第7章-钢的热处理工艺-3-回火转变.ppt

第4章 金属热处理原理与工艺 4.1 概述 4.2 钢在加热时的转变 4.3 钢在冷却时的转变 4.4 钢在回火时的转变 4.5 钢的热处理工艺 4.4 钢在回火时的转变 回火： 将淬火钢加热到临界点Ac1以下某一温度，保温后以适当方式冷至室温的一种热处理工艺。 它是淬火后不可缺少的热处理工艺。 原因： 1. 淬火钢具有高的硬度和大的淬火应力，除低碳钢外，一般都很脆。 因此，淬火钢实际上无法直接使用，必须进行回火。 2. 淬火钢的组织是：马氏体+残余奥氏体。 M、残余奥氏体在室温下都处于亚稳定状态，它们都有向铁素体和渗碳体稳定状态转化的趋势。该转化需要一定的温度和时间条件。 4.4 钢在回火时的转变 回火的目的： 减少或消除淬火工件的内应力，防止变形或开裂； 降低脆性，提高钢的塑性和韧性； 稳定钢的组织和尺寸； 获得所需的强度、硬度、塑性、韧性的配合，以满足不同的工件性能要求。 4.4 钢在回火时的转变 4.4.1 淬火钢在回火时的转变 4.4.2 淬火钢在回火时力学性能的变化 4.4.3 回火转变产物 4.4.4 回火脆性 马氏体转变的特点： 4.4.1 淬火钢在回火时的转变 一、马氏体中碳原子的偏聚（20～100℃） 二、马氏体分解（100～250℃） 三、残余奥氏体的转变（250～300℃） 四、碳化物的转变（250～400℃） 五、渗碳体的聚集长大和α相的再结晶（ 400℃以上 ） 一、马氏体中碳原子的偏聚（20～100℃） 马氏体是C在α-Fe中的过饱和固溶体，呈体心正方晶格，C原子分布在体心立方的扁八面体间隙之中，造成了很大的弹性应变，因此升高了马氏体的能量；加之马氏体晶体中存在较多的微观缺陷，也使马氏体能量增高，使马氏体处于不稳定状态。 在100℃以下回火时，铁及合金元素的原子难以扩散，但C、N等间隙原子尚可进行短距离的近程扩散。当C、N原子扩散到微观缺陷处后，将降低马氏体的能量。因此，马氏体中过饱和的C、N原子将向微观缺陷处偏聚。 一、马氏体中碳原子的偏聚（20～100℃） 对于板条马氏体，因有大量位错，碳原子倾向于偏聚在位错附近，形成偏聚区而降低马氏体的能量。 对于片状马氏体，亚结构为孪晶，没有足够的位错线容纳碳原子，因此，除少量碳原子可向位错偏聚外，大量碳原子将沿{100}M或孪晶面{112}M偏聚，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。 4.4.1 淬火钢在回火时的转变 一、马氏体中碳原子的偏聚（20～100℃） 二、马氏体分解（100～250℃） 三、残余奥氏体的转变（250～300℃） 四、碳化物的转变（250～400℃） 五、渗碳体的聚集长大和α相的再结晶（ 400℃以上 ） 二、马氏体分解（100～250℃） 在100℃以上回火时，马氏体开始发生分解，从过饱和α固溶体中析出弥散的ε-碳化物，同时，马氏体中碳浓度降低。 随着回火温度的升高，马氏体中的碳过饱和度不断下降，正方度c/a减小。 二、马氏体分解（100～250℃） 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； 含碳量较低的钢中碳浓度降低较缓； 碳钢在200℃以上回火时，在一定的回火温度下，马氏体具有一定的碳浓度，回火温度越高，马氏体的碳浓度越低。 二、马氏体分解（100～250℃） 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。 二、马氏体分解（100～250℃） 板条马氏体： 含碳量低于0.2%的板条马氏体，在（100～250℃）回火时，由于在淬火冷却时已经发生自回火，绝大部分碳原子都偏聚到位错线附近，所以在200℃以下回火时没有ε-碳化物析出。 二、马氏体分解（100～250℃） 片状马氏体： 在100～250℃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（001）M晶面沉淀析出ε-碳化物，其化学组成接近于Fe2.4C，其晶格结构为密排六方。 二、马氏体分解（100～250℃） 在TEM下观察ε-碳化物，它是长度约为100nm的条状薄片； 这种薄片是由许多直径为5nm的小微粒所组成。 4.4.1 淬火钢在回火时的转变 一、马氏体中碳原子的偏聚（20～100℃） 二、马氏体分解（100～250℃） 三、残余奥氏体的转变（250～300℃） 四、碳化物的转变（250～400℃） 五、渗碳体的聚集长大和α相的再结晶（ 400℃以上 ） 三、残余奥氏体的转变（250～300℃） 含碳量大于0.4%的碳素钢淬火后，组织中总含有可观数量的