金属热处理原理及工艺--回火ppt(共57页)

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
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℃）
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 状马氏体特征保留（回复）、消失（再结晶）。
T12钢780℃淬火+200℃回火组织（400倍） M回+碳化物+Ar
ε碳化物
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。
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
2.884
1.009
0.21
200
1h
2.859
2.878
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。
产物： 回火马氏体。 性能： 保留高硬度
20钢980℃淬火+200℃回火组织（400倍）
T12钢1100℃淬火+200℃回火组织（400倍） M回+Ar
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。 2.片状马氏体 ε碳化物溶解，形成χ碳化物（χ—
F持e共5C2格）关，系χ。碳渗化碳物体再与转基变体成无渗共碳格体关。系χ。碳α化相物中仍的与孪基晶体亚保结 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。
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
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。
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
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
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。
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
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)。
300℃时，正方度c/a接近1。
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。
1.006
0.14
225
1h
2.861
2.874
1.004
0.08
250
1h
2.863
2.872
1.003
Hale Waihona Puke 0.06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。
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
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。
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）
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