正方马氏体中的碳含量不断下降，最终变度的升高，固溶于正方马氏体中的碳含量不断下降，最终变为立方马氏体。为立方马氏体。回火马氏体回火马氏体：中、高碳钢在：中、高碳钢在250以下温度回火时，淬火马氏以下温度回火时，淬

6、火马氏体经分解后获得的立方马氏体和体经分解后获得的立方马氏体和 -碳化物的混碳化物的混合组织。合组织。 与淬火马氏体相比，由于与淬火马氏体相比，由于-碳化物的弥散沉淀使得这种组织碳化物的弥散沉淀使得这种组织易于腐蚀，呈黑色片状。此时易于腐蚀，呈黑色片状。此时相中仍含有过饱和的碳，马氏相中仍含有过饱和的碳，马氏体的精细结构也未发生明显变化，仍保持着强化状态体的精细结构也未发生明显变化，仍保持着强化状态。淬火碳钢回火时的组织转变三、残余奥氏体转变三、残余奥氏体转变（回火第二阶段）（回火第二阶段） 在在200300回火时回火时 残余奥氏体本质上与过冷奥氏体相同，过冷奥氏体可能发残余奥氏体本质上与过冷

7、奥氏体相同，过冷奥氏体可能发生的转变，残余奥氏体都可能发生，但仍有其独特性：生的转变，残余奥氏体都可能发生，但仍有其独特性：n 残余奥氏体在淬火过程中已发生塑性形变，存在较大的残余奥氏体在淬火过程中已发生塑性形变，存在较大的弹性畸变；弹性畸变；n 残余奥氏体与马氏体之间存在着界面；残余奥氏体与马氏体之间存在着界面；n 残余奥氏体在转变过程还可能产生热稳定化；残余奥氏体在转变过程还可能产生热稳定化；n 残余奥氏体转变时还伴有淬火马氏体的分解；残余奥氏体转变时还伴有淬火马氏体的分解； 这些都影响残余奥氏体的分解温度、速度和程度。这些都影响残余奥氏体的分解温度、速度和程度。淬火碳钢回火时的组织转变1

8、. 残余奥氏体向珠光体和贝氏体的转变残余奥氏体向珠光体和贝氏体的转变当当MsT0.6%）n 高碳马氏体转变为高碳回火马氏体（高碳马氏体转变为高碳回火马氏体（+-FexC），两相之间保持），两相之间保持共格关系。共格关系。n 随着回火温度的升高，随着回火温度的升高，-FexC颗粒粗化，畸变严重，两者间难颗粒粗化，畸变严重，两者间难以保持共格关系。以保持共格关系。n T250时，时， -FexC转变为较稳定的转变为较稳定的-碳化物，呈薄片状，与基碳化物，呈薄片状，与基体间存在一定的位向关系；体间存在一定的位向关系；n 温度进一步升高，温度进一步升高， -FexC和和-Fe5C2将转变为稳定的将转变

9、为稳定的碳化物碳化物（Fe3C），初期形成的常呈板片状，与基体也存在一定位向关系。），初期形成的常呈板片状，与基体也存在一定位向关系。淬火碳钢回火时的组织转变 随着回火温度的升高或保随着回火温度的升高或保温时间的延长，淬火高碳钢温时间的延长，淬火高碳钢中碳化物的转变顺序为：中碳化物的转变顺序为： (+)(+) (+)(+)(+) 取决于回火温度，也与回火时间有关。取决于回火温度，也与回火时间有关。 回火时间越长，碳化物转变的温度降低。回火时间越长，碳化物转变的温度降低。淬火碳钢回火时的组织转变 碳化物的转变是以碳化物的转变是以形核长大形核长大方式进行的。方式进行的。n “原位原位”转变：在原碳

10、化物的基础上通过成分变化和点阵转变：在原碳化物的基础上通过成分变化和点阵改组逐渐转化为新碳化物；改组逐渐转化为新碳化物；n “独立独立”转变转变( (异位转变异位转变) )：伴随着原碳化物的重新溶解，：伴随着原碳化物的重新溶解，新碳化物在其他部位通过形核和长大独立形成。新碳化物在其他部位通过形核和长大独立形成。 异位转变通常是在异位转变通常是在新相与母相的惯习面和位向关系不同的时候新相与母相的惯习面和位向关系不同的时候发生的。发生的。如如- -碳化物和碳化物和- -碳化物。碳化物。碳化物的转变碳化物的转变原位转变或异原位转变或异位形核位形核异位形核长大异位形核长大CFe3淬火碳钢回火时的组织转

11、变2. 低碳马氏体中的碳化物析出低碳马氏体中的碳化物析出（C% 400，片状渗碳体逐渐球化并聚集长大，铁素体，片状渗碳体逐渐球化并聚集长大，铁素体基体也将发生回复和再结晶。基体也将发生回复和再结晶。淬火碳钢回火时的组织转变A. 第一类内应力（宏观应力）第一类内应力（宏观应力） 由于工件内外温度不一致和相变不同时而造成的宏观区域性由于工件内外温度不一致和相变不同时而造成的宏观区域性的内应力。会导致工件变形、开裂。的内应力。会导致工件变形、开裂。1. 内应力消失内应力消失B. 第二类内应力第二类内应力微观应力微观应力 由于工件中几个晶粒内的温度不一致和相变不同时而造由于工件中几个晶粒内的温度不一致

12、和相变不同时而造成的微观区域性的内应力。产生于晶粒或亚晶粒之间。成的微观区域性的内应力。产生于晶粒或亚晶粒之间。C. 第三类内应力第三类内应力 由于碳原子过饱和固溶，使晶格畸变，并保持共格关系，由于碳原子过饱和固溶，使晶格畸变，并保持共格关系，造成晶格弹性畸变所引起的内应力。造成晶格弹性畸变所引起的内应力。淬火碳钢回火时的组织转变A. 第一类内应力（宏观应力）第一类内应力（宏观应力） l 回火温度一定时，时间回火温度一定时，时间应力应力，达到一定值后趋于稳定，达到一定值后趋于稳定，仍有部分残留；仍有部分残留；l 随回火温度的升高，应力随回火温度的升高，应力 。但低温（。但低温（150）回火时，

13、仅）回火时，仅消除了消除了2530%。300回火时，有回火时，有50%残留。残留。 只有当只有当高于高于550600回火，第一类内应力才可基本消除回火，第一类内应力才可基本消除。因为。因为此时碳化物已经转变为渗碳体，与基体的共格关系已破坏，渗碳体此时碳化物已经转变为渗碳体，与基体的共格关系已破坏，渗碳体颗粒也有一定程度的长大。颗粒也有一定程度的长大。淬火碳钢回火时的组织转变B. 第二类内应力第二类内应力微观应力微观应力 随着温度的升高，第二类内应力刚开始下降迅速，后趋于随着温度的升高，第二类内应力刚开始下降迅速，后趋于缓慢。缓慢。T应力应力400） 相中的位错胞和胞内位错线将通过滑移和攀移逐渐

14、消失，相中的位错胞和胞内位错线将通过滑移和攀移逐渐消失，使晶体中位错密度降低。使晶体中位错密度降低。 剩余的相同符号的位错将重新排列成较低能量的状态（二维剩余的相同符号的位错将重新排列成较低能量的状态（二维位错网络），形成由它们分割而成的亚晶粒。位错网络），形成由它们分割而成的亚晶粒。 回复后的回复后的相仍保持板条状，只是板条宽度由于相邻板条合相仍保持板条状，只是板条宽度由于相邻板条合并而增加。并而增加。淬火碳钢回火时的组织转变B. 再结晶（再结晶（600） 一些位错密度很低的胞块长大成等轴一些位错密度很低的胞块长大成等轴相晶粒；相晶粒； 位错密度很低的位错密度很低的相新晶粒将逐渐取代板条状相

15、新晶粒将逐渐取代板条状相相晶粒；晶粒； 颗粒状碳化物分布在等轴状晶粒内。颗粒状碳化物分布在等轴状晶粒内。 经过再结晶后，马氏体板条特征消失。经过再结晶后，马氏体板条特征消失。淬火碳钢回火时的组织转变（2）高碳淬火钢）高碳淬火钢 在在250400回火时，马氏体中孪晶亚结构逐渐消失，回火时，马氏体中孪晶亚结构逐渐消失，出现胞块，但片状马氏体的特征仍然存在；出现胞块，但片状马氏体的特征仍然存在； 高于高于400 ，相也发生回复；相也发生回复； 高于高于600 ，相发生再结晶，使片状特征消失。相发生再结晶，使片状特征消失。 但由于碳含量高，沉淀的碳化物数量多，它们可钉扎但由于碳含量高，沉淀的碳化物数量

16、多，它们可钉扎相晶界，阻碍相晶界，阻碍相的回复，阻碍再结晶的程度更大，所相的回复，阻碍再结晶的程度更大，所以高碳马氏体以高碳马氏体相的再结晶温度高于中低碳钢的。相的再结晶温度高于中低碳钢的。淬火碳钢回火时的组织转变3. 碳化物的聚集长大碳化物的聚集长大 当回火温度高于当回火温度高于400时，碳化物已经开始聚集和球化。时，碳化物已经开始聚集和球化。回火温度高于回火温度高于600时，细粒状碳化物将迅速聚集并粗化。时，细粒状碳化物将迅速聚集并粗化。 该过程是按该过程是按小颗粒溶解，大颗粒长大小颗粒溶解，大颗粒长大的机制进行的。的机制进行的。 淬火碳钢回火时的组织转变 第二相粒子在固溶体中的溶解度第二

17、相粒子在固溶体中的溶解度Cr与第二相粒子的半径与第二相粒子的半径 r 有关：有关： 与小颗粒碳化物相接的边界上的与小颗粒碳化物相接的边界上的C及及Me的的平衡浓度较高，而与大颗粒碳化物相接的边平衡浓度较高，而与大颗粒碳化物相接的边界上的界上的C及及Me的平衡浓度较低。的平衡浓度较低。 在在相中形成相中形成C及及Me的浓度梯度，发生的浓度梯度，发生C及及Me的扩散，使小颗粒溶解，大颗粒长大。的扩散，使小颗粒溶解，大颗粒长大。rRTMCCr2ln汤姆逊汤姆逊-佛鲁德里西公式佛鲁德里西公式淬火碳钢回火时的组织转变p 低温回火低温回火 回火温度一般在回火温度一般在150250，获得的组织是，获得的组织

18、是回火马氏体回火马氏体，其目的，其目的是在保持高硬度的前提下，适当降低淬火钢的脆性，并减小淬火应是在保持高硬度的前提下，适当降低淬火钢的脆性，并减小淬火应力，避免使用时崩裂或过早损坏。广泛用于各种切削刀具，量具等。力，避免使用时崩裂或过早损坏。广泛用于各种切削刀具，量具等。p 中温回火中温回火 回火温度一般在回火温度一般在350500 ，获得的组织是，获得的组织是回火屈氏体回火屈氏体，其目，其目的是获得高的弹性极限，同时又有较高的韧性，主要用于弹簧。的是获得高的弹性极限，同时又有较高的韧性，主要用于弹簧。p 高温回火高温回火 回火温度一般在回火温度一般在500650 ，又称，又称调质处理调质处

19、理，获得的组织是，获得的组织是回回火索氏体火索氏体，获得既有一定的强度、硬度，又有良好的塑性及冲击韧，获得既有一定的强度、硬度，又有良好的塑性及冲击韧性的综合机械性能。性的综合机械性能。合金元素对回火转变的影响一、合金元素对马氏体分解的影响一、合金元素对马氏体分解的影响1. Me对淬火马氏体对淬火马氏体 20150回火时马氏体的两相分解没回火时马氏体的两相分解没有明显的影响有明显的影响 由于低温时，淬火马氏体中溶入的合金元素扩散迁由于低温时，淬火马氏体中溶入的合金元素扩散迁移率比碳原子低好几个数量级，扩散较难，大多数固溶移率比碳原子低好几个数量级，扩散较难，大多数固溶在固溶体中，析出的在固溶体

20、中，析出的-碳化物中未发现有合金元素的溶碳化物中未发现有合金元素的溶入。入。合金元素对回火转变的影响2. 高于高于150回火时，回火时，Me对马氏体的分解速度有明显的阻碍作用对马氏体的分解速度有明显的阻碍作用n Ni、Mn无影响（因无影响（因Mn与与C的结合力与的结合力与Fe的相差不大；而的相差不大；而Ni为非碳化物形成元素）；为非碳化物形成元素）；n Cr、Mo、W、V、Ti将阻碍碳原子从马氏体中的析出，降将阻碍碳原子从马氏体中的析出，降低马氏体的分解速度（因低马氏体的分解速度（因Me与与C原子间的结合力较强）原子间的结合力较强）;n Al、Si、Co推迟马氏体分解。推迟马氏体分解。 A.

21、Si、Co可溶入可溶入-FexC，并使之稳定，阻碍，并使之稳定，阻碍-FexC向向- Fe3C转化；转化； B. Al、Si不溶于渗碳体中，当渗碳体形成时，不溶于渗碳体中，当渗碳体形成时，Al、Si必须从其必须从其边界向边界向固溶体中扩散。固溶体中扩散。合金元素对回火转变的影响3. 加入合金元素可使马氏体完全脱溶温度向高温推移加入合金元素可使马氏体完全脱溶温度向高温推移100150，即合金钢在较高温度回火时仍可以保持即合金钢在较高温度回火时仍可以保持相具有一定饱和碳浓度相具有一定饱和碳浓度和细小碳化物，可保持高的硬度和强度，提高钢的和细小碳化物，可保持高的硬度和强度，提高钢的回火抗力回火抗力或

22、或“回火稳定性回火稳定性” 。合金元素对回火转变的影响二、合金元素对残余奥氏体转变的影响二、合金元素对残余奥氏体转变的影响 合金元素可改变残余奥氏体分解的温度和速度，从而可能合金元素可改变残余奥氏体分解的温度和速度，从而可能影响残余奥氏体转变的类型和性质。影响残余奥氏体转变的类型和性质。 其影响和对过冷奥氏体其影响和对过冷奥氏体转变的影响一致。转变的影响一致。n 在在Ms点以下回火，残余奥氏体转变为马氏体，若点以下回火，残余奥氏体转变为马氏体，若Ms点较高点较高（100，则会发生自回火，生成回火马氏体）；，则会发生自回火，生成回火马氏体）；n 在在Ms点以上回火，则可以转变为珠光体、贝氏体或发

23、生二次点以上回火，则可以转变为珠光体、贝氏体或发生二次淬火生成马氏体。淬火生成马氏体。合金元素对回火转变的影响三、合金元素对碳化物转变的影响三、合金元素对碳化物转变的影响l 1. 非碳化物形成元素非碳化物形成元素Cu、Ni、Co、Al、Si：提高：提高-FexC向向-Fe3C转变的温度范围；转变的温度范围；l 2. 强碳化物形成元素不仅强烈推迟强碳化物形成元素不仅强烈推迟-FexC向向-Fe3C的转变，还的转变，还会影响碳化物的类型。会影响碳化物的类型。l 3. 回火温度高于回火温度高于350时，合金元素的扩散能力增强，并在时，合金元素的扩散能力增强，并在和和Fe3C之间进行重新分配。之间进行

24、重新分配。 碳化物形成元素离开碳化物形成元素离开相并置换相并置换Fe3C中的部分中的部分Fe原子，形成原子，形成合金渗碳体。合金渗碳体。 非碳化物形成元素逐渐向非碳化物形成元素逐渐向相中富集，从而发生由更稳定的相中富集，从而发生由更稳定的碳化物逐渐代替原先不稳定的碳化物，使碳化物的成分和结构碳化物逐渐代替原先不稳定的碳化物，使碳化物的成分和结构都发生变化。都发生变化。合金元素对回火转变的影响如：在高铬钢中有：如：在高铬钢中有： 钢中能否形成特殊碳化物，取决于所含合金元素的性质和含量、钢中能否形成特殊碳化物，取决于所含合金元素的性质和含量、碳或氮含量以及回火温度和时间等条件。碳或氮含量以及回火温

25、度和时间等条件。特殊碳化物按两种机制形成：特殊碳化物按两种机制形成：原位形核：原位形核：独立形核：独立形核：直接从直接从相中析出特殊碳化物，并伴有合金渗碳体的相中析出特殊碳化物，并伴有合金渗碳体的溶解。溶解。特殊碳化物CMeFeCFe33),(合金元素对回火转变的影响四、回火时的二次硬化现象四、回火时的二次硬化现象 碳钢中的淬火马氏体随回火碳钢中的淬火马氏体随回火温度的升高，强度、硬度不断降温度的升高，强度、硬度不断降低，即使低碳钢在低，即使低碳钢在100100左右回左右回火时硬度有些增高，也仅仅是由火时硬度有些增高，也仅仅是由于碳原子的偏聚所致。于碳原子的偏聚所致。低、中碳钢在低、中碳钢在1

26、00-700回火回火1h的硬度的硬度变化变化合金元素对回火转变的影响 对于含对于含Mo、V、W、Ti和和Nb等强碳等强碳化物形成元素的合金钢，在化物形成元素的合金钢，在500600区间回火时，会析出细小的特殊碳化区间回火时，会析出细小的特殊碳化物，导致由于回火温度的升高，物，导致由于回火温度的升高，-碳碳化物粗化而化物粗化而软化的钢再度硬化的现象软化的钢再度硬化的现象称为二次硬化称为二次硬化。有时二次硬化峰值硬。有时二次硬化峰值硬度可能比淬火硬度还高。度可能比淬火硬度还高。回火温度对低碳钼钢马氏体硬度的影响回火温度对低碳钼钢马氏体硬度的影响合金元素对回火转变的影响二次硬化的原因：二次硬化的原因

27、：n 合金碳化物在该特定温度下的马氏体晶体的位错区沉淀析出，合金碳化物在该特定温度下的马氏体晶体的位错区沉淀析出，以弥散的形态沉淀，呈极细针状或薄片状，尺寸很小，与以弥散的形态沉淀，呈极细针状或薄片状，尺寸很小，与相保相保持共格关系，硬度达到峰值；持共格关系，硬度达到峰值；n 低于该温度区间回火，合金碳化物尚未沉淀，已析出的渗碳低于该温度区间回火，合金碳化物尚未沉淀，已析出的渗碳体粗化，硬度较低；体粗化，硬度较低；n 高于该温度区间回火，析出的合金碳化物长大，粗化并破坏高于该温度区间回火，析出的合金碳化物长大，粗化并破坏与母相的共格关系，硬度迅速下降。与母相的共格关系，硬度迅速下降。 可认为对

28、二次硬化有贡献的因素是可认为对二次硬化有贡献的因素是特殊碳化物的弥散度、特殊碳化物的弥散度、 相中的位错密度相中的位错密度以及以及碳化物与碳化物与相之间的共格畸变相之间的共格畸变等。等。合金元素对回火转变的影响第一、增高钢中的位错密度，以增加特殊碳化物的形核部第一、增高钢中的位错密度，以增加特殊碳化物的形核部位，从而进一步增大碳化物弥散度。例如采用低温位，从而进一步增大碳化物弥散度。例如采用低温形变淬火方法等。形变淬火方法等。第二、钢中加入某些合金元素，减慢特殊碳化物中合金元第二、钢中加入某些合金元素，减慢特殊碳化物中合金元素的扩散，抑制细小碳化物的长大和延缓这类碳化素的扩散，抑制细小碳化物的

29、长大和延缓这类碳化物过时效现象的发生。如加入物过时效现象的发生。如加入Co、Al、Si、Nb等。等。提高钢二次硬化效应的途径有：提高钢二次硬化效应的途径有：合金元素对回火转变的影响五、合金元素对五、合金元素对相回复和再结晶的影响相回复和再结晶的影响 合金钢在高温回火时，若能够形成颗粒细小的特殊碳化物，合金钢在高温回火时，若能够形成颗粒细小的特殊碳化物，且与且与相保持共格，则能使相保持共格，则能使相保持较高的碳过饱和度，显著地相保持较高的碳过饱和度，显著地延迟延迟相回复和再结晶。使相回复和再结晶。使相处于较大的畸变状态，仍保持较相处于较大的畸变状态，仍保持较高的硬度和强度，具有很高的回火稳定性。

30、高的硬度和强度，具有很高的回火稳定性。 常用合金元素均具有阻碍回火时各类畸变消除的作用，都有常用合金元素均具有阻碍回火时各类畸变消除的作用，都有提高回火稳定性的作用。提高回火稳定性的作用。回火时机械性能的变化一、低碳钢回火时的机械性能变化一、低碳钢回火时的机械性能变化1. 低碳碳钢低碳碳钢（1）C%0.15%： 淬火时已发生了碳原子偏聚和析出少量碳化物淬火时已发生了碳原子偏聚和析出少量碳化物（自回火），（自回火），T 200回火时，钢的硬度几乎不改变。回火时，钢的硬度几乎不改变。（2）C%0.20%n 在在100250回火时，由于碳原子偏聚增大或析出的回火时，由于碳原子偏聚增大或析出的-碳化物

31、碳化物量增多，则使量增多，则使b、HRC和和变化较小；变化较小；s、SK（实际断裂强度）有些增高；（实际断裂强度）有些增高；e（弹性极限）明显上升。（弹性极限）明显上升。 低碳钢低温回火后仍保持细小的板条马氏体低碳钢低温回火后仍保持细小的板条马氏体亚结构，具有较高的硬度、强度和弹性，又有良亚结构，具有较高的硬度、强度和弹性，又有良好的塑性和韧性。好的塑性和韧性。低碳马氏体钢的突出优点低碳马氏体钢的突出优点回火时机械性能的变化n 300400回火时，析出的回火时，析出的Fe3C与基体的共格关系逐渐消失，与基体的共格关系逐渐消失，内应力急剧减小，内应力急剧减小，e在在350左右达到峰值后开始下降；

32、钢的强度左右达到峰值后开始下降；钢的强度和硬度显著降低，塑形开始回升。和硬度显著降低，塑形开始回升。n 400700回火时，低碳马氏体的板回火时，低碳马氏体的板条束已不能保持，随回火温度的增高，条束已不能保持，随回火温度的增高，渗碳体粗化，渗碳体粗化， 相回复和再结晶，使钢的相回复和再结晶，使钢的硬度、强度明显降低，而塑性则显著地硬度、强度明显降低，而塑性则显著地上升。上升。n 在在250400回火时，由于回火时，由于Fe3C在马氏体板条之间或沿位错线在马氏体板条之间或沿位错线析出，钢的强度、硬度和塑形均有所降低；析出，钢的强度、硬度和塑形均有所降低；回火时机械性能的变化2. 低碳合金钢低碳合

33、金钢（1）残余奥氏体转变的作用，使硬度、强度下降）残余奥氏体转变的作用，使硬度、强度下降）4. 300左右回火时，出现低温回火脆性，冲击韧性左右回火时，出现低温回火脆性，冲击韧性aK达到低谷，达到低谷，随后又一直上升；随后又一直上升；5. 高于高于400回火时，因回火时，因Fe3C开始长大，对位错的钉扎作用大为开始长大，对位错的钉扎作用大为减小，使得硬度、减小，使得硬度、 b下降，下降， 、aK升高。升高。回火时机械性能的变化三、高碳钢回火时的机械性能变化三、高碳钢回火时的机械性能变化高碳钢淬火组织包括：孪晶马氏体、残余奥氏体及未溶碳化物。高碳钢淬火组织包括：孪晶马氏体、残余奥氏体及未溶碳化物

34、。n 100150回火时，硬度不变或略有升高；回火时，硬度不变或略有升高；n 200300回火时，硬度、回火时，硬度、b下降缓慢；下降缓慢；n 高于高于350回火时，回火时， b显著下降，塑性明显升高；显著下降，塑性明显升高；n 高碳钢在低温（高碳钢在低温（ 300）回火时，其塑性几乎为零。回火时，其塑性几乎为零。n 也会出现低温回火脆性和高温回火脆性。也会出现低温回火脆性和高温回火脆性。回火时机械性能的变化四、钢的回火脆性四、钢的回火脆性淬火钢在回火时，随回火温度的升高，冲击韧性下降的现象。淬火钢在回火时，随回火温度的升高，冲击韧性下降的现象。表现：表现： 室温冲击韧性、反复弯曲冲击强度、断

35、裂韧性室温冲击韧性、反复弯曲冲击强度、断裂韧性KIC的降低；的降低； 韧脆转化温度的升高。韧脆转化温度的升高。1.低温回火脆性（第一类回火脆性）低温回火脆性（第一类回火脆性） 几乎所有淬火后形成马氏体组织的碳素钢及合金钢，在几乎所有淬火后形成马氏体组织的碳素钢及合金钢，在300左左右回火时都将或多或少地发生这种脆性。右回火时都将或多或少地发生这种脆性。 碳钢：碳钢：200400 ；合金钢：；合金钢：250400 。回火时机械性能的变化（1）特点）特点l A. 与回火温度有关，与回火冷却速度无关；与回火温度有关，与回火冷却速度无关；l B. 不可逆性不可逆性 若将已产生脆性的钢件重新加热至高于脆

36、化温度进行回火，若将已产生脆性的钢件重新加热至高于脆化温度进行回火，脆性即可消失，并且再置于该脆化温度区间回火时，脆化也不会脆性即可消失，并且再置于该脆化温度区间回火时，脆化也不会再出现。再出现。l C. 断口为晶间（沿晶界）断裂断口为晶间（沿晶界）断裂 而在非脆化温度回火的工件一般为穿晶（沿晶粒内部）断裂。而在非脆化温度回火的工件一般为穿晶（沿晶粒内部）断裂。回火时机械性能的变化（2）影响因素）影响因素 主要是化学成分的影响。可以将钢中元素按其作用分为三类：主要是化学成分的影响。可以将钢中元素按其作用分为三类： 有害杂质元素，如有害杂质元素，如S、P、As、Sb、Cu、N、H、O等。钢中等。

37、钢中存在这元素时均将导致出现第一类回火脆性；存在这元素时均将导致出现第一类回火脆性； 促进第一类回火脆性的元素，如促进第一类回火脆性的元素，如Mn、Si、Cr、Ni、V等。这等。这类元素能促进第一类回火脆性的发展，还可能将第一类回火脆性推类元素能促进第一类回火脆性的发展，还可能将第一类回火脆性推向更高的温度；向更高的温度； 减弱第一类回火脆性的元素，如减弱第一类回火脆性的元素，如Mo、W、Ti、Al等。钢中等。钢中含有这些合金元素时第一类回火脆性将被减弱，其中以含有这些合金元素时第一类回火脆性将被减弱，其中以Mo的效果最的效果最显著。显著。 此外，奥氏体晶粒越粗大，残余奥氏体量越多，第一类回火

38、脆此外，奥氏体晶粒越粗大，残余奥氏体量越多，第一类回火脆性就越严重。性就越严重。回火时机械性能的变化（3）第一类回火脆性形成机制）第一类回火脆性形成机制（尚无定论）（尚无定论） A. 残余奥氏体薄膜理论残余奥氏体薄膜理论 该理论认为，只要钢中存在少量（该理论认为，只要钢中存在少量（1%5%）的）的AR，并以薄膜，并以薄膜的形式分布于马氏体板条晶交界上时，就能引起低温回火脆性。的形式分布于马氏体板条晶交界上时，就能引起低温回火脆性。 在一定回火温度下，当在一定回火温度下，当AR薄膜保持稳定时，可使断裂韧性和薄膜保持稳定时，可使断裂韧性和冲击韧性增高。但若冲击韧性增高。但若AR薄膜由于受热或形变的

39、影响，造成失稳分薄膜由于受热或形变的影响，造成失稳分解，则会出现回火脆性，使钢的断裂韧性和冲击韧性降低。解，则会出现回火脆性，使钢的断裂韧性和冲击韧性降低。 板条界上的薄膜分解，会析出碳化物，使板条界上的薄膜分解，会析出碳化物，使Ms点升高，冷却时点升高，冷却时可形成未回火的马氏体，造成脆性增大。可形成未回火的马氏体，造成脆性增大。 断裂为沿板条晶界或板条束界发生断裂为沿板条晶界或板条束界发生晶间断裂晶间断裂。回火时机械性能的变化B. 片状碳化物沉淀理论（或碳化物薄壳理论）片状碳化物沉淀理论（或碳化物薄壳理论） 不同含碳量（不同含碳量（0.151.4%）的钢在回火时，马氏体晶界上薄片状）的钢在

40、回火时，马氏体晶界上薄片状Fe3C析出的温度都在析出的温度都在230260之间；一定大小的碳化物薄层（壳）之间；一定大小的碳化物薄层（壳）将促进裂纹在马氏体晶界上形核。将促进裂纹在马氏体晶界上形核。C. 杂质元素晶界偏聚理论杂质元素晶界偏聚理论 认为奥氏体化时，杂质元素认为奥氏体化时，杂质元素P、S、As、Sn、Sb等在晶界、亚晶等在晶界、亚晶界偏聚导致晶界弱化是引起第一类回火脆性的原因。界偏聚导致晶界弱化是引起第一类回火脆性的原因。回火时机械性能的变化降低钢中杂质元素的含量；降低钢中杂质元素的含量；用用Al脱氧或加入脱氧或加入Nb、V、Ti等合金元素以细化奥氏体晶粒；等合金元素以细化奥氏体晶

41、粒；加入加入Mo、W等能减轻第一类回火脆性的合金元素；等能减轻第一类回火脆性的合金元素；加入加入Cr、Si以调整发生第一类回火脆性的温度范围，使之避以调整发生第一类回火脆性的温度范围，使之避开所需的回火温度。开所需的回火温度。 采用等温淬火工艺代替淬火加回火工艺。采用等温淬火工艺代替淬火加回火工艺。（3）防止或减轻第一类回火脆性的方法）防止或减轻第一类回火脆性的方法回火时机械性能的变化2. 高温回火脆性（第二类回火脆性）高温回火脆性（第二类回火脆性） 在在450600（或高至（或高至650左右）回火时出现的韧性低谷。左右）回火时出现的韧性低谷。（1）特点）特点 A. 与回火后的冷却速度有关；与

42、回火后的冷却速度有关； 快速冷却可消除或减轻第二类回火脆性。快速冷却可消除或减轻第二类回火脆性。 B. 具有可逆性；具有可逆性； C. 断口呈沿晶断裂。断口呈沿晶断裂。回火时机械性能的变化（2）影响第二类回火脆性的因素）影响第二类回火脆性的因素uA. 化学成分化学成分 引起第二类回火脆性的元素：引起第二类回火脆性的元素：P、S、B、Sb、Sn、As等；但当等；但当钢中不含钢中不含Ni、Cr、Mn、Si等合金元素时，杂质元素的存在不会等合金元素时，杂质元素的存在不会引起第二类回火脆性。引起第二类回火脆性。 促进第二类回火脆性的合金元素：促进第二类回火脆性的合金元素：Ni、Cr、Mn、Si、C等。这等。这类元素单独存在时也不会引起第二类回火脆性，必须与杂质元类元素单独存在时也不会引起第二类回火脆性，必须与杂质元素同时存在时才能引起第二类回火脆性，当杂质元素含量一定素同时存在时才能引起第二类回火脆性，当杂质元素含量一定时，这类元素含量越多，脆化越严重。当两种以上元素同时存时，这类元素含量越多，脆化越严重。当两种以上元素同时存在时，脆化作用就更大；在时，脆化作用就更大； 抑制第二类回