热处理调质组织

1.2马氏体组织
钢从奥氏体状态快速冷却，抑制其扩散型转变，在较低温度下（低于Ms点）发生的非扩散型相变叫做马氏体转变，又称切变型相变或低温转变。钢铁中马氏体转变的母相是奥氏体，由此形成的马氏体化学成分与奥氏体的相同，晶体结构为体心立方晶格，可被看作是过饱和固溶体，主要形态是板条状和片（针）状。它是以德国冶金学家A.Martens的名字命名的.
笔者认为：在紧固件行业对紧固件热处理通称为“调质”，很有歧义，因大部分碳素结构钢紧固件淬火后一般在400～480℃范围回火，并不在高温回火范围内，建议改称“淬火”为好。
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残余奥氏体分解为回火马氏体
3、碳化物类型的变化
250～400℃
碳原子全部脱溶，析出细粒状渗碳体，α相仍保持条状特征
过饱和碳自α相内继续析出，同时ε碳化物转变为细粒状渗碳体
4、碳化物聚集长大与α相回复、再结晶
＞400℃
Fe3C细粒→聚集长大→α条状→α回复→α多边化
2.2回火组织名称
表4为GB/T7232-1987标准对回火组织的定义。传统理论将淬火回火后的组织分为以下3种。这种分类方法为多数教科书所采用。
下面根据国家标准和近年来学者们的研究成果，来对紧固件调质及回火组织分析探讨，并提出对紧固件热处理通称为“调质”，建议改称“淬火”为好。
1、基本概念
为了研究紧固件热处理调质及回火组织，将涉及到一些基本概念，以GB/T7232金属热处理工艺术语中的定义叙述并加以讨论。
1.1珠光体型组织
按渗碳体的形态不同，珠光体分为片状珠光体和粒状珠光体两种。一般认为，成分均匀的奥氏体高温转变产物都是片状珠光体。不同片层间距的珠光体，通常还有不同的名称，分别为珠光体、索氏体和托氏体。它们都属于珠光体类型的组织，均是铁素体和渗碳体组成的片层相间的机械混合物。珠光体、索氏体和托氏体之间的界限是相对的，其差别仅仅是片间距粗细不同而已，它们都是属于奥氏体在较快速度冷却时得到的不平衡组织。其国标定义见表1所示。
根据紧固件性能要求不同，按其回火温度范围，可将回火分为低温回火、中温回火和高温回火3种类型。表2为国标对回火种类的定义。
表2回火种类的定义
热处理工艺名称
定义
低温回火
工件在250℃以下回火
中温回火
工件在250℃～500℃之间进行的回火
高温回火
工件在500℃以上进行的回火
调质
工件淬火并高温回火的复合热处理工艺
①回火马氏体（回火温度≤250℃回火产物）。它是马氏体经低温回火转变而来，是由过饱和α固溶体和与其共格的碳化物组成，其形态仍保留原来马氏体的片状或板（针）条状。由于回火后有一定碳化物偏聚，回火马氏体比淬火马氏体容易被腐蚀，在同样腐蚀条件下金相显微镜上显得颜色更深。
②回火托氏体（回火温度350℃～500℃回火产物）。它是由马氏体中温回火转变而来，是由尚未发生再结晶的铁素体和弥散分布的极小的碳化物组成。由于此时铁素体还未再结晶，故仍保留着原老马氏体的形态。回火托氏体的弹性极限高。
定义
回火马氏体
淬火马氏体回火时，碳已经部分地从固溶体中析出并形成了过渡碳化物，此时的基体组织即为回火马氏体
回火托氏体、
（回火屈氏体）
淬火马氏体此时回火形成的实际上是铁素体基体内分布着极其细小的碳化物（或渗碳体）球状颗粒，但因其过于细小以致在光学显微镜下高倍放大也分辨不出内部构造，只看到其总体是一片黑的复相组织
表3紧固件在回火时的组织转变特征。
组织转变阶段及名称
回火温度/℃
回火时组织结构的变化
板条状马氏体
片（针）状马氏体
1、马氏体分解
100～250℃一直持续到约350℃
碳原子仍偏聚在位错线附近
正方度下降，马氏体过饱和度下降，由马氏体中共格析出极细小片状ε（Fe3C）碳化物
2、残余奥氏体的转变
200～300℃
回火索氏体
淬火马氏体此时回火形成的在光学显微镜下放大500、600倍才能分辨出来其为铁素体基体内分布着碳化物（包括渗碳体）球粒的复相组织
3、结语
调质的定义最权威的是国家标准（见表2）。从国标的定义来分析：①调质的先决条件是淬火；②调质回火温度必须在500℃以上；③调质不界定最终组织的性能，但必定时以马氏体或（和）贝氏体组织为主，且在500℃以上回火获得的组织。
表1珠光体型组织的定义
Βιβλιοθήκη Baidu组织名称
定义
珠光体、
铁素体薄层（片）与碳化物（包括渗碳体）薄层（片）交替重叠组成的共析组织
索氏体
在光学金相显微镜下放大600倍以上才能分辨片层的细珠光体。它是以英国冶金学家H.C.Sorby的名字命名的
托氏体、屈氏体
在光学金相显微镜下无法分辨片层的极细珠光体。它是以法国金相学家L.Troost的名字命名的
紧固件调质及回火组织
类别：技术问题
发布时间：2015/8/24 9:55:00
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紧固件在淬火后一般都要进行回火处理。回火决定了紧固件在使用状态的组织和性能，因此是很重要的热处理工序。调质是紧固件淬火并高温回火的热处理复合工艺，在紧固件行业对紧固件热处理通称为调质。关于回火组织的名称，传统理论认为，淬火钢低温回火后的组织为回火马氏体，中温回火后的组织称为回火托氏体，高温回火后的组织称为回火索氏体。由于回火过程中，合金元素不同，组织的变化也不同，紧固件回火后的组织和性能也就各不相同。简单地以回火温度来判定回火组织不够合理。
钢的马氏体形态主要取决于马氏体的形成温度，而马氏体的形成温度又取决于奥氏体的化学成分，即碳和合金元素的含量，其中碳的影响最大。对碳素结构钢来说，随着含碳量的增加，板条马氏体的量相对减少，片状马氏体的量相对增加。碳质量分数小于0.20%的奥氏体几乎全部形成板条马氏体，而碳质量分数大于1.0%的奥氏体几乎只形成片（针）状马氏体，碳质量分数为0.20%～1.0%的奥氏体则形成板条马氏体和片（针）状马氏体的混合组织。马氏体转变是紧固件热处理强化的主要手段，高硬度与高强度是马氏体的主要特征之一，几乎所有要求高强度的紧固件都是通过淬火来实现强化的。
③回火索氏体（回火温度500℃～650℃回火产物）。它是由马氏体高温回火转变而来，是由已再结晶的铁素体和均匀分布的细粒状碳化物组成，即为等轴铁素体基体上弥散分布着细颗粒状碳化物。回火索氏体具有优良的综合力学性能，此类组织为紧固件优先采用的组织。
表4 GB/T7232-1987中对回火组织的定义
回火组织名称
2、回火组织
2.1回火过程中的组织转变
紧固件淬火后，其中的马氏体与残余奥氏体都是不稳定组织，它们有自发地向稳定组织转变的趋势。回火是一个由非平衡组织向平衡组织转变的过程，这个过程是依靠原子的迁移和扩散进行的。随着回火温度的升高，淬火组织将发生一系列变化。根据组织转变情况，回火一般分为4个阶段。表3为紧固件在回火时的组织转变情况。
1.3淬火与回火
淬火是指紧固件加热奥氏体化后以适当方式冷却获得马氏体或（和）贝氏体组织的热处理工艺。最常见的淬火方法有水冷淬火、油冷淬火、空冷淬火、等温淬火等。回火时将淬火紧固件在A1以下温度加热，使其转变为稳定的回火组织，并以适当方式冷却到室温的工艺过程。
紧固件淬火必须经过回火后才能使用，对于低强度4.8、6.8级的螺栓，高温回火一般称为去应力退火。淬火与回火是配合使用的两种应用广且重要的热处理工艺。淬火的目的就是为了获得马氏体或（和）贝氏体组织，提高紧固件的强度和硬度，与适当的回火工艺相配合，更好地发挥钢材的性能潜力。