热处理讲义5.ppt

* 第六章 钢的回火转变 回火是把淬火钢件加热到低于A1的某一温度，保温一段时间，然后冷却至室温的热处理工艺。 一、马氏体中碳原子的偏聚 100℃以下回火，马氏体中的碳原子将短距离迁移到微观缺陷处，使系统能量降低。 由于含碳量不同，马氏体中可能出现两种不同的偏聚过程： §6-1 淬火钢在回火时的组织变化 (1) 含碳量小于0.2%的马氏体中，间隙碳原子全部偏聚到高密度的位错线上，形成柯氏气团。这是碳原子与位错的弹性应力场交互作用，被弹性地吸引到位错线上的结果，故称为弹性偏聚。此时，马氏体为体心立方点阵，不出现正方度。当马氏体的含碳量为0.2%时，偏聚达饱和状态。 (2) 含碳量大于0.2%的马氏体中，多余的碳原子不再偏聚到位错线附近，而是在垂直c轴的(001)α′面上偏聚，伴随有化学自由能降低，正方度c/a增大，强度、硬度提高，称为化学偏聚。 二、马氏体的分解与亚稳碳化物的形成 在100℃以上回火时，马氏体将发生较为明显的分解，使其碳浓度降低，点阵常数c减小，a增大，正方度c/a减小，并析出碳化物。 图6-1 0.96%C钢回火时马氏体的含碳量、晶格常数 (c/a)比与回火温度及回火时间的关系 片状马氏体的分解分为两个阶段： 在100~150℃之间回火为马氏体分解的第一阶段，称为二相式分解； 在150℃以上回火为马氏体分解的第二阶段，称为连续式分解。 ε 图6-2 马氏体二相式分解(a)和连续式分解(b)示意图 图6-3 不同含碳量的碳钢中马氏体的含碳量 与回火温度的关系(回火时间1小时) 图6-4 1.09%C钢在不同温度回火时马氏体的 含碳量与回火时间的关系 在150~250℃回火时，片状马氏体将分解为片状α固溶体和薄片状ε碳化物的两相组织，称为回火马氏体。 由于ε碳化物的弥散析出，使得回火马氏体比淬火马氏体易于腐蚀，因而回火马氏体在光学显微镜下呈暗黑色片状组织。 对于含碳量0.2%的板条状马氏体，在100~200℃之间回火时，马氏体一般不析出ε碳化物，碳原子仍偏聚在位错线附近。 三、残余奥氏体的转变 含碳量超过0.5%的碳钢或低合金钢，淬火后才有一定数量的残余奥氏体存在。 在200~300℃温度区间回火时，残余奥氏体将分解为过饱和α固溶体和薄片状ε碳化物的两相组织，一般认为是回火马氏体或下贝氏体，可用下式表示： γR→M′或B(α+ε-Fe2.4C) 四、碳化物的转变 在250~400℃之间回火时，碳素钢马氏体中过饱和的碳原子几乎全部析出，形成比ε碳化物更加稳定的χ碳化物和θ碳化物。 稳定 斜方晶系 Fe3C θ 亚稳定 单斜晶系 Fe5C2 χ 亚稳定 六方晶系 Fe2.4C ε 稳定性 结构 化学式 铁碳化合物 表6-1 铁碳化合物的组成、结构与稳定性 (001)θ∥(-112)α′；[010]θ∥[11-1]α′；[100]θ∥[1-10]α′ {110}α′ {112}α′ θ (100)χ∥(-1-21)α′；[010]χ∥[101]α′；[011]χ∥[-111]α′ {112}α′ χ (0001)ε∥(011)α′；(10-11)ε∥(101)α′；[11-20]ε∧[100]α′=5o {100}α′ ε 位向关系 惯习面 铁碳化合物 表6-2 铁碳化合物与母相的位向关系 碳化物转变也是通过形核与长大方式进行的，依据原有碳化物和新形成碳化物与母相的惯习面和位向关系的异同，可以分为两类： (1) “原位”转变：如果原有碳化物和新形成碳化物与母相的惯习面和位向关系相同，则可原位转变；即通过原有碳化物成分的变化和点阵的重构转化为新碳化物。 (2) “独立”形核长大转变：如果原有碳化物和新形成碳化物与母相的惯习面和位向关系不同，则以独立形核长大方式转变；即原有碳化物溶解，新碳化物在其它部位重新形核和长大。 α′→ε-Fe2.4C→χ-Fe5C2→θ-Fe3C C% 0.4~0.6% α′→ε-Fe2.4C ? ? ? →θ-Fe3C 0.2%C%0.4~0.6% α′ ? ? ? ? ? ? →θ-Fe3C C%0.2% 碳化物转变情况 含碳量 表6-3 回火时含碳量不同的马氏体中碳化物的转变情况 图6-5 1.34%C钢回火时三种碳化物析出的范围 (虚线表示未确定界限) 五、碳化物的聚集长大与α相的回复、再结晶 回火温度高于400℃后，渗碳体明显聚集长大并球化，无论是片状渗碳体的球化还是粒状渗碳体的长大，均按小颗粒溶解，大颗粒长大的机理进行。 回火温度超过400℃后，α相将发生回复。在回复过程中，α相中的位错密度逐渐降低，剩下的位