第七章钢的回火转变解读

• 含碳量<0.2％的板条状马氏体在 淬火冷却时已发生自回火，析出 碳化物。在100-200℃之间回火 时，绝大部分碳原子都偏聚到位
错线附近，没有E碳化物析出。
(三)残留奥氏体的转变
• 钢淬火后总是多少存在一些残留奥氏体。
• 残留奥氏体随淬火加热时奥氏体中碳和合 金元素的含量的增加而增多。含碳量>0.5 ％的碳钢或低合金钢淬火后，有可观数量 的残留奥氏体。 • 高碳钢淬火后于250～300℃之间回火时， 将发生残留奥氏体分解。
• 图9-61是含碳1.06％的钢于1000℃ 淬火， 并经不同温度回火保温30min后，用x射 线测定的残留奥氏体量变化(淬火后残留 奥氏体体积分数尚存35％)。可见，随回 火温度升高，残留奥氏体量减少。
第七章
钢 的 回 火 转 变
• 回火是将淬火钢加热到低于临界点A1的某一温 度保温一定时间，使淬火组织转变为稳定的回 火组织，然后以适当方式冷却到室温的一种热 处理工艺。 • 淬火钢的组织主要是马氏体或马氏体加残留奥 氏体。马氏体和残留奥氏体在室温下都处于亚 稳定状态，马氏体处于含碳过饱和状态，残留 奥氏体处于过冷状态，它们都趋于向铁素体加 渗碳体(碳化物)的稳定状态转化。但在室温下， 原子扩散能力很低，这种转化很困难，回火则 促进组织转化。 • 淬火钢中内应力很大，淬火钢件必须பைடு நூலகம்即回火， 以消除或减少内应力，防止变形或开裂，并获 得稳定的组织和所需的性能。
• 回火可以减少或消除应力，可以
得到稳定的组织、尺寸形状和性
能，使工件达到服役状态的要求。
• 所以钢一般不能在淬火状态下使
用，必须经过回火才能使用。
一、淬火钢的回火转变及其组织
• 淬火碳钢回火时，随着回火温度升高和回火 时间的延长，相应地要发生如下几种转变。 • (一)马氏体中碳的偏聚 • (二)马氏体分解 • (三)残留奥氏体的转变 • (四)碳化物的转变 • (五)渗碳体的聚集长大和a相回复、再结晶
• 当回火温度在150-350℃之间时，碳原子活动 能力增加，能进行较长距离扩散。因此，随 着回火保温时间延长，E碳化物可从较远处获 得碳原子而长大，故低碳a相增多，高碳a相 逐渐减少。最终不存在两种不同碳含量的a相， 马氏体的碳含量连续不断地下降。这就是所 谓连续式分解。 • 直到350℃ 左右，a相碳含量达到平衡时，正 方度趋近于l。至此，马氏体分解基本结束。 • 析出的E碳化物存在于马氏体形态的a相中。
• 为了保证淬火钢回火获得所需的组
织和性能，必须研究淬火钢在回火
过程中的组织转变，探讨回火钢性
能和组织形态之关系，并为正确制
订回火工艺(温度、时间等)提供理论 依据。
为什么淬火钢要进行回火？
钢经淬火得到的组织主要由马氏体和少 量的残余奥氏体等亚稳定组织组成。 1、过饱和碳的马氏体要发生脱溶分解； 2、残余奥氏体是高温相处于过冷状态， 也要发生转变； 3、淬火过程还使钢存在着较大的淬火应 力。淬火应力要逐渐松弛。 以上这些变化会引起钢的性能、形状和 尺寸的变化。 4、太脆。
• 温度对马氏体的分解起决定作用。马氏 体的含碳量随回火温度的变化规律如图 9-58所示。马氏体的含碳量随回火温度 升高不断降低，高碳钢的马氏体含碳量 降低较快。
• 回火时间对马氏体中含碳量影响较小。当回火温 度高于150℃后，在一定温度下，随回火时间延长， 在开始1-2h内，过饱和碳从马氏体中析出很快， 然后逐渐减慢，随后再延长时间，马氏体中含碳 量变化不大。因此钢的回火保温时间常在2h左右。
• 回火温度越高，回火初期碳含量下降越多， 最终马氏体碳含量越低。
• 高碳钢在350℃以下回火时，马氏体分解后形 成的低碳a相和弥散E碳化物组成的双相组织称 为回火马氏体。这种组织较淬火马氏体容易腐 蚀，故在光学显微镜下呈黑色针状组织。 • 回火马氏体中a相含碳量0.2％-0.3％，E碳化物 具有密排六方晶格，通常用E-FexC表示，其中 x=2-3。 • 经x射线测出，E-FexC与母相之间有共格关系， 并保持一定的结晶学位向关系。
(一)马氏体中碳的偏聚
• 马氏体中过饱和的碳原子处于体心立方 晶格扁八面体间隙位置，使晶体产生很 大的晶格畸变，处于受挤压状态的碳原 子有从晶格间隙位置脱溶出来的自发趋 势。但在80-100℃以下温度回火时，铁 原子和合金元素还难以进行扩散迁移， 碳原子也只能作短距离的扩散迁移。
• 板条状马氏体存在大量位借，碳原子倾向 于偏聚在位错线附近的间隙位置，形成碳 的偏聚区，降低马氏体的弹性畸变能。例 如含碳量<0.25％的低碳马氏体，间隙原子 进入马氏体晶格中刃型位错旁的拉应力区 形成所谓“柯氏气团”，使马氏体晶格不 呈现正方度，而成为立方马氏体。只有当 马氏体中含碳量>0.25％，晶格缺陷中容纳 的碳原子达到饱和时，多余碳原子才形成 碳原子偏聚区，从而使马氏体的正方度增 大（？）。
• 高碳钢在80-150℃回火时，由于碳原子活动 能力低，马氏体分解只能依靠E碳化物在马 氏体晶体内不断生核、析出，而不能依靠E 碳化物的长大进行。在紧靠E碳化物的周围， 马氏体的碳含量急剧降低，形成贫碳区，而 距E碳化物较远的马氏体仍保持淬火后较高 的原始碳含量。于是在低温加热后，钢中除 弥散E碳化物外，还存有碳含量高、低不同 的两种a相(马氏体)。这种类型的马氏体分 解称为两相式分解。
• 片状马氏体的亚结构主要为孪晶，除少 量碳原子向位错线偏聚外，大量碳原子 将向垂直于马氏体C轴的(100)面富集， 形成小片富碳区，碳原子偏聚区厚度只 有零点几个纳米，直径约为1.0nm。
• 碳原子的偏聚现象不能用金相方法直接 观察到，但可用电阻法或内耗法间接证 实。
(二)马氏体分解
• 当回火温度超过80℃时，马氏体开始发 生分解，碳原子偏聚区的碳原子将发生 有序化，继而转变为碳化物从过饱和a固 溶体中析出。 • 随着马氏体的碳含量降低，晶格常数c逐 渐减小，a增大，正方度c／a减小。马氏 体的分解持续到350℃以上，在高合金钢 中可持续到600℃ 。