合金马氏体的回火二次硬化

1、6.4 6.4 马氏体的回火二次硬化马氏体的回火二次硬化内蒙古科技大学内蒙古科技大学 刘忠昌教授刘忠昌教授1、二次硬化现象、二次硬化现象马氏体的三类回火硬度曲线马氏体的三类回火硬度曲线 曲线曲线1 1：低合金钢马氏体回火硬度变：低合金钢马氏体回火硬度变化，表明合金渗碳体化，表明合金渗碳体M3CM3C较碳素较碳素钢马氏体具有较高的抗粗化能力，钢马氏体具有较高的抗粗化能力，回火温度升高连续软化。回火温度升高连续软化。曲线曲线2 2是是Fe-Cr-CFe-Cr-C系，在系，在-M3CM7C3M3CM7C3转变过程中，硬度的下降转变过程中，硬度的下降率变缓，曲线出现平台。率变缓，曲线出现平台。曲线曲线

2、3 3是典型的马氏体回火二次硬化是典型的马氏体回火二次硬化现象。它发生在现象。它发生在Fe-W(MoFe-W(Mo)-C)-C系系, ,或或Fe-V-CFe-V-C系系, ,强碳化物形成元素的合金强碳化物形成元素的合金钢马氏体，回火硬度在钢马氏体，回火硬度在500500600600区间复又升高，并且出现硬度区间复又升高，并且出现硬度峰值。峰值。 曲线曲线3 3是所谓的典型的马氏体回火二次硬化现象。是所谓的典型的马氏体回火二次硬化现象。它发生在它发生在Fe-W(MoFe-W(Mo)-C)-C系系, ,平衡相为平衡相为M6CM6C或或M6CM6CM23C6M23C6；或或Fe-V-CFe-V-C系

3、系, ,强碳化物形成元素的合金钢马氏体，平衡强碳化物形成元素的合金钢马氏体，平衡相为相为MCMC。回火硬度在。回火硬度在500500600600区间复又升高，并区间复又升高，并且出现硬度峰值，它是由于简单碳化物且出现硬度峰值，它是由于简单碳化物MCMC，M2CM2C的脱溶的脱溶引起的。引起的。 马氏体回火二次硬化是许多重要的合金钢的高温强马氏体回火二次硬化是许多重要的合金钢的高温强度、硬度以及高温长时间抗软化能力的基础。度、硬度以及高温长时间抗软化能力的基础。二次淬火：某些合金钢淬火组织中的残留奥氏体在高温回火时，往二次淬火：某些合金钢淬火组织中的残留奥氏体在高温回火时，往往不发生等温分解，而

4、是在随后的回火冷却过程中，转变为马氏体往不发生等温分解，而是在随后的回火冷却过程中，转变为马氏体组织，称为二次淬火。组织，称为二次淬火。 二次硬化：在二次硬化：在Fe-W(MoFe-W(Mo)-C)-C系系, ,或或Fe-V-CFe-V-C系系, ,强碳化物形成元素的合金强碳化物形成元素的合金钢马氏体，回火硬度在钢马氏体，回火硬度在500500600600区间复又升高，出现硬度峰值区间复又升高，出现硬度峰值的现象。的现象。 2、二次硬化机制 (1)(1)作为一个二次硬化过程，以作为一个二次硬化过程，以W W、MoMo、CrCr、V V合金化的合金化的Fe-M-CFe-M-C合金马氏体的二次硬化

5、从合金马氏体的二次硬化从450450左右即已开始，左右即已开始，一般在一般在520520左右硬度随着回火温度的上升率最大左右硬度随着回火温度的上升率最大. .（2 2）研究者对于）研究者对于450450500500回火的测定结果仅仅指出回火的测定结果仅仅指出有有M M3 3C C，这显然不是二次硬化的因素，相反，此，这显然不是二次硬化的因素，相反，此时，与时，与M M3 3C C回溶而伴生的析出过程才是二次硬化回溶而伴生的析出过程才是二次硬化的机制。的机制。（3 3）可能是特殊碳化物析出的初期阶段，即）可能是特殊碳化物析出的初期阶段，即G.P G.P 区（）区（）M-CM-C偏聚区）所致。偏聚

6、区）所致。2.1代位间隙溶质原子偏聚团模型 K.H.Jack提出，Fe-M合金氮化时，第一个过程是形成代位间隙溶质原子复合偏聚团 氮化硬度最高的状态是: “M-N (F,M)16N2” K.H.Jack代位间隙溶质原子复代位间隙溶质原子复合偏聚区示意图合偏聚区示意图 M-C复合偏聚团作为形成MC，M2C碳化物的过渡阶段1) 1) 按着自然系统的自组织理论，在合金碳化物按着自然系统的自组织理论，在合金碳化物从马氏体中脱溶过程的初期阶段出现复合偏从马氏体中脱溶过程的初期阶段出现复合偏聚区是合理的。聚区是合理的。2) 2) 从从M M3 3C C到合金碳化物到合金碳化物MCMC，M M2 2C C的

7、形成，在的形成，在结构、成分等方面差距太大，温度低，扩散结构、成分等方面差距太大，温度低，扩散困难。系统自组织功能则首先指令形成一个困难。系统自组织功能则首先指令形成一个M-CM-C复合偏聚团作为形成复合偏聚团作为形成MCMC，M M2 2C C碳化物的过碳化物的过渡阶段，或称预脱溶阶段，这是可能的，符渡阶段，或称预脱溶阶段，这是可能的，符合演化的规律。合演化的规律。3) 3) 形成偏聚团形成偏聚团M-CM-C的控制因素是合金元素的的控制因素是合金元素的扩散能力。扩散能力。相的八面体间隙三套亚点阵相的八面体间隙三套亚点阵 当代位溶质原子沿面形成当代位溶质原子沿面形成一层片状区时，碳原子的排列一

8、层片状区时，碳原子的排列有三种方案，如图有三种方案，如图6-206-20所示。所示。 图（图（a a）是）是相的主构架，影相的主构架，影线面为代表溶质原子的偏聚面。线面为代表溶质原子的偏聚面。 “ “”的三个位置代表的三个位置代表相相的八面体间隙三套亚点阵在的八面体间隙三套亚点阵在偏偏聚面上或近旁的阵点。铁原子聚面上或近旁的阵点。铁原子没有画出。没有画出。书中书中212212页的图页的图a a中有中有错误。错误。间隙位置的三套亚点阵图间隙位置的三套亚点阵图图6-20中的第一套亚点阵x1图6-20中的第二套亚点阵x2图6-20中的第三套亚点阵x3复合偏聚区中，替换原子和间隙原子的排布复合偏聚区中

9、，替换原子和间隙原子的排布方式方式 书中书中212212页的图页的图a a中有错误。中有错误。碳原子在碳原子在X1X1中的排布位置中的排布位置铁原子为铁原子为碳原子为碳原子为该图中碳原子的位置（该图中碳原子的位置（红点红点）是）是方向上碳原子的投影。方向上碳原子的投影。100200100铁原子为铁原子为碳原子为碳原子为该图中碳原子的位置是该图中碳原子的位置是方向上碳原子的投影。方向上碳原子的投影。1001001002.2 二次硬化状态 对对M42基体钢（基体钢（70Mo5Cr4WVCo4）和）和M2钢钢马氏体回火二次硬化进行电镜分析马氏体回火二次硬化进行电镜分析 。 硬度从硬度从450以上就开

10、始升高，以上就开始升高，540达到最达到最高点，此间除了高点，此间除了M3C以外，没有观察到合金以外，没有观察到合金碳化物的析出。在马氏体的衍射图上，从碳化物的析出。在马氏体的衍射图上，从500开始发生开始发生芒线，芒线，540560芒线强度最大。芒线强度最大。 70Mo5Cr4WVCo470Mo5Cr4WVCo4马氏体马氏体560560回火回火电镜明场像和衍射花样电镜明场像和衍射花样 l研究指出，研究指出，500500560560回火没有析出合金碳回火没有析出合金碳化物，而是在化物，而是在相中形成了以相中形成了以MoMo为主的片为主的片状偏聚区。状偏聚区。l观察表明，观察表明，580580回火试样开始形成新的衍回火试样开始形成新的衍射斑点，并且可以在暗场像上开始观察到细射斑点，并且可以在暗场像上开始观察到细小的片状析出相。由衍射图确定第一个合金小的片状析出相。由衍射图确定第一个合金碳化物是面心立方的碳化物是面心立方的Mo2C,Mo2C,它与基体保持完它与基体保持完全共格。具有位向关系。全共格。具有位向关系。l更高的温度回火时，更