第8章回火转变及钢的回火

8.1 淬火钢在回火时的组织变化
2. 马氏体分解（回火第一阶段）— （80~250 ℃ ） (2) 低碳马氏体的分解
低碳钢中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 100~200℃回火，C原子仍偏聚在位错线附近处于稳 定状态，不析出ε-FexC。高于200℃，马氏体中可析 出稳定碳化物；
8.1 淬火钢在回火时的组织变化
2. 马氏体分解（回火第一阶段）— （80~250 ℃ ）
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，成黑色组织；
回火马氏体和下贝氏体都是由α固溶体和ε碳化物 所组成，但回火马氏体中的ε碳化物较下贝氏体中的 ε碳化物分布均匀。
c/a 1.062 1.062 1.013 1.012 1.009 1.006 1.004 1.003
碳含量(%) 1.4 1.2 0.29 0.27 0.21 0.14 0.08 0.06
8.1 淬火钢在回火时的组织变化
② 单相分解
当温度高于150℃时，碳原子扩散能力加大，α-Fe 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℃时，正方度c/a接近1
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，平均成分降至0.25∼0.3%，与原始碳 量、分解温度无关。
对于合金钢， 随着所含合金元素的种类和数量的不同，AR的变化幅
度可能更大。
8.1 淬火钢在回火时的组织变化
淬火组织是高度不稳定的，其原因如下： ①马氏体中的碳高度过饱和； ②马氏体有很高的应变能和界面能； ③与马氏体并存的还有一定量的残余奥氏体。
正是由于M和AR的不稳定状态与平衡状态的自由能 差，提供了转变的驱动力，使得回火转变成为一种自发 的转变，一旦动力学条件具备，转变就会自发进行。
8.1 淬火钢在回火时的组织变化
2. 马氏体分解（回火第一阶段）— （80~250 ℃ ） (1) 高碳马氏体的分解
高碳马氏体的分解分为两步： ① 双相分解
当温度低于125℃时，回火后可出现两种不同的正 方度。具有高正方度的保持原始碳浓度的未分解的 马氏体，具有低正方度的碳已部分析出的α相 。
8.1 淬火钢在回火时的组织变化
8.1 淬火钢在回火时的组织变化
2. 马氏体分解（回火第一阶段）—（80~250 ℃ ） 当温度高于100℃时，马氏体开始发生部分分解，
随回火温度的升高及时间的延长，富集区的碳原子 发生有序化然后转变为碳化物。随碳化物的析出， 马氏体的含碳量不断减少，点阵常数c下降、a升 高、正方度c/a不断下降，并析出弥散分布的过渡型 ε碳化物。不同含碳量的碳钢，其分解过程不同。
8.1 淬火钢在回火时的组织变化
1.碳原子偏聚（时效阶段） — （80~100℃以下） 由于淬火马氏体为过饱和固溶体，晶格中有大量
微观缺陷的亚稳态。对位错马氏体，低温下C原子 短程扩散到位错线附近，形成偏聚区；对孪晶马氏 体，低温下大量的C 原子短程扩散聚集到垂直于马 氏体的C轴的｛100｝面，形成富碳区。
马氏体的分解（80～250℃）
回火第一阶段
残余奥氏体的转变（200～300℃） 回火第二阶段
碳化物析出和转变（250～400℃） 回火第三阶段
α相状态变化及碳化物聚集长大（>400 ℃)回火第四阶段
回火转变是随着温度的升高连续进行的，由于所采用 的试验方法和精度不同，不同文献给出的各阶段温度范 围会有一些差异，甚至对回火阶段的划分也不尽相同。
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
室温
10d
100
1h
125
1h
150
1h
175
1h
200
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225
1h
250
1h
a 2.846 2.846 2.846 2.852 2.857 2.859 2.861 2.863
c 3.02 3.02 2.886 2.886 2.884 2.878 2.874 2.872
8.1 淬火钢在回火时的组织变化
3. 残余奥氏体的转变（回火第二阶段）( 200～300℃ )
钢淬火到室温后，保留下来的奥氏体称为残余奥 氏体，与过冷奥氏体同属亚稳组织，但二者仍有不 同点，如：
(1) 残余奥氏体在淬火过程中可能发生塑性变形并 存在很大的弹性畸变；
(2) 残余奥氏体中也可能已经发生了热稳定化现象 (3) 已发生的转变会对残A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. 回火目的： ① 使淬火得到的亚稳组织转变为稳定的回火组织； ② 提高淬火钢的塑性和韧性，降低脆性； ③ 降低或消除淬火引起的残余应力，防止变形和开 裂，稳定工件尺寸。
8.1 淬火钢在回火时的组织变化
淬火钢的组织： M+AR
对于碳钢， wC＜0.5%时，AR量＜2%； wC =0.8%时，AR约为6%； wC=1.25%时，AR超过30%。
第七章回火转变与钢的回火
8.1 淬火钢在回火时的组织变化 8.2 合金元素对回火的影响 8.3 钢在回火时机械性能的变化 8.4 回火脆化现象 8.5 回火工艺
基本概念：
1. 回火的定义 将淬火零件重新加热到低于临界点A1某一温度加
热保温，使淬火亚稳组织发生转变为稳定的回火组 织，并一适当的冷却速度冷却到室温的热处理工艺 过程。
该动力学条件就是使原子具有足够的活动能力，回火 处理就是通过加热提高原子的活动能力，使转变能以适 当的速度进行，或在适当时间内，使转变达到所要求的 程度。
8.1 淬火钢在回火时的组织变化
根据在不同温度范围发生的组织转变，可将碳钢的整 个回火过程分为以下五个有区别而又互相重叠的阶段：
马氏体中碳原子偏聚（80～100℃） 时效阶段