第七章-钢的回火转变课件

第七章回火转变与钢的回火概述1.定义：将淬火后的钢在A1以下温度加热、保温并以适当速度冷却。低温（150~250℃）、中温（350~500℃）、高温（500℃）2.基本目的①提高淬火钢的塑韧性，降低脆性；②降低或消除淬火引起的残余内应力；3.研究内容①淬火钢在回火过程中的变化规律及影响因素；②回火参数对组织和性能的影响；③研制新合金第七章回火转变与钢的回火概述1§7-1淬火碳钢回火时的组织变化淬火后为什么及时回火？淬火组织的高度不稳定性：①马氏体中的碳是过饱和的；②马氏体有很高的应变能和界面能；③与马氏体并存的还有一定量的AR转变驱动力—M和AR的不稳定状态与平衡状态的自由能差动力学条件—原子活动能力回火加热一、马氏体中碳原子的偏聚—时效阶段（100℃以下）碳原子的偏聚和聚集位置：①位错线附近的间隙位置；②在孪晶面形成富C聚集区域。1.低碳M：高密度位错室温附近C、N原子有一定扩散能力2.片状M：孪晶C在一定晶面聚集（100）

强度、硬度§7-1淬火碳钢回火时的组织变化淬火后为什么及时回火？2二、马氏体分解/过渡碳化物的析出—回火第一阶段（100~200℃）回火温度、回火时间富C区的碳原子有序化析出碳化物高C马氏体：M内过饱和碳原子脱溶析出-碳化物密排六方Fe2.4C与母相共格低碳钢不大可能沉淀-碳化物–时效阶段末期M仍具有体心正方性-碳化物Fe2C回火马氏体：高碳钢在此温度范围回火时，M分解后形成的低碳相和弥散/-碳化物组成的复相组织。二、马氏体分解/过渡碳化物的析出—回火第一阶段（100~203三、残余奥氏体的分解—回火第二阶段（200~300℃）分解产物：-碳化物（Fe3C）+F粒状—对韧性有害四、碳化物析出与转变—回火第三阶段（200~400℃）/-碳化物

-碳化物

-碳化物Fe5C2单斜晶系/-碳化物与-碳化物的惯习面不同-碳化物不是由/-碳化物转变而来单独形核并长大离位析出-碳化物{112}从-碳化物直接转变而来—就地形核（原位析出）{110}重新形核长大变化趋势：由具有一定饱和度的相与其有共格联系的-碳化物的混合组织，转变为相与其无共格联系的-碳化物的混合组织。转变后的组织—回火屈氏体注：①在碳浓度＜0.4%的马氏体回火时，不形成-碳化物；②在碳浓度＜0.2%的马氏体回火时，不析出-碳化物，而是直接形成-碳化物。三、残余奥氏体的分解—回火第二阶段（200~300℃）4五、α相状态变化及碳化物聚集长大—回火第四阶段（400℃）驱动力—表面能的减小胶态平衡理论高温长时回火：组织为等轴铁素体基体中分布的较粗的球状碳化物回复：①低碳条状M—内部位错胞、位错线逐渐消失—位错密度，剩下的位错—位错网络--相晶粒被分割成许多亚晶粒—回复后仍保持条状；②孪晶M：位错胞和位错线将取代孪晶，后面的过程同板条M等轴F的形成①再结晶；②晶粒长大的结果淬火内应力的消除—第一、第二、第三类内应力五、α相状态变化及碳化物聚集长大—回火第四阶段（400℃）5第七章-钢的回火转变课件6第七章-钢的回火转变课件7高碳钢中回火马氏体与下贝氏体的区别高碳钢中回火马氏体与下贝氏体的区别8从显微组织的形态和分布来看，下贝氏体与高碳钢回火马氏体很相似，都是暗黑色针状，各个针状物之间都有一定的交角，而它们的区别是：1）高碳钢的回火马氏体表面浮凸呈N字形，下贝氏体的表面浮凸是不平行的，相交成“v”形或“Λ”形；2）高碳钢回火马氏体中存在位错与孪晶，下贝氏体中铁素体也有位错缠结存在，但没有孪晶结构存在；3）下贝氏体中碳化物的分布与高碳钢回火马氏体中碳化物的分布明显不同，前者沿着与贝氏体长轴呈50

~60

倾斜的直线规律排列，与相间析出相似，而后者在相中均匀分布；4）在高碳钢中回火马氏体的韧性低于同强度下贝氏体的韧性。从显微组织的形态和分布来看，下贝氏体与高碳钢回火马9§7-2合金元素对回火转变的影响影响：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。一、提高钢的回火抗力（回火稳定性）

在回火过程中随回火温度的升高钢抵抗硬度下降的能力相同温度回火，硬度下降少的称为回火抗力好。1.合金元素对低温（250℃）回火组织变化的影响低碳钢：对碳的偏聚状态影响不大中高碳钢—析出过渡碳化物（-碳化物），除Si外，合金元素对-碳化物的析出无影响合金元素对低、中、高碳钢低温回火后的强硬度影响较弱，主要取决于含碳量Si—可有效提高钢回火抗力原因：硅能溶解到-碳化物中，增加了它的稳定性，使其保持到更高温度才溶解--推迟了渗碳体的析出过程，因而只有在更高的回火温度才开始软化。§7-2合金元素对回火转变的影响影响：①延缓钢的软化，提102.合金元素对AR转变的影响1）AR

B、AR

P、AR

M二次淬火—当AR在B和P之间的A稳定区域保持，AR不发生分解，在随后冷却转变为M。2）回火时的二次淬火和稳定化、催化现象催化—回火时二次淬火的Ms’Ms产生的二次M的量较多稳定化—回火时二次淬火的Ms’Ms产生的二次M的量较少二次淬火M脆性--必须再进行回火3.合金元素对碳化物聚集长大的影响合金碳化物的聚集长大：小颗粒碳化物的溶解，碳和合金元素扩散到大颗粒碳化物中去的方式进行随T--碳化物中的合金元素浓度变化碳化物形成元素从Fcem非碳化物形成元素从cem中扩散出来1）碳化物形成元素的加入—阻碍Fe3C的聚集长大①合金渗碳体稳定，减慢溶解；②与碳亲和力强—C在相中的扩散激活能--阻碍C扩散

2.合金元素对AR转变的影响112）非碳化物形成元素的加入—Si固溶于-碳化物，不溶于Fe3C强烈阻碍Fe3C聚集长大原因：Fe3C长大—排Si--Fe3C周围形成高硅墙—阻碍C原子向Fe3C内扩散Fe3C颗粒的长大取决于Si的扩散(思考)相同温度下回火，含碳量相同的合金钢的硬度大于碳钢的硬度？2）非碳化物形成元素的加入—Si固溶于-碳化物，不溶124.合金元素对钢回火时回复和再结晶的影响Co、Cr、Mo、W、V--铁再结晶温度Si延缓中碳钢回火时回复（位错密度）和再结晶过程（相晶粒长大）总结：①300℃除硅外所有合金元素对钢的回火稳定性影响不大，；②300℃所有合金元素特别是碳化物形成元素，能强烈阻碍碳化物的聚集长大以及延缓钢的回复和再结晶—回火抗力二、合金元素对cem类型变化的影响及二次硬化现象强碳化物形成元素：Cr、Mo、W、V、Ti、Nb500℃碳化物类型变化：渗碳体特殊合金碳化物（极细小弥散）形成途径：①原位析出；②离位析出特殊合金碳化物与母相共格—回火钢硬度

二次硬化：某些淬火合金钢在500~650℃回火后硬度，在硬度-回火温度曲线上出现峰值的现象。4.合金元素对钢回火时回复和再结晶的影响13注：①碳素钢不发生二次硬化现象，非（弱）碳化物形成元素不能引起二次硬化；②二次硬化的本质：共格析出的合金碳化物的弥散强化；③T--特殊碳化物量--共格畸变硬度达到峰值T--碳化物长大—弥散度共格被破坏—畸变消失—位错密度应用：高速钢—刃具钢—保持高的红硬性硬度

注：①碳素钢不发生二次硬化现象，非（弱）碳化物形成元素不能引14§7-2淬火钢回火后机械性能的变化一、低碳钢回火时机械性能的变化

1）T250℃--C原子偏聚在位错线附近，不析出-碳化物—组织变化不大—硬度变化不大；T--C向位错附近的偏聚倾向--碳钉扎位错作用--固溶强化作用--s、、；2）300~400℃析出条状或片状Fe3C→HRC、s；3）400~700℃cem的球化和长大、相回复和再结晶HRC、s、塑性；4）T300℃cem在M条间分布、位错密度--冲击韧性和断裂韧性。低碳M可以在淬火状态下使用吗？§7-2淬火钢回火后机械性能的变化一、低碳钢回火时机械性15二、高碳钢回火时的机械性能的变化1.T100℃富C聚集区—晶格畸变--HRC2.200~300℃HRC与AR有关含较多AR硬度降低较缓THRC3.T300℃HRC回火与拉伸性能：①300℃未消除淬火宏观应力--脆性破断；②300℃T--塑性、韧性片状M形成—产生显微裂纹回火--应力消除和在裂纹中析出碳化物--部分显微裂纹自动焊合第七章-钢的回火转变课件16三、中碳钢回火时机械性能的变化1.T250℃T--、塑性不变、HRC2.200~300℃T--HRC3.300℃与低碳钢相似，韧性、强度弹簧钢：淬火+中温回火第七章-钢的回火转变课件17§7-3回火脆化现象1.概念：回火时随回火温度上升韧性下降的现象2.分类：①回火马氏体脆性（TME）--250~400℃，低温（第一类）回火脆性；②回火脆性（TE）--450~600℃，高温（第二类）回火脆性。一、回火马氏体脆性1.现象①冲击功；②韧脆转化温度；③沿晶断裂比例

；④平面应变断裂韧性

2.机理1）残余奥氏体分解导致TME塑性相（AR薄膜）脆性相（Fe3C）注：回火时AR分解可能是导致冲击韧性

的因素之一，但不是根本原因

2）杂质偏聚在原奥氏体晶界引起TME晶间脆化

碳化物沿奥氏体晶界析出根本原因：晶界在奥氏体化时有P和S的偏聚§7-3回火脆化现象1.概念：回火时随回火温度上升韧性下183）杂质的偏聚和马氏体板条间的碳化物引起TME4）的转变引起TME3.影响因素1）化学成分①有害杂质元素—S、P、Sn、Sb、Cu、N、H、O等；②促进TME的元素—Mn、Si、Cr、Ni、V等；③减轻TME的元素—Mo、W、Ti等2）A晶粒小--TME；3）残余奥氏体量多--TME4.降低TME的方法1）提高原材料纯度并改善熔炼方法—降低钢中的杂质含量；2）采用铝脱氧或加入能细化晶粒的元素—Ti、W、Mo单位界面面积杂质偏聚量；3）加入MoP在晶界的偏聚；4）降低Mn的含量；5）采用等温淬火代替淬火-回火工艺3）杂质的偏聚和马氏体板条间的碳化物引起TME19二、回火脆性1.概述1）特征①冲击韧性；②韧脆转化温度；③沿原A晶界断口

；④原A晶界上有杂质元素和某些合金元素的偏聚。2）韧脆转化温度的表征方法①DBTT；②FATT3）TE的特点①对时间的依赖性A:在某一脆化温度下，保温时间越长，FATT越高；B:在脆化温度或高于此温度下回火时，随后的冷速对TE的出现与否具有决定性影响。②可逆性脱脆—致脆二、回火脆性202.影响TE的因素1）钢的成分①致脆元素：Mn、Cr、Ni、Si致脆作用必须有P、Sn、Sb、As等杂质元素存在②促脆元素：P、Sn、Sb、As、S、B等以存在致脆元素为前提③去脆元素：W、Mo、V、Ti2）热处理制度冷速和保温时间3）组织状态—回火前组织（M、B、P）和奥氏体晶粒大小3.TE的形成机理1）平衡偏聚理论元素偏聚晶界—晶界断裂强度

偏聚驱动力—溶质原子在晶内和晶界形成的畸变能之差2.影响TE的因素21缺点：不能解释为什么钢中同时存在某些合