钢的回火

北京理工大学材料学院
苏铁健
钢在淬火后为何要及时回火？
1. 回火定义与目的
定义：将淬火钢加热到A1以下的某温度保温后冷却的工艺。

目的：
l降低脆性，减少或消除淬火内应力，防止工件变形或开裂。

l稳定组织。

淬火得到的马氏体和残余奥氏体都是不稳定组织，有自发向铁素体+渗碳体转变的倾向。

回火可使其转变为平衡或接近平衡的组织，防止使用时变形。

l获得所需力学性能。

淬火组织一般硬度高、脆性大，通过适当回火可调整硬度和韧性。

为什么没有250~350℃之间的回火？
2. 回火的分类
回火的分类（根据温度范围）：
低温回火： 150-250℃
中温回火： 350-500℃
高温回火： 500-650℃
3. 低温回火：组织变化（回火马氏体）回火马氏体金相照片
马氏体分解，析出亚稳ε-碳化物并以
细片状分布在马氏体基体上，称为回火马
氏体（M 回）。

在光学显微镜下M 回为黑色
（黑针），A'为白色，如图所示。

由于马
氏体分解，减轻了对残余奥氏体的压力，
因而残余奥氏体也分解为ε-碳化物+过饱
和铁素体（M 回）。

(1) 回火马氏体与马氏体有何不同？
(2) 下图哪些区域是回火马氏体，哪些区域是
残余奥氏体？
3. 低温回火：性能变化与用途
l保留淬火后的高硬度（一般为58~64HRC）、高耐磨性的同时，降低内应力，提高韧性。

l主要用于处理各种工具、模具、轴承及经渗碳和表面淬火的工件。

3. 中温回火：组织变化（回火托氏体）
马氏体分解为铁素体与渗碳体，在保持马氏体形态（板条状或针片状）的铁素体基体上分布着细粒状Fe
3
C（渗碳体）组织，称为回火托氏体，用T回表示，如图所示。

回火托氏体与等温转变获得的托氏体组织有何不同？（获得途径及形态分布）
回火托氏体金相照片
3. 中温回火：性能变化与用途
l回火托氏体组织具有较高的弹性极限和屈服极限，并具有一定的韧性，硬度一般为35~45HRC。

l主要用于各类弹簧的处理。

3. 高温回火：组织变化（回火索氏体）
回火马氏体金相照片
Fe 3C 发生聚集长大，铁素体发生多边
形化，由针片状转变为多边形。

这种在多
边形铁素体基体上分布着颗粒状Fe 3C 的组
织称为回火索氏体，用S 回
表示，如图所示。

回火索氏体与等温转变获得的索氏体组织有何不同？（获得途径及形态分布）
3. 高温回火：性能变化与用途
l具有良好的综合力学性能（较高的强度+良好的塑性和韧性），硬度一般为25~35HRC。

通常把淬火+高温回火的热处理工艺称作
“调质处理”，简称“调质”。

l广泛用于各种重要结构件如连杆、轴、齿轮等的处理。

4. 回火脆性
如图所示，钢在回火时，总的趋势是随回火温度提高，钢的强度、硬度下降，塑性、韧性提高。

但在某些温度范围内回火时，会出现冲击韧性下降的现象，称作回火脆性。

根据回火脆性出现的温度范围，可将其分为两类。

4. 回火脆性：低温回火脆性
淬火钢在250-350℃回火时出现的脆性, 又称第一类回火脆性（不可逆回火脆性）。

这种回火脆性是不可逆的，只要在此温度范围内回火就会出现脆性，目前尚无有效消除办法。

因而回火时应避开这一温度范围。

4. 回火脆性：高温回火脆性
淬火钢在500-650℃范围内回火后缓冷时出现的脆性，又称第二类回火脆性（可逆回火脆性）。

主要发生在含Cr、Mn、Cr-Ni等合金元素的结构钢中。

可能与上述元素促进Sb、Sn、P等杂质在原奥氏体晶界上偏聚有关。

回火后快速冷却则不出现这类脆性。

在钢中加入合金元素少量W、Mo 也可有效抑制这类回火脆性。

(1) 为什么含Cr、Mn、Cr-Ni等合金元素的结构钢在高温回火后必须快速冷却？(2) 如何预防高温回火脆性的发生？。