淬火钢在回火时的组织转变

§6淬火钢在回火时的组织转变概述：一、回火定义：经淬火硬化的钢被加热至A1以下的某一温度，保温一段时间，然后以适当的冷速冷却至室温，这一工艺过程称回火二、回火的目的1.消除淬火应力，淬火应力（组织应力、热应力）>ζs变形，>ζb时引起裂纹，残余应力使钢的脆性上升2.改善钢的韧性和塑性，使片状M中的Sv↓，使M正方度下降，内应力↓（晶格间）↓3.调整钢的力性指标4.稳定组织，稳定尺寸，使A R→k；A R→M→M回→B下§6-1碳钢的淬火组织在回火时发生的转变钢中含碳量不同时，钢在淬火后的组织也不尽相同当<0.2﹪C,获得板条M+少量A R0.2-0.5﹪C 大部分为板条，少量为片状0.6-1.0﹪C混合M 错误！未找到引用源。

0.77﹪C M板+M片+A R错误！未找到引用源。

>0.8﹪C 75﹪M片+M板+A R>1.0﹪C 100M片+A R淬火组织为亚稳定组织，及相对稳定状态亚稳状态，一个系统内除可以出现一个稳定状态外，其他任何事件还可能发生，这种状态称之为亚稳状态，它是系统本身强制作用形成的，在一定条件下可转变为稳定状态淬火钢被重新加热（回火）时，随加热温度升高，其比容和体积均发生变化，说明系统有组织转变发生，而且不同温度阶段有不同变化发生，这是钢从亚温状态向稳定状态变化的过程一、碳原子的偏聚淬火时M的C、N原子被强制溶入α相中，位于体心立方点阵（或体心正方点阵）的扁八面体间隙中心位置，使α点阵畸变，使系统的能量上升，而处于不稳定状态另一方面淬火M中存在大量的缺陷，也使其处于不稳定状态在室温附近，Me和Fe原子已经不能扩散，但C、N原子尚可以做短距离扩散，计算表明在0℃时，在一分钟内C、N可以迁移2埃的距离由于间隙造成的应力场与晶体缺陷造成的应力场相互作用，C、N原子扩散到这些微观晶体缺陷处，可是系统的能量降低——C、N原子发生偏聚偏聚，M中的C、N原子在一定的温度下向点阵缺陷处聚积的过程，成为C、N原子的偏聚，偏聚过程是一个自发过程，可以表示为C+⊥<=>C⊥它是可逆过程，过程的方向取决于当时的系统能量状态1.板条M中碳原子的偏聚错误！未找到引用源。

发生温度范围，室温——250℃，约在250℃基本完成，碳原子有相当强的扩散能力，板条M的亚结构为位错，发生C+⊥<=>C⊥，可使系统能量下降错误！未找到引用源。

发生偏聚的条件：当不具备从M中直接析出k的条件时，（例如C﹪低或加热温度低）；或是形成碳化物的稳定性低于形成偏聚区时，偏聚可能发生在淬火的过程中，也可能发生在淬火后室温停留或回火过程当中错误！未找到引用源。

性质：碳原子偏聚发生在固溶体内部，M仍为单相，而非析出状态错误！未找到引用源。

影响偏聚过程的因素碳的偏聚时C原子向位错线附近扩散过程，因此偏聚过程与碳原子的扩散能力，M位错密度，及M中碳的含量有关a.马氏体中的位错密度增大，C⊥发生的可能性增大、b.当T升高时，Dα C升高，C往位错扩散，产生偏聚区，但温度过高，C的扩散能力很强，会使偏聚区的碳原子脱离，即“蒸发”，使偏聚区消失c.当M中碳含量<0.2%，碳原子完全处于偏聚区，则c/a=1，测不出c/a>1碳含量>0.2%,碳偏聚位置饱和，多余的碳原子存在于M中，故c/a>1∴0.2%正好是M中c/a最低碳含量错误！未找到引用源。

M的自回火当M中﹪C为0.2%时，Ms>300℃，当A被冷却至<Ms点时，将发生A→M板,冷却过程一方面T下降，M板增多，另一方面，碳原子发生偏聚，至室温时90%偏聚M的自回火：淬火中M的碳原子在自然条件下，发生重新分布，完成偏聚过程2.片状M中碳原子的偏聚错误！未找到引用源。

温度范围20-100℃错误！未找到引用源。

偏聚区的位置首先为位错线，其次为晶界，孪晶区{110}M晶界上错误！未找到引用源。

偏聚区的尺寸，1.0%C,偏聚在孪晶面的C原子组成一片片小富集区二、M的分解使单相M组织→低碳M′+k的两相组织，随着回火温度↑，η↑，碳原子将发生有序化转变，形成碳化物1.板条M的分解当<0.2%时，在250-400℃回火时，在位错线附近的板条界的碳原子偏聚区形成θ-k，即cm 小薄片，与母相共格关系，母相M′随k析出，碳含量下降2.片状M的分解（80-250℃）错误！未找到引用源。

片状M的双相分解当T>80℃，M片中的偏聚区形成细小片状ε-k，碳的扩散可以使ε-k长大（η-k）Fe2.5C,由于T低，D C小，ε（η）-k附近很小范围内做短距离扩散，扩散使ε（η）-k长大，使其周围的M含碳量下降，形成M′,在较远的地方仍为高碳M,即测量时，分别是两种正方度M,当T↑，η↑，ε-k不断增加长大，是高碳M继续分解，直到高碳区域全部消失故称为双相分解M′的含碳量与M的原始碳含量及分解温度无关，为恒定值0.25-0.3%错误！未找到引用源。

片状M的连续分解当T>150℃, D C↑，M′区分部整个片，使c/a变为一致，碳原子可做远距离扩散，ε-k可以从较远处M获得C原子长大；当T=300℃，M的c/a=1，此时M+ε（η）-k组织，称为回火M,M分解完成，ε-k的位置即为原偏聚区，其惯习面（100）M，且与M保持共格和一定的位向关系影响M分解速度的因素错误！未找到引用源。

回火时间的影响<0.5h，随η升高，C%↓↓,≥0.5h，α中C%下降缓慢，长时间保温α中碳含量趋于一定值错误！未找到引用源。

回火温度的影响回火温度越高，M分解速度越快，α相中的C%下降的越多错误！未找到引用源。

M中C%高时，M的分解速度快，T回=250-300℃，α相中C%达到0.2-0.3% 错误！未找到引用源。

Me的影响Me的加入对双相分解基本无影响，因Me不扩散，C作近距离扩散Me对M连续分解有明显影响a、强碳化物形成元素，使D↓,能延缓M的分解，使M的分解温度被推向高温b、非碳化物形成元素，Si和Co能溶入ε-k，可以阻止ε-k长大c、Ni、Mn影响不大合金中加入一定量的Cr，Si可以使M分解温度延缓至350℃三、碳化物的转化温度范围250-400℃1.板条M>250℃分解是在碳原子偏聚区和M板条边界形成θ-k小薄片，并与母相共格，当温度为300-400℃，θ-k长大到一定尺寸，因共格畸变能太大，使其与母相的共格关系遭到破坏，成为与母相非共格关系的渗碳体，也就是从母相中析出2.片状M 回火时碳化物的转化错误！未找到引用源。

当0.4-0.6%时，<250℃,M分解首先生成过渡相ε（η）-k（ε-k：Fe2.4C η-k ：Fe2.5C）>250℃，ε（η）-k溶入M中，分别在{112}M析出与母相共格的θ-k>400-500℃时，θ-k脱离母相，形成渗碳体～350℃时，α′中含碳量为0.2%，接近平衡成分错误！未找到引用源。

C%>0.6%<250℃ M分解为ε-k>250℃, ε（η）-k重新溶解，在{112}M析出χ-k(Fe5C2)>350-450℃, χ-k有两种去向原位析出，在χ-k形核长大，形成θ-k与母相共格离位析出{112}M χ-k溶入M中，另在{111}M面上析出θ-k>450℃，θ-k脱离与α共格形成cm3.影响转化因素错误！未找到引用源。

温度和回火时间见图T↑ε-k→ε（η）+χ→ε（η）+χ+θ→χ+θ→θη↑转化温度下降错误！未找到引用源。

Me成分不同影响ε-k稳定化程度，从而影响k的转化温度错误！未找到引用源。

Me含量低时，碳化物形成元素，Ti、Zr、Ni、V、W、Mo、Cr（P94）使Dc↓，推迟转化，移向高温其中Si溶入ε-k，提高其稳定性，使ε-k溶解温度由250℃提高到350℃四、碳化物聚积球化和长大温度范围（400-700℃）对一般的碳钢（Me含量低时），>400℃,原子扩散Q↑↑,θ脱离母相共格为cm，开始球化当颗粒大小不均一，小颗粒周围的母相溶解速度大，大颗粒周围α相的溶解速度小，导致小颗粒溶解，大颗粒长大——聚积长大从界面能考虑，小颗粒的界面相对多，使界面能升高，聚积大颗粒后，使相界面下降，界面能下降，系统总能量下降当k呈针状，杆状，层片状，由于各处曲率半径不同，而使周围的溶解度不同，尖角处溶解，平滑处长大，直至曲率半径相同，k呈球形由化学位考虑，直到？当T回>600℃,聚积球化过程加快Me的存在将强烈推迟k聚积长大的过程Si溶入ε-k但不溶于θ-k，形成高Si墙五、α相的回复与再结晶1.α相的回复与再结晶的驱动力错误！未找到引用源。

相变硬化使晶体的缺陷增多，使位错密度增多，使孪晶增多错误！未找到引用源。

淬火应力：组织应力、热应力错误！未找到引用源。

k与母相共格造成晶格间应力（引起α点阵畸变造成内应力）2.低碳板条M回火时α相回复与再结（400-700℃）错误！未找到引用源。

α相回复，温度范围（400-500℃）当T>400℃时，α相发生回复，位错密度下降，位错包消失，发生？，位错线排成网络，但仍保持原M的轮廓，此时得到的组织称为回火屈氏体，即板条M轮廓+其上细小k错误！未找到引用源。

当T>500-600℃时，α板条轮廓逐渐消失，逐渐形成等轴晶，此时位错密度更低，此时组织为等轴的晶粒α+其上细小分布粒状k为回火索氏体，当温度升高时，α相晶粒将长大（粗化）3.片状M中α相的回复与再结晶错误！未找到引用源。

α相的回复（250-500℃）>250℃回火时，M片中的孪晶开始消失，出现位错线，位错包。

>400℃回火时，M片中的孪晶全部消失，>500℃回火时，M片中形成多边化亚晶，但仍保持M片的轮廓组织为α+细小k，回火屈氏体(P96)②α相的再结晶（600-700℃）>600℃回火时，M片消失，位错密度很低的等轴晶粒组织为等轴晶粒+粒状k，称为回火屈氏体因为M片一般为高碳，回火时析出的k数量多，k有阻碍α相再结晶过程的作用，固其再结晶温度范围比低中碳钢略高4、当Me加入钢中将使α相回复再结晶发生温度范围提高，将延缓回复再结晶过程的进行六、残余奥氏体的转变1、残余奥氏体转变特点⑴A R与过冷奥氏体相比①所处的应力状态不同A R三向应力状态，由A→M,A R被加工硬化②成分不同，如B转变时，A R高碳,M转变时A R高碳⑵A R转变产物①当T<200℃(ms)时，A R→M→M′②当T=200-300℃时，A R→B下以上两种产物在显微镜下均呈黑色针状，统称为回火M③当T≧300℃，残余奥氏体基本分解完成④A R与过冷奥氏体在筒温度下分解相比，转变方式相同，但A R→B下时所需孕育期较短，转变速度快，因为M的存在可加速B的转变⑶回火过程中合金元素对A R转变的影响①存在于A R中的Me使A R稳定性升高，A R的分解温度上升，当Me含量很高时，甚至要在等温后或在回火后冷却时才能转变为M，B下,或P②二次淬火现象当A中Me的含量高时，过冷的A稳定性升高，淬火后含有较多的A R，回火时A R向M的转变量多，可使钢的硬度提高2-3HRC，且A R是在回火冷却过程中转变为M,故称为二次淬火二次淬火：钢中A R在回火冷却过程当中转变为M，使钢的硬度上升的现象例如W18Cr4V 560℃三次回火使A R降为最低总之：M和A R在回火时的转变可用下图表示七、回火时内应力的消除1.钢淬火后的组织中的内应力，因其产生的原因不同，可将其分为组织应力和热应力，按其分布不同，可将其分为三类。