回火的力学性能

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实验证明，回火索氏体比索氏体具有较高的综合力学性能。 例如共析碳钢，过冷奥氏体在600～650℃直接分解的产物为 索氏体，而淬火后在600～650℃回火的组织为回火索氏体， 尽管两种组织都是铁素体和渗碳体的混合物，但后者的综合 力学性能优于前者（如图6-49所示）。 渗碳体的形状： 1、片状：易应力集中，产生微裂纹，较易断裂。 2、粒状：应力集中倾向小，弥散强化，有优良的强塑性。
球化组织


淬火马氏体经600℃以上长时间回火后，回火组织 由粗大的粒状渗碳体和铁素体基体组成，这就是 回火的球化组织。出现这种组织后，钢的强度、 硬度很低，故很少应用，特别是最终热处理不应 出现这种组织。但某些高淬透性合金钢，有时需 获得这种组织，以降低硬度，便于切削加工，并 为随后的热处理作好组织准备。 球化组织之后为接近共析成分的碳钢经淬火及回 火后的电镜照片。
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回火温度对不同原始组织 硬度的影响
回火增韧原理
淬火钢内存在着大的淬火应力，有时（如 高碳马氏体内）还有微裂纹，故塑性、韧性 低，淬火高碳钢更表现出大的脆性。经正确 工艺回火后，内应力降低，高碳马氏体内的 微裂纹减少（这是由于回火时部分碳化物可 以跨越微裂纹形成）；而且回火清除了某些 可能形成微裂纹的高应力区，防止它们产生 微裂纹，因此提高了钢的塑性和韧性。 500～650℃回火，塑性和韧性可达到较大值， 但仍有不算低的强度和硬度，即淬火钢经高 温回火后（组织为回火索氏体）具有良好的 综合力学性能。


（2）回火屈氏体：淬火马氏体经中温(350～ 500℃)回火后转变为回火屈氏体。回火屈氏体 由细片状或细粒状渗碳体以及接近平衡的α固溶 体（铁素体）组成，但α固溶体仍保持马氏体 形态（板条状或片状）。渗碳体很细小，光学 显微镜无法分辨，在电镜下可以分辨其中的两 相（α固溶体和渗碳体）。 （3）回火索氏体：淬火马氏体经高温(500～ 650℃)回火后得到回火索氏体，它是由渗碳体 和α固溶体铁素体）组成，其中渗碳体全部为 球粒状，而且较粗，在光学显微镜下即可看到。
碳钢回火后的力学性能
不同含碳量的碳钢经不同温度回火后的硬度变化如右图所示。 在200℃以下回火，硬度变化不大，这是 由于ε碳化物的析出所导致的硬化抵消了 由马氏体正方度减小所产生的软化。 C<0.2%时虽无ε碳化物析出，但碳偏聚 也有硬化作用，可以抵消马氏体分解（正 方度减小）所引起的软化；当有大量ε碳 化物析出时，硬化效应更为明显，这就是 含碳量大于（或等于）0.8%C钢在100℃ 回火后硬度稍为升高（1～2HRC）的原因。 200～250℃回火，由于残余奥氏体分解成 下贝氏体而产生硬化作用，使含有较多残 余奥氏体的高碳钢硬度下降趋于平缓。回 火温度高于300℃，马氏体完全分解（正方 度趋于1），ε碳化物转变成渗碳体，共格 性破坏，渗碳体聚集长大，以及α固溶体的 回火温度与硬度的关系（回火1h） 回复、再结晶和晶粒长大，这些过程均使钢 软化，因此硬度直线下降。
回火组织及回火 后的力学性能
碳钢的回火组织



按照淬火碳钢实际应用的回火温度范围，可将其回火组织大致 分成如下几种。 （1）回火马氏体：高碳钢经淬火和低温(115～250℃)回火后， 得到回火马氏体和残余奥氏体的混合组织，回火马氏体由片状 马氏体和分布在其上的细小的ε碳化物组成，在电镜下较易于 分辨，但若在光学显微镜下观察，则只能看到暗黑色的针状 （空间形态为片状）马氏体。如果是过共析钢，回火组织中还 有二次渗碳体（二次渗碳体在回火过程中并不发生变化）。 相当部分的中碳钢淬火后得到板条状和片状马氏体的混合组织， 经低温回火后，其回火马氏体也仍然保持着原来的板条状或片 状形态。 低碳钢淬火后得到板条状马氏体，经低温回火（或自回火）后， 主要发生了碳偏聚，ε碳化物析出甚少，可以认为其回火马氏 体与淬火状态基本相同。
回火温度对组织硬度的影响
有时碳钢淬火后得到部分非马氏体组 织（如贝氏体、屈氏体等）。这种非 马氏体组织在进行“回火”时的硬度 变化如右图所示。过冷奥氏体分解产 物（非马氏体）在低于其形成温度回 火时，硬度变化甚小或基本不变；若 加热温度高于其形成温度，由于这些 组织中的碳化物弥散度随温度升高而 减小，故随着回火温度的升高，其硬 不断下降。若非马氏体组织和马氏体 在相同温度（高于非马氏体组织的形 成温度）回火，二者的碳化物几乎具 有相同的弥散度，因此硬度也大致相 同。