材料工程基础讲稿17_附件.ppt

* 第七章 淬火钢在回火时的转变 钢在淬火后得到的是亚稳的高硬度、高强度的M及Ar。 为了满足不同零件对性能的要求，将淬火钢重新加热 到A1以下某一温度，保温一定时间使亚稳的M及Ar转变到 一定程度后→冷至室温，调整零件的性能——回火。 在回火时所发生的转变——回火转变。 回火可以在A1以下很大范围内调整温度→力学性能在很 宽的范围内变化。 因此，回火是调整钢制零件的性能以满足适用要求的有 效手段。 §7－1 淬火钢在回火时的组织转变 淬火钢：M和一定量的Ar。 淬火组织是高度不稳定的，这是因为： ①M中的碳是高度过饱和的； ②M有很高的应变能和其它缺陷； ③与M并存的还有一定量的Ar。 由于M和Ar的不稳定状态与平衡状态的自由焓差→驱动 力，使得回火转变成为一种自发的过程。 在动力学条件具备时，转变即可自发进行——回火处理 就是通过加热提高原子的活动能力，使转变以适当的速度 进行，或在适当时间内，使转变达到所要求的程度。 根据在不同温度范围发生的组织转变，可将碳钢的整 个回火过程分为以下五个有区别而又相互重叠的阶段。 淬火高碳钢回火组织与物理性能变化 注：回火转变是随温度升高连续进行的，由于所采用的实验方法和 精度不同，不同文献给出的各阶段温度范围会有一些差异，甚至对 回火阶段的划分也不尽相同。 回火S 放热 减小 400 Ⅳ 回火T 放热 减小 300～400 Ⅲ Ar分解 大量放热 增大 190～300 Ⅱ 回火M 放热 减小 100～350 Ⅰ 马氏体 － 变化不大 100 预备阶段 产物 热效应 长度 温度（℃） 阶段 1．回火预备阶段（时效阶段，－40～100℃） 初形成的M中，碳原子分布在扁八面体中心——碳原子 的存在→晶体点阵产生严重畸变→M处于不稳定状态。为 了降低能量，碳在以碳化物形式析出之前，碳原子将首先 向大量存在于M中的位错及孪晶界面偏析。 由于碳原子比较小，在室温附近即可通过扩散向晶内缺 陷偏聚。 含碳量＜0.2%的低碳M在200℃以下回火时所发生的主要是碳原子 往位错等晶体缺陷的偏聚。用场离子显微镜、原子探针证实，含 0.21%碳的钢，经1000℃奥氏体化淬火成M，经150℃回火后α基底 碳含量仅0.0294%,而板条M条界则高达0.422％，较平均碳含量提高 了一倍。碳在板条界的偏聚可能发生在淬火过程中，淬火后的室温 停留及回火过程中。在板条M边界保留的Ar很可能与淬火过程中所 发生的碳原子的偏聚有关。即已形成的M中的碳原子往边界扩散， 提高了未转变A的碳含量，再加以相硬 化引起机械稳定化，使A得以保留到室温。 M晶内的碳原子在位错上的偏聚仍难以 证实，而只能用其它方法给以间接证明。 在－196℃测得不同碳含量淬火钢的电 阻值。 高碳M比较复杂，高碳M在0℃以下具有异常正方度，点阵常数a及 正方度c/a就有可能发生变化。这表明碳原子在x、y位置与z位置之 间在0℃以下就有了跳动。 原子探针还证实了碳原子在片状M的孪晶界面上的偏聚。对Fe- 0.78C-0.65Mn钢，经1200℃、2hA化后水淬成M并立即在液氮中深 冷，再在室温时效24h，然后用原子探针测量。结果得出α基底碳 含量为0.57%，低于平均碳含量，而孪晶界的碳含量为1.45%。如假 定这些碳分布在孪晶界单原子层上，则可得出碳含量可高达 5.04%。 将淬火所得M加热到160℃回火1h，则使碳原子更加偏聚在 孪晶界，此时测得基体碳含量已降为0.32%，孪晶界碳含量已由 1.45%提高到1.83%。 偏聚↑点阵畸变→硬度、强度↑——时效硬化。 2．过渡碳化物（ε/η）的析出（回火第一阶段） 随回火温度的提高及时间的延长，富集区中的碳原子将 转变为碳化物。随碳化物的析出，M的碳含量不断减少， c/a不断下降。 1）高碳M的分解 X射线结构分析证实高碳M经不同温度回火后的正方度出 现变化。当回火温度低于125℃时出现了两个不同的正方 度—碳化物的析出，出现了两种碳含量的α相。回火温度 高于125℃时，只测得了一个正方度。且随回火温度的升 高，正方度愈来愈小。由于温度不同，碳化物的析出—— 双相分解及单相分解。 双相分解 在125～150℃以下。 随碳化物的析出，出现了两个正方度不同的α相。即具 有高正方度的保持原始碳含量的未分解的M以及具有低正 方度的碳已经部分析出的M。进一步的测定表明随回火时 间的延长，正方度均不变，但高正方度α的衍射愈来愈 弱，直至消失，而低正方度α相的衍射愈来愈强。这表明 在低于150℃回火过程中，随碳化物的析出，两个α相的 碳含量均未发生变化：只是高碳区↓，