第七章-鋼的回火轉(zhuǎn)變課件

第七章回火轉(zhuǎn)變與鋼的回火概述1.定義：將淬火后的鋼在A(yíng)1以下溫度加熱、保溫并以適當(dāng)速度冷卻。低溫（150~250℃）、中溫（350~500℃）、高溫（500℃）2.基本目的①提高淬火鋼的塑韌性，降低脆性；②降低或消除淬火引起的殘余內(nèi)應(yīng)力；3.研究?jī)?nèi)容①淬火鋼在回火過(guò)程中的變化規(guī)律及影響因素；②回火參數(shù)對(duì)組織和性能的影響；③研制新合金第七章回火轉(zhuǎn)變與鋼的回火概述1§7-1淬火碳鋼回火時(shí)的組織變化淬火后為什么及時(shí)回火？淬火組織的高度不穩(wěn)定性：①馬氏體中的碳是過(guò)飽和的；②馬氏體有很高的應(yīng)變能和界面能；③與馬氏體并存的還有一定量的AR轉(zhuǎn)變驅(qū)動(dòng)力—M和AR的不穩(wěn)定狀態(tài)與平衡狀態(tài)的自由能差動(dòng)力學(xué)條件—原子活動(dòng)能力回火加熱一、馬氏體中碳原子的偏聚—時(shí)效階段（100℃以下）碳原子的偏聚和聚集位置：①位錯(cuò)線(xiàn)附近的間隙位置；②在孿晶面形成富C聚集區(qū)域。1.低碳M：高密度位錯(cuò)室溫附近C、N原子有一定擴(kuò)散能力2.片狀M：孿晶C在一定晶面聚集（100）

強(qiáng)度、硬度§7-1淬火碳鋼回火時(shí)的組織變化淬火后為什么及時(shí)回火？2二、馬氏體分解/過(guò)渡碳化物的析出—回火第一階段（100~200℃）回火溫度、回火時(shí)間富C區(qū)的碳原子有序化析出碳化物高C馬氏體：M內(nèi)過(guò)飽和碳原子脫溶析出-碳化物密排六方Fe2.4C與母相共格低碳鋼不大可能沉淀-碳化物–時(shí)效階段末期M仍具有體心正方性-碳化物Fe2C回火馬氏體：高碳鋼在此溫度范圍回火時(shí)，M分解后形成的低碳相和彌散/-碳化物組成的復(fù)相組織。二、馬氏體分解/過(guò)渡碳化物的析出—回火第一階段（100~203三、殘余奧氏體的分解—回火第二階段（200~300℃）分解產(chǎn)物：-碳化物（Fe3C）+F粒狀—對(duì)韌性有害四、碳化物析出與轉(zhuǎn)變—回火第三階段（200~400℃）/-碳化物

-碳化物

-碳化物Fe5C2單斜晶系/-碳化物與-碳化物的慣習(xí)面不同-碳化物不是由/-碳化物轉(zhuǎn)變而來(lái)單獨(dú)形核并長(zhǎng)大離位析出-碳化物{112}從-碳化物直接轉(zhuǎn)變而來(lái)—就地形核（原位析出）{110}重新形核長(zhǎng)大變化趨勢(shì)：由具有一定飽和度的相與其有共格聯(lián)系的-碳化物的混合組織，轉(zhuǎn)變?yōu)橄嗯c其無(wú)共格聯(lián)系的-碳化物的混合組織。轉(zhuǎn)變后的組織—回火屈氏體注：①在碳濃度＜0.4%的馬氏體回火時(shí)，不形成-碳化物；②在碳濃度＜0.2%的馬氏體回火時(shí)，不析出-碳化物，而是直接形成-碳化物。三、殘余奧氏體的分解—回火第二階段（200~300℃）4五、α相狀態(tài)變化及碳化物聚集長(zhǎng)大—回火第四階段（400℃）驅(qū)動(dòng)力—表面能的減小膠態(tài)平衡理論高溫長(zhǎng)時(shí)回火：組織為等軸鐵素體基體中分布的較粗的球狀碳化物回復(fù)：①低碳條狀M—內(nèi)部位錯(cuò)胞、位錯(cuò)線(xiàn)逐漸消失—位錯(cuò)密度，剩下的位錯(cuò)—位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)--相晶粒被分割成許多亞晶?！貜?fù)后仍保持條狀；②孿晶M：位錯(cuò)胞和位錯(cuò)線(xiàn)將取代孿晶，后面的過(guò)程同板條M等軸F的形成①再結(jié)晶；②晶粒長(zhǎng)大的結(jié)果淬火內(nèi)應(yīng)力的消除—第一、第二、第三類(lèi)內(nèi)應(yīng)力五、α相狀態(tài)變化及碳化物聚集長(zhǎng)大—回火第四階段（400℃）5第七章-鋼的回火轉(zhuǎn)變課件6第七章-鋼的回火轉(zhuǎn)變課件7高碳鋼中回火馬氏體與下貝氏體的區(qū)別高碳鋼中回火馬氏體與下貝氏體的區(qū)別8從顯微組織的形態(tài)和分布來(lái)看，下貝氏體與高碳鋼回火馬氏體很相似，都是暗黑色針狀，各個(gè)針狀物之間都有一定的交角，而它們的區(qū)別是：1）高碳鋼的回火馬氏體表面浮凸呈N字形，下貝氏體的表面浮凸是不平行的，相交成“v”形或“Λ”形；2）高碳鋼回火馬氏體中存在位錯(cuò)與孿晶，下貝氏體中鐵素體也有位錯(cuò)纏結(jié)存在，但沒(méi)有孿晶結(jié)構(gòu)存在；3）下貝氏體中碳化物的分布與高碳鋼回火馬氏體中碳化物的分布明顯不同，前者沿著與貝氏體長(zhǎng)軸呈50

~60

傾斜的直線(xiàn)規(guī)律排列，與相間析出相似，而后者在相中均勻分布；4）在高碳鋼中回火馬氏體的韌性低于同強(qiáng)度下貝氏體的韌性。從顯微組織的形態(tài)和分布來(lái)看，下貝氏體與高碳鋼回火馬9§7-2合金元素對(duì)回火轉(zhuǎn)變的影響影響：①延緩鋼的軟化，提高鋼的回火抗力；②引起二次硬化現(xiàn)象；③影響鋼的回火脆性。一、提高鋼的回火抗力（回火穩(wěn)定性）

在回火過(guò)程中隨回火溫度的升高鋼抵抗硬度下降的能力相同溫度回火，硬度下降少的稱(chēng)為回火抗力好。1.合金元素對(duì)低溫（250℃）回火組織變化的影響低碳鋼：對(duì)碳的偏聚狀態(tài)影響不大中高碳鋼—析出過(guò)渡碳化物（-碳化物），除Si外，合金元素對(duì)-碳化物的析出無(wú)影響合金元素對(duì)低、中、高碳鋼低溫回火后的強(qiáng)硬度影響較弱，主要取決于含碳量Si—可有效提高鋼回火抗力原因：硅能溶解到-碳化物中，增加了它的穩(wěn)定性，使其保持到更高溫度才溶解--推遲了滲碳體的析出過(guò)程，因而只有在更高的回火溫度才開(kāi)始軟化。§7-2合金元素對(duì)回火轉(zhuǎn)變的影響影響：①延緩鋼的軟化，提102.合金元素對(duì)AR轉(zhuǎn)變的影響1）AR

B、AR

P、AR

M二次淬火—當(dāng)AR在B和P之間的A穩(wěn)定區(qū)域保持，AR不發(fā)生分解，在隨后冷卻轉(zhuǎn)變?yōu)镸。2）回火時(shí)的二次淬火和穩(wěn)定化、催化現(xiàn)象催化—回火時(shí)二次淬火的Ms’Ms產(chǎn)生的二次M的量較多穩(wěn)定化—回火時(shí)二次淬火的Ms’Ms產(chǎn)生的二次M的量較少二次淬火M脆性--必須再進(jìn)行回火3.合金元素對(duì)碳化物聚集長(zhǎng)大的影響合金碳化物的聚集長(zhǎng)大：小顆粒碳化物的溶解，碳和合金元素?cái)U(kuò)散到大顆粒碳化物中去的方式進(jìn)行隨T--碳化物中的合金元素濃度變化碳化物形成元素從Fcem非碳化物形成元素從cem中擴(kuò)散出來(lái)1）碳化物形成元素的加入—阻礙Fe3C的聚集長(zhǎng)大①合金滲碳體穩(wěn)定，減慢溶解；②與碳親和力強(qiáng)—C在相中的擴(kuò)散激活能--阻礙C擴(kuò)散

2.合金元素對(duì)AR轉(zhuǎn)變的影響112）非碳化物形成元素的加入—Si固溶于-碳化物，不溶于Fe3C強(qiáng)烈阻礙Fe3C聚集長(zhǎng)大原因：Fe3C長(zhǎng)大—排Si--Fe3C周?chē)纬筛吖鑹Α璧KC原子向Fe3C內(nèi)擴(kuò)散Fe3C顆粒的長(zhǎng)大取決于Si的擴(kuò)散(思考)相同溫度下回火，含碳量相同的合金鋼的硬度大于碳鋼的硬度？2）非碳化物形成元素的加入—Si固溶于-碳化物，不溶124.合金元素對(duì)鋼回火時(shí)回復(fù)和再結(jié)晶的影響Co、Cr、Mo、W、V--鐵再結(jié)晶溫度Si延緩中碳鋼回火時(shí)回復(fù)（位錯(cuò)密度）和再結(jié)晶過(guò)程（相晶粒長(zhǎng)大）總結(jié)：①300℃除硅外所有合金元素對(duì)鋼的回火穩(wěn)定性影響不大，；②300℃所有合金元素特別是碳化物形成元素，能強(qiáng)烈阻礙碳化物的聚集長(zhǎng)大以及延緩鋼的回復(fù)和再結(jié)晶—回火抗力二、合金元素對(duì)cem類(lèi)型變化的影響及二次硬化現(xiàn)象強(qiáng)碳化物形成元素：Cr、Mo、W、V、Ti、Nb500℃碳化物類(lèi)型變化：滲碳體特殊合金碳化物（極細(xì)小彌散）形成途徑：①原位析出；②離位析出特殊合金碳化物與母相共格—回火鋼硬度

二次硬化：某些淬火合金鋼在500~650℃回火后硬度，在硬度-回火溫度曲線(xiàn)上出現(xiàn)峰值的現(xiàn)象。4.合金元素對(duì)鋼回火時(shí)回復(fù)和再結(jié)晶的影響13注：①碳素鋼不發(fā)生二次硬化現(xiàn)象，非（弱）碳化物形成元素不能引起二次硬化；②二次硬化的本質(zhì)：共格析出的合金碳化物的彌散強(qiáng)化；③T--特殊碳化物量--共格畸變硬度達(dá)到峰值T--碳化物長(zhǎng)大—彌散度共格被破壞—畸變消失—位錯(cuò)密度應(yīng)用：高速鋼—刃具鋼—保持高的紅硬性硬度

注：①碳素鋼不發(fā)生二次硬化現(xiàn)象，非（弱）碳化物形成元素不能引14§7-2淬火鋼回火后機(jī)械性能的變化一、低碳鋼回火時(shí)機(jī)械性能的變化

1）T250℃--C原子偏聚在位錯(cuò)線(xiàn)附近，不析出-碳化物—組織變化不大—硬度變化不大；T--C向位錯(cuò)附近的偏聚傾向--碳釘扎位錯(cuò)作用--固溶強(qiáng)化作用--s、、；2）300~400℃析出條狀或片狀Fe3C→HRC、s；3）400~700℃cem的球化和長(zhǎng)大、相回復(fù)和再結(jié)晶HRC、s、塑性；4）T300℃cem在M條間分布、位錯(cuò)密度--沖擊韌性和斷裂韌性。低碳M可以在淬火狀態(tài)下使用嗎？§7-2淬火鋼回火后機(jī)械性能的變化一、低碳鋼回火時(shí)機(jī)械性15二、高碳鋼回火時(shí)的機(jī)械性能的變化1.T100℃富C聚集區(qū)—晶格畸變--HRC2.200~300℃HRC與AR有關(guān)含較多AR硬度降低較緩THRC3.T300℃HRC回火與拉伸性能：①300℃未消除淬火宏觀(guān)應(yīng)力--脆性破斷；②300℃T--塑性、韌性片狀M形成—產(chǎn)生顯微裂紋回火--應(yīng)力消除和在裂紋中析出碳化物--部分顯微裂紋自動(dòng)焊合第七章-鋼的回火轉(zhuǎn)變課件16三、中碳鋼回火時(shí)機(jī)械性能的變化1.T250℃T--、塑性不變、HRC2.200~300℃T--HRC3.300℃與低碳鋼相似，韌性、強(qiáng)度彈簧鋼：淬火+中溫回火第七章-鋼的回火轉(zhuǎn)變課件17§7-3回火脆化現(xiàn)象1.概念：回火時(shí)隨回火溫度上升韌性下降的現(xiàn)象2.分類(lèi)：①回火馬氏體脆性（TME）--250~400℃，低溫（第一類(lèi)）回火脆性；②回火脆性（TE）--450~600℃，高溫（第二類(lèi)）回火脆性。一、回火馬氏體脆性1.現(xiàn)象①?zèng)_擊功；②韌脆轉(zhuǎn)化溫度；③沿晶斷裂比例

；④平面應(yīng)變斷裂韌性

2.機(jī)理1）殘余奧氏體分解導(dǎo)致TME塑性相（AR薄膜）脆性相（Fe3C）注：回火時(shí)AR分解可能是導(dǎo)致沖擊韌性

的因素之一，但不是根本原因

2）雜質(zhì)偏聚在原奧氏體晶界引起TME晶間脆化

碳化物沿奧氏體晶界析出根本原因：晶界在奧氏體化時(shí)有P和S的偏聚§7-3回火脆化現(xiàn)象1.概念：回火時(shí)隨回火溫度上升韌性下183）雜質(zhì)的偏聚和馬氏體板條間的碳化物引起TME4）的轉(zhuǎn)變引起TME3.影響因素1）化學(xué)成分①有害雜質(zhì)元素—S、P、Sn、Sb、Cu、N、H、O等；②促進(jìn)TME的元素—Mn、Si、Cr、Ni、V等；③減輕TME的元素—Mo、W、Ti等2）A晶粒小--TME；3）殘余奧氏體量多--TME4.降低TME的方法1）提高原材料純度并改善熔煉方法—降低鋼中的雜質(zhì)含量；2）采用鋁脫氧或加入能細(xì)化晶粒的元素—Ti、W、Mo單位界面面積雜質(zhì)偏聚量；3）加入MoP在晶界的偏聚；4）降低Mn的含量；5）采用等溫淬火代替淬火-回火工藝3）雜質(zhì)的偏聚和馬氏體板條間的碳化物引起TME19二、回火脆性1.概述1）特征①?zèng)_擊韌性；②韌脆轉(zhuǎn)化溫度；③沿原A晶界斷口

；④原A晶界上有雜質(zhì)元素和某些合金元素的偏聚。2）韌脆轉(zhuǎn)化溫度的表征方法①DBTT；②FATT3）TE的特點(diǎn)①對(duì)時(shí)間的依賴(lài)性A:在某一脆化溫度下，保溫時(shí)間越長(zhǎng)，F(xiàn)ATT越高；B:在脆化溫度或高于此溫度下回火時(shí)，隨后的冷速對(duì)TE的出現(xiàn)與否具有決定性影響。②可逆性脫脆—致脆二、回火脆性202.影響TE的因素1）鋼的成分①致脆元素：Mn、Cr、Ni、Si致脆作用必須有P、Sn、Sb、As等雜質(zhì)元素存在②促脆元素：P、Sn、Sb、As、S、B等以存在致脆元素為前提③去脆元素：W、Mo、V、Ti2）熱處理制度冷速和保溫時(shí)間3）組織狀態(tài)—回火前組織（M、B、P）和奧氏體晶粒大小3.TE的形成機(jī)理1）平衡偏聚理論元素偏聚晶界—晶界斷裂強(qiáng)度

偏聚驅(qū)動(dòng)力—溶質(zhì)原子在晶內(nèi)和晶界形成的畸變能之差2.影響TE的因素21缺點(diǎn)：不能解釋為什么鋼中同時(shí)存在某些合