材料科学与工程专业金属热处理原理及工艺-课件第八章淬火与回火

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2.马氏体分解（100--250 ℃ ）
（1）高碳马氏体分解 b.马氏体单相分解（150-250 ℃ ）当温度高于150℃时，碳原子扩散能力加大，α相中不同浓度可通过长程扩散消除，析出的碳化物粒子可从较远处得到碳原子而长大。故在分解过程中，不再存在两种不同碳含量的α 相，碳含量和正方度不断下降，当温度达300℃
回火组织（M回、T回、S回）比较
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回火组织（M回、T回、S回）比较
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T8钢的回火组织（M回、T回、S回）
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硬度
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强度
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碳钢淬火后回火时的力学性能的变化总结
钢在回火时力学性能变化如下：（1）硬度：回火时硬度变化的总趋势是随回火温度的升高而下降但低、中碳钢在250 ℃以下回火硬度下降不多，高碳钢在100℃回火时硬度略有上升，出现一个峰值。 250 ℃以上回火硬度持续下降。（2）强度和塑性：回火时强度变化的趋势是随回火温度的升高，强度（σb、
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随温度升高，淬火组织将发生五个阶段变化： • 马氏体中碳原子偏聚（100℃以下） •马氏体的分解（100～250℃）
产物：M回
• 残余奥氏体的转变（200～300℃）产物：M回（主要）+ B下（微量）
• 碳化物析出和转变（250～400℃）产物：T回
使其长大。但由于温度低，进行的仅仅是近程扩散，从而形成具有二个浓度的α相，析出的碳化物粒子也不易长大。
b) 在高碳区继续形成新核，随时间延长，高碳区逐渐变成低碳区，高碳区减少。
c) 低碳区增多，平均成分将至0.250.3%，与原始碳量、分解温度无关。
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700
600
500
温度
400
℃
300
Ms 200
100
0
Mf
-100
-200 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 Wc 100
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8.2 回火
回火——将淬火零件重新加热到低于临界点A1某一温度保温，使淬火亚稳组织转变为稳定的回火组织，并以适当的冷却速度冷却到室温的热处理工艺过程。
回火目的：提高淬火钢塑性和韧性，降低其脆性；降低或消除淬火引起的残余应力；稳定尺寸
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• α相状态变化及碳化物聚集长大（>400 ℃) 产物： S回
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三、合金元素对回火的影响
合金元素对钢回火时组织转变的影响表现在： 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。
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T12钢780℃淬火+200℃回火组织（400倍M）回+碳化物+Ar
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ε碳化物
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总之，这一阶段转变完成后，钢的组织是由有一定过饱和度的α 固溶体和与其有共格关系的ε碳化物所组成的复相混合组织，称为回火马氏体(如图)。
M → M回（α’＋ε-碳化物）在普通金相显微镜下，观察不出回火马氏体中的ε碳化物。回火马氏体在形态上与淬火马氏体相似，但回火马氏体易腐蚀，呈黑色组织。
一、回火时钢的组织转变
随温度升高，淬火组织将发生五个阶段变化： • 马氏体中碳原子偏聚（100℃以下） •马氏体的分解（100～250℃）
产物：M回
• 残余奥氏体的转变（200～300℃）产物：M回（主要）+ B下（微量）
• 碳化物析出和转变（250～400℃）产物：T回
• α相状态变化及碳化物聚集长大（>400 ℃) 产物： S回
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5.α相状态变化和碳化物聚集长大（400--700 ℃ ）主要发生如下变化：内应力消除：宏观区域性内应力（工件内外），550 ℃全部消除；微观区域性内应力（晶粒之间）， 500 ℃基本消除；晶格弹性畸变应力（碳过饱和）， ε转变完即消除。回复与再结晶：回火使亚结构（位错、孪晶）消失；板条和片
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4.碳化物的转变（250--400 ℃ ）亚稳碳化物将转变成为更加稳定的碳化物形式存在。高碳钢：
M M+ε M+ε+χ M+ε+χ+θ
M + χ + θ M + θ（稳定的回火屈氏体）
中碳钢： M M+ε
M + θ（稳定的回火屈氏体）
产物：回火马氏体。性能：保留高硬度
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20钢980℃淬火+200℃回火组织（400倍）
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T12钢1100℃淬火+200℃回火组织（400倍）M回+Ar
状马氏体特征保留（回复）、消失（再结晶）。
碳化物聚集长大：原棒状、片状、粒状渗碳体消失、溶解，并逐渐球化长大，越来越粗大。
产物：等轴状铁素体＋均匀的球状碳化物 ——回火索氏体。
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回火索氏体
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低碳钢： M 位错处偏聚 M + θ（稳定的回火屈氏体）
产物：回火屈氏体（饱和α相＋细小粒状渗碳体）回火屈氏体
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综上所述 1.板条马氏体马氏体中的碳原子全部析出，在原马氏体内或晶界上析出渗碳体。α 相仍保持原M的形态。 χ2碳.片化状物马再氏转体变成ε渗碳碳化体物。溶χ解碳，化形物成仍χ碳与化基物体（保χ持—共F格e5C关2系），。渗碳体与基体无共格关系。α 相中的孪晶亚结构消失。这一阶段转变完成后, 钢的组织由饱和的针状α相和细小粒状的渗碳体组成，这种组织称为回火屈氏体。回火屈氏体仍保持原马氏体的形态，但模糊不清。
2.884
1.009
0.21
200
1h
2.859
2.878
1.006
0.14
225
1h
2.861
2.874
Hale Waihona Puke 1.0040.08
250
1h
2.863
2.872
1.003
0.06
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双相分解机制： a) 在碳原子的富集区，形成碳化物核，周围碳原子的扩散促
十分稳定，在回火加热时Ar发生部分分解，导致Ar稳定性下降，在随后的快速冷却过程中剩余的Ar转变为马氏体，使钢的硬度有较大提高，这种现象称为二次淬火。
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2、引起二次硬化定义：某些淬火钢在500～650℃ 回火后硬度又增加的现象。本质：合金碳化物的弥散强化意义：红硬性、高温强度
1、提高钢的回火抗力
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1.提高钢的回火抗力 Me对低温回火的影响较小中、高温下， Me阻碍碳的扩散，显著提高了马氏体的
分解温度。 Me可阻止碳化物长大和F等轴化，延缓了硬度的下降。发生二次淬火现象。某些高合金钢（如高速钢）中的Ar
合金钢回火时碳化物析出序列
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四、回火脆性
在某些温度区间回火时，钢的韧性显著下降的现象。
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2.马氏体分解（100--250 ℃ ）（1）高碳马氏体分解
a.马氏体双相分解（100～150 ℃ ）
当温度低于150℃时，回火后可出现两种不同正方度的M。
σs、SK）不断下降，塑性（δ、ψ ）不断升高。但低温回火时强度略有上升，
塑性基本不变。弹性极限σe在300～400℃有一峰值。（3）韧性：回火时韧性变化的趋势是随回火温度的升高，韧性升高，但合金脆钢性的。韧性升高是不连续的，在T-aK和 T-KIC曲线上出现两个谷值，即回火（4）高碳钢淬火裂纹：回火时可发生自动“焊合”，消除或减少裂纹。
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一、回火时组织转变
按回火温度划分如下阶段，但各阶段也不是单独发生，而是相互重叠的。 1.碳原子偏聚（时效阶段） ——(100℃以下) 由于淬火马氏体为过饱和固溶体，组织中有大量亚结构。位错马氏体，低温下C、N原子短程扩散到位错线附近孪晶马氏体，低温下C 、N原子短程扩散聚集到某一晶面
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Mo钢中碳化物在550℃时产生二次硬化。
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高速钢三次560℃回火，在560℃回火时 , 产生二次硬化
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含碳 1.4%的马氏体回火后点阵常数、正方度与含碳量的变化
回火温度回火时间 a ℃
c
c/a
碳含量(%)
室温
10d
2.846
3.02
1.062
1.4
100
1h
2.846
3.02
1.062
1.2
125
1h
2.846
2.886
1.013
0.29
150
1h
2.852
2.886
1.012
0.27
175
1h
2.857
问题：1、回火组织M回、T回、S回的性能有何差别？ 2、 T回与T、S回与S，在组织和性能上有何差别？
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二、回火组织机械性能回火组织机械性能取决于回火组织
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时，正方度c/a接近1。
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2.马氏体分解（100--250 ℃ ）（2）低碳及中碳马氏体的分解
低碳钢及中碳钢MS点高，淬火过程中会发生碳原子偏聚
及碳化物析出，这一特征称为自回火。淬火后，在150℃ 回火时，不再发生碳化物的析出。当回火温度高于200℃ 时，发生单相分解析出碳化物。中碳钢正常淬火得到板条与片状马氏体的混合组织，并有低碳、高碳马氏体特征。
3.残余奥氏体分解（200--300 ℃ ）
在200～300℃之间, 钢中的残余奥氏体将发生分解，转变为回火马氏体或下贝氏体。其转变可用下式表示：
Ar → M回或 B下（α’＋碳化物）
碳化物可能是ε－FexC ，也可能是Fe3C 。钢淬火后的残余奥氏体，与过冷奥氏体同属亚稳组织，但二者仍有不同点，如： (1) 已发生的转变会对残奥氏体带来影响，如马氏体条间的残余奥氏体含碳量就大大高于平均含碳量，已转变的马氏体会使残奥处于三向压应力状态等。 (2) 回火过程中，马氏体将继续转变，这必然影响到残余奥氏体的转变。