回火工艺标准基础知识资料大全

1、1.回火的定义与目的回火是将淬火后的金属成材或零件加热到某一温度,保温一定时间后,以一定方式冷却的热处理工艺,回火是淬火后紧接着进行的一种操作,通常也是工件进行热处理的最后一道工序,因而把淬火和回火的联合工艺称为最终热处理.钢件在淬火状态下有以下三个主要特征.(1)组织特征根据钢件尺寸、加热温度、时间、转变特征及利用的冷却方式,钢件淬火后的组织主要由马氏体或马氏体+剩余奥氏体组成,此外,还可能存在一些未溶碳化物.马氏体和剩余奥氏体在室温下都处于亚稳定状态,它们都有向铁聚体加渗碳体的稳定状态转化的趋势.(2)硬度特征由碳原子引起的点阵畸变通过硬度表示出来,它随过饱和度(即含碳量)的增加而增加.淬

2、火组织硬度、强度高,塑性、韧性低.(3)应力特征包括微观应力和宏现应力,前者与碳原子引起的点阵畸变有关,尤其是与高碳马氏体到达最大值有关,说明淬火时马氏体处于紧张受力状态之中；后者是由于淬火时横截面上形成的温差而产生的,工件外表或心部所处的应力状态是不同的,有拉应力或压应力,在工件内部保持平衡.如不及时消除淬火钢件的内应力,会引起零件的进一步变形乃至开裂.综上所述,淬火工件虽有高硬度与高强度,但跪性大,组织不稳定,且存在较大的淬火内应力,因此必须经过回火处理才能使用.一般来说,回火工艺是钢件淬火后必不可少的后续工艺,它也是热处理过程的最后一道工序,它赋予工件最后所需要的性能.回火是将淬火钢加热

3、到Aci以下的某一温度,保温一定时间,然后冷却到室温的热处理工艺.它的主要目的为：1 )合理地调整钢的硬度和强度,提升钢的韧性,使工件满足使用要求；(2)稳定组织,使工件在长期使用过程中不发生组织转变,从而稳定工件的形状与尺寸；(32.淬火钢回火时的组织转变淬火钢件回火时,按回火温度的上下和组织转变的特征,可将钢的回火过程分为以下5个阶段.(1)马氏体中碳原子的偏聚马氏体是C在a-Fe中的过饱和间隙固溶体,C原子分布在体心立方的扁八面体间隙之中,造成了很大的弹性畸变,因此升高了马氏体的能量,使之处于不稳定的状态.在100c以下回火时,C、N等间隙原子只能短距离扩散迁移,在晶体内部重新分布形成偏

4、聚状态,以降低弹性应变能.对于板条马氏体,因有大量位错,C原子便偏聚于位错线附近,所以淬火钢在室温附近放置时,碳原子向位错线附近偏聚.对于片状马氏体,C原子那么偏聚在一定晶面上,形成薄片状偏聚区.这些偏聚区的含碳量高于马氏体的平均含碳量,为碳化物的析出创造了条件.(2)马氏体的分解当回火温度超过80c时,马氏体将发生分解,马氏体中的碳浓度逐渐降低,晶格常数c减小,a增大,正方度c/a减小.马氏体的分解一直延续到350c以上,在高合金钢中甚至可以延续到600C.不同含碳量的马氏体的碳浓度随回火温度的变化规律.随着回火温度的升高,马氏体中含碳量不断降低.高碳钢的碳浓度随回火温度升高降低很快,含碳量

5、较低的钢中碳浓度降低较缓.马氏体的碳浓度与回火时间的关系：回火时间对马氏体中含碳量的影响较小,马氏体的碳浓度在回火初期下降很快,随后趋于平缓.回火温度越高,回火初期碳浓度下降越多.片状马氏体在100?250c回火时,固溶于马氏体中的过饱和碳原子脱溶,沿着马氏体的一定晶面沉淀析出e-FexC的碳化物(x=2?3),其晶格结构为密排六方晶格,与母相之间有共格关系,并保持一定的晶体学位向关系.含碳量低于0.2%的板条马氏体,在淬火冷却时已经发生自回火,绝大局部碳原子都偏聚到位错线附近,所以在200c以下回火时没有e-碳化物析出.高碳钢在350c以下回火时,马氏体分解后形成的“相和弥散的e-碳化物组成

6、的复相组织称为回火马氏体.回火马氏体中的a相仍保持针状形态,由于它是两相组成的,较淬火马氏体容易腐蚀,故在金相显微镜下呈黑色针状组织,与下贝氏体很相似.(3)剩余奥氏体的转变淬火的中、高碳钢,组织中总含有少量剩余奥氏体,在230?300c温度区间回火时,剩余奥氏体将发生分解,分解时遵循与过冷奥氏体分解相同的规律,转变产物为“相与碳化物,其中.a相的含碳量与同温下的回火马氏体是一致的,因此统称为回火马氏体.碳化物的粒子有所长大,但仍是很细很薄的片,并与母体保持着共格关系.残余奥氏体在更高温度(如600c左右)恒温分解产物应是珠光体,而在这两个温度之间也有一奥氏体分解的稳定区,回火过程未能完全分解

7、的剩余奥氏体在随后的冷却过程中有可能再一次转变为马氏体,这就是二次淬火现象.这对高碳钢尤其是高合金钢的热处理工艺有很大的实际意义,生产实践中往往利用这一原理来进一步提升钢的硬度.合金元索对剩余奥氏体分解的影响和对过冷奥氏体的影响根本相同.(4)碳化物的转变在250?400c温度区间回火时,马氏体内过饱和的碳原子几乎全部脱溶,a相的含碳量几乎已到达平衡含碳量(0.001%-0.02%),在低温下析出的碳化物(FexC)将转变为粒状碳化物化(Fe3C),a相在降低含碳量的同时,点阵晶格畸变开始消失.嵌镶块遂渐长大,变成多边形晶粒,也就是铁素体的恢复.这种由针状a相和与其无共格联系的细小®

8、(粒与片状碳化物组成的机械混合物一般称为回火屈氏体.其组织特征是铁素体基体内分布着极细小的粒状碳化物.(5)渗碳体的聚集长大和a相回复、再结晶回火温度高于400c后,析出的渗碳体开始聚集球化与粗化,这一过程是逋过小h粒溶解,大颗粒沉积长大的机制进行的.在400C以上回火时,相已开始明显回复,即铁素体中的位错密度降低,剩下的位错通过重排、多边化形成位错网络、将铁素体晶粒分割成许多亚晶粒,但仍保持马氏体的外形.回火温度高于600c时,a相开始再结晶,通过界面移动逐渐长大成等轴状晶粒,这时粒状渗碳体均匀分布在铁素体内,同时,马氏体的针状形态消失.这种等轴状铁素体和细颗粒状渗碳体的机械混合物称为回火索

9、氏体.综上所述,碳钢或低合金钢的回火分为5个阶段,并主要得到：回火马氏体组织、回火屈氏体组织和回火索氏体组织.由于回火的各阶段受扩散因素所限制,因此其转变取决于回火温度和时间,其中温度是最主要的因素.合金元素对回火转变有很大影响,一般都起阻碍作用,使回火转变的各阶段温度向高温推移.3 .淬火钢回火时力学性能的变化淬火钢回火时,由于组织发生了变化,故其力学性能也发生了相应的变化.硬度淬火钢回火时硬度的变化规律.总的变化趋势是随着回火温度升高,钢的硬度连续下降.但含碳量大于的高碳钢在100c左右回火时,硬度反而略有升高,这是由于马氏体中碳原子的偏聚及£-碳化物析出引起弥散硬化造成的.在2

10、00?300C回火时,硬度下降平缓.这是由于一方面马氏体分解,使硬度降低,另一方面剩余奥氏体转变为下贝氏体或回火马氏体,使硬度升高,二者综合影响的结果.回火温度超过300c以后,由于碳化物转变为渗碳体,共格关系被破坏,以及渗碳体聚集长大,使钢的硬度呈直线下降.钢中合金元素能在不同程度上减小回火过程中硬度下降的趋势,提升回火稳定性.强碳化物形成元素还可在高温回火时析出弥散的特殊碳化物,使钢的硬度显著升高,造成二次硬化.2强度和韧性随着回火温度的提升,一般来说,钢的强度指标屈服点bs、抗拉强度bb不断下降,而塑性指标伸长率8、断面收缩率少不断上升.在350c左右回火时,钢的弹性极限到达极大值,在4

11、00c以上回火时,钢的伸长率8、断面收缩率少上升最显著.45钢淬火后的强度并不高,且塑性很差.如在200?300c回火得到回火马氏体,且由于内应力消除,使其强度到达极大值；在350?500c回火,组织为回火屈氏体,弹性极隈最高,韧性也较好！在450?600c回火,得到的组织为回火索氏体,具有良好的综合力学性能,即较高的强度与良好的塑性、韧性相配合.4 .二次硬化铁碳合金在一次或屡次回火后提升了硬度的现象称为二次硬化,这种硬化现象是由于特殊碳化物的离位析出和或剩余奥氏体转变为马氏体或贝氏体所致.某些高合金钢如高速钢、高辂模具钢等尤为突出,它们在一定温度回火后,工件硬度不仅不降低,反而比其淬火态要

12、高得多.产生二次硬化的原因有以下两个方面.1马氏体转变过程中的弥散强化作用钢中含有强烈碳化物形成元素如Cr、Mo、W、V、Ti、Nb等,富集于渗碳体中.当回火温度较高时400c以上,这些强烈碳化物形成元索在渗碳体中富集到超过其饱和浓度后,便发生由渗碳体转变为特殊碳化物的过程.这些特珠碳化物比渗碳体更为坚硬,而且它形成时,以高度弥散的粒子析出于基体中,不易聚集长大,引起“相固溶碳量增大并钉扎位错阻碍运动,起着弥散强化作用.2剩余奥氏体转变成回火马氏体或下贝氏体这类钢中的剩余奥氏体在回火加热、保温过程中不发生分解,而在随后的回火冷却过程中转变为马氏体或下贝氏体,这种现象称为二次淬火.二次淬火也是二

13、次硬化的原因之一,但它与析出特殊碳化物的弥散强化相比,其作用较小,只有当淬火钢中剩余奥氏体量很高时,其作用才较显著.5 .回火脆性一般情况下,随着回火温度的提升,总的趋势是钢的强度、硬度降低,而塑性、韧性增高.但在许多钢主要是结构钢中发现,回火温度升高时,钢的冲击韧性并非连续提升,而是在某些温度区间回火时,冲击韧性反而显著下降,这种脆化现象称为钢的回火脆性.(1)第一类回火脆性淬火钢在250?400c范围回火出现冲击韧性显著降低的现象,称为第一类回火脆性,也称低温回火脆性.几乎所有工业用钢都在一定程度上具有这类回火脆性,而且脆性的出现与回火时冷却速度的快慢无关.产生低温回火脆性的原因尚未十分清

14、楚,一般认为与马氏体分解时渗碳体的初期形核有关,并且认为是由于具有某种临界尺寸的薄膜状碳化物在马氏体晶界和亚晶界上形成的结果.也有人认为,脆性的出现与S、P、Sb、As等微量元素在晶界、相界或亚晶界的偏聚有关.此外,剩余奥氏体分解时沿晶界、亚晶界或其他界面析出脆性的碳化物,以及韧性的剩余奥氏体的消失,也是导致脆性的重要原因.这类回火脆性产生以后无法消除,故又称为不可逆回火脆性.为了防止低温回火脆性,一般应不在脆化温度范围(特别是韧性最低值所对应的温度)回火,或改用等温淬火工艺,或参加从Mo、W等合金元素减轻第一类回火脆性.(2)第二类回火脆性650C以上回火,淬火钢在450?650C范围回火后

15、缓冷出现冲击韧性显著降低的现象,称为第二类回火脆性,也称高温回火脆性.将这类已产生回火脆性的钢重新加热到然后快速冷却,那么脆性消失,假设再次于脆化温度区间回火,然后缓冷,那么脆性又重新出现,故又称之为可逆回火脆性.这类脆性的产生与否和钢的化学成分、回火温度、回火时间以及回火后的冷却速度有密切关系.第二类回火脆性主要在合金结构钢中出现,碳素钢一般不出现这类回火脆性.第二类回火脆性的产生机制至今尚未彻底摘清楚,近年来的研究指出,是由于回火时Sb、Sn、As、P等微量杂质元素在原奥氏体晶界上偏聚或以化合物形式析出所致,钢中的Cr、Mn、Ni等合金元素不但能促进上述杂质元素向晶界偏聚,而且本身也向晶界偏聚,进一步降低晶界的强度,增大脆性阳向.6 .回火稳定性淬火钢在回火时反抗硬度下降的水平称回火稳定性.由于合金元索对淬火钢在回火时的组织转变起阻碍或延缓作用,可推迟马氏体的分解和剩余奥氏体的转变,提升铁素体的再结晶温度,使碳化物不易聚集长大,而保持较大的弥散度.因此合金钢的回火稳定性较碳钢为好.具有较高回火稳定性的钢可采用较高的回火温度,淬火应力消除得更彻底一些,其回火后的综合力学性能也能好一些.7 .时效现象把有浓度变化的固溶体单相合金如铁素体加热