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1、钢在淬火后所得组织因工艺不同是有所差别的： 完全淬火的组织为：马氏体+残余奥氏体； 不完全淬火的组织为：马氏体+残余奥氏体+贝氏体+碳化物+先共析铁素体等。这些组织在A1以下都是不稳定组织。同时在相变过程中要产生包括组织应力、热应力在内的应力等。这些都是不稳定状态，迟早要发生不稳定状态向稳定状态的过渡，最终的稳定状态为铁素体+渗碳体。回火的目的就是为了提前解决这些不稳定因素，避免在使用过程发生这类变化。 回火的目的：1、为了获得我们所需要的组织和性能；2、消除应力，稳定组织，稳定尺寸，降低脆性。,15 钢在回火时的转变,一、淬火钢回火时组织转变概况碳素钢淬火后在不同温度下回火时，组织将发生不同
2、的变化。由于组织变化会带来物理性能的变化，而不同的组织变化，物理性能的变化也不同。通常根据物理性能的变化把回火转变分成四种类型。 第一类回火转变：M分解为回火M，80250； 第二类回火转变：残余A分解为回火M或B下，200300； 第三类回火转变：回火M转变为回火T（亚稳碳化物转变为稳定碳化物），250400； 第四类回火转变：回火T转变为回火S（碳化物聚集长大，再结晶），400700 。,二、碳钢回火时的转变： （一）马氏体中碳的偏聚碳钢中马氏体是碳在Fe中的过饱和固溶体，碳原子分布过于体心立方点阵的扁八面体间隙位置中心，这使晶体产生 较大弹性变形，这部分弹性变形能就储存在马氏体晶体内，加
3、之晶体点阵中的微观缺陷较多，因此，使马氏体的内能较高，处于不稳定状态，要自发地向稳定状态过渡。,1、低碳位错型马氏体中碳的偏聚在20100的范围内，碳原子可以通过扩散发生偏聚，碳原子从间隙位置迁出，迁入微观缺陷比较集中的地方，这样可以使马氏体的内能降低，是一个自发的过程。对于板条马氏体由于晶内存在大量的位错，因此碳原子倾向于在位错线附近偏聚，组成碳原子偏聚区。这样间隙位置的弹性变形减小，能量降低。因此，在板条马氏体，碳原子与位错结合成偏聚区，用（ C）表示。C+ C偏聚区形成的条件（1）马氏体中不具备形成碳化物的条件，或形成的碳化物稳定性小于偏聚区；（2）碳原子扩散能力不能过大，否则偏聚区将因
4、原子扩散而消失。,2、高碳片状马氏体中碳原子的富集区高碳片状马氏体由于亚结构是孪晶,所以,碳原子在片状孪晶马氏体中不能形成偏聚区。但碳原子可以在马氏体的某一晶面(一般为孪晶面112 或100 晶面）上富集，形成碳浓度比平均碳浓度高的碳原子富集区。从能量角度来看，富集区的能量高于偏聚区的能量，稳定性较差。富集区的形状为片状，每片中含23个碳原子，厚度为3 ，宽度为6 ，长为7 。富集区只是碳原子在某一晶面上的富集，因此，与母相马氏体保持密切的联系，它的存在将使马氏体点阵发生畸变，随富集区的数量增加，畸变量也增加，硬度将有所提高。,（二）马氏体的分解 1、概况在80250内为马氏体分解阶段，得到的
5、组织是回火马氏体。马氏体是一种过饱和固溶体，随回火温度的升高，原子活动能力增强，由马氏体中析出的碳也就增加。由于马氏体中碳含量的下降，将使点阵常数c下降，a升高，c/a下降，马氏体的硬度下降。,（1）碳含量及正度原马氏体中含碳量高，随回火温度的升高，马氏体中碳含量下降的幅度大，而含碳低的下降幅度小。即碳含量越高，碳的析出速度越快。结构分析证明，c/a随回火温度升高而下降，300 左右时， c/a基本上等于1。,（2）回火工艺 回火时间对马氏体分解的影响：在一定温度下，随回火时间的延长，碳析出更充分，当回火时间超过2小时后，碳含量几乎不再发生变化。但是原来碳含量高的最后碳含量仍然高。,回火温度对
6、马氏体分解的影响：回火温度越高，析出的碳越多，相同碳含量的淬火马氏体，回火温度高，析出的碳就多，最后马氏体中的碳含量就低。,2、马氏体分解过程 （1）高碳片状马氏体的分解由两个阶段组成。 1）两相式分解（双相分解）当回火温度较低，在20150时，经回火后，在同一片马氏体中会出现两种不同的正方度，一种对应未经回火的高碳马氏体；另一种对应于低碳马氏体。高正方度部分保持原始的碳含量，低正方度部分已经析出了一部分碳，碳含量为一恒定值。在分解过程中，碳以碳化物的形式在马氏体中析出，此时析出的碳化物为亚稳碳化物,属于Fe3N型，一般称为-碳化物，用-FeXC表示，其中X常为23。,为什么会出现两种正方度？
7、由于温度较低，碳原子扩散能力很弱，-FeXC在马氏体某些碳的富集区通过能量、结构和成分起伏形核，并向马氏体中长大。在长大时，要吸收碳，所以碳化物附近的马氏体向其提供碳原子，而远离-FeXC的马氏体中碳原子保持不变。这样在同一片马氏体出现了成分不同，而结构相同的两个区域，每个区域相当于一相，所以称之为两相分解。合金元素对马氏体的两相式分解没有影响。由马氏体中析出的-FeXC与基体保持共格联系，并有一定的惯习面100，与马氏体保持下述位向关系： （0001） （011 ） ，10-11 101 ,2）连续式分解（单相分解）马氏体内的碳含量是连续变化的。当温度超过150后，回火后马氏体的c/a是单值
8、。这是因为，马氏体中碳的浓度因两相式分解存在一定的碳浓度梯度，温度升高后，碳原子活动能力增强，可远距离扩散，从而使马氏体的碳含量趋于一致。合金元素对马氏体的单相分解有明显的影响。最后得到的组织为回火马氏体，M+ -FeXC。随回火温度升高，碳析出量逐渐增加，使正方度c/a趋向1，300 时，c/a=1 ，此时C已达到平衡状态，马氏体分解终了。,（2）低碳位错马氏体的分解对于低碳板条马氏体（C%0.4%的钢，淬火后会残留一部分奥氏体，随回火温度的升高，M的分解，使M对残余A的机械作用降低，同时Fe及C原子的活动能力加强，残余A将恢复转变的动力。残余A可能转变为回火M或下B，即和-FeXC的机械混
9、合物。其中的C%与M在该温度下分解后的C含量相近， -FeXC也与同温度下M分解或下B中的碳化物相似。通常在MS以下回火残余A转变为M，然后分解为回火M，而在B转变区回火，残余A转变为下B。,（四）碳化物的转变250400时，碳素钢M中过饱和的C几乎全部析出，将形成比-FeXC更稳定的碳化物。在回火过程中除 -FeXC外，常见的还有两种，一种其组成与Mn5C2相近，称为碳化物，用-Fe5C2表示，另一种是渗碳体，称碳化物，用-Fe3C表示。这两种碳化物的稳定性均高于-FeXC。,1、碳化物形成的方式碳化物的形成是通过形核长大方式进行的。 （1）低C钢当回火温度高于200 ，直接由偏聚区析出-F
10、e3C，也有可能由M板条边界上析出。 （2）高C钢低温回火时，M分解析出-FeXC， -FeXC与M保持共格联系，随-FeXC的长大将使母相的点阵畸变增大，当-FeXC长大到一定尺寸后，共格关系将被破坏，此时-FeXC将转变为更稳定的碳化物。一般可在250 以上出现此过程。,（3）碳化物转变方式碳化物转变也是一个形核及长大过程，具有可分为两种类型，一是原位形核长大，另一是独立形核长大。 1）原位形核长大（原位转变）在原碳化物基础上发生成分变化和点阵重构，形成更稳定的碳化物。 2）独立形核长大（离位转变）原碳化物回溶到母相中，而新的、更稳定的碳化物在其他部位重新形核长大。转变为或时只能按独立形核
11、长大方式，而转变为时可以独立形核，也可以原位转变。,2、温度及时间对碳化物转变的影响碳化物类型的转变与回火温度有关，随回火温度的升高，由亚稳定状态向稳定状态过渡。另外，碳化物类型的转变与回火时间也有一定的关系，通常随回火保温时间的延长，碳化物类型的转变温度降低。,3、碳化物的形态及分布-FeXC碳化物转变为其他类型碳化物时，新生成的碳化物往往呈薄片状，且常分布在M的孪晶界或M边界处。随M的含碳量降低，薄片状碳化物减少。研究表明，不论M的形态如何，在回火过程中，当回火温度较低时，都存在这样的薄片状碳化物。碳化物本身是一个脆性相，特别是当它呈薄片，分布在M的孪晶界或M的晶界上时，将使钢材的脆性增大
12、。一般认为，这种状态分布的碳化物是产生第一类回火脆性的原因之一。通常在250400回火的淬火M，所得到的组织为回火屈氏体，用T表示。,（五）相的恢复与再结晶及碳化物聚集长大发生在400700时的回火转变。 1、淬火应力的消除淬火时由于热应力与组织应力的存在，使工件淬火后存在较大的内应力。通常分为三类：第一类内应力是区域性的。第二类内应力是晶粒内部晶胞之间的。第三类内应力是晶胞内原子之间的(由C溶入引起)。,回火时这些内应力，会随回火温度的升高而逐渐消除。当回火温度达到300左右时，随M分解结束，第三类内应力基本消除。当回火温度达到500左右时，第二类内应力基本消除。当回火温度达到500左右时，
13、第一类内应力接近全部消除。,2、 相的恢复与再结晶由于淬火M的晶粒形状不是等轴状，而且晶体内的位错等缺陷密度较高，与冷变形金属相似，在回火过程中也会发生回复与再结晶。 （1）低碳板条状马氏体低C板条M的内部亚结构为高密度的位错，随回火温度的升高，位错线将逐渐消失，晶体内的位错密度逐渐下降，剩余的位错将重新排列成墙，形成多边化亚结构。回复的确切温度不易测出，但是当回火温度高于400时，回复已明显出现。回复后的相仍然保持细板条状。,当温度高于600时，由于Fe原子的活动能力加强可进行明显的扩散，回复后的相开始发生再结晶。结果由位错密度较低的等轴相新晶粒逐步代替回复后的板条状的相。第二相颗粒对晶界具
14、有钉扎作用，回火时析出的碳化物颗粒，对 相的再结晶具有阻碍作用。钢中碳含量愈高， 相的再结晶愈困难。通过此过程得到的组织为回火索氏体，一般用S表示。组织为等轴状的铁素体加上粒状渗碳体。,（2）高碳片状马氏体高碳片状M内部的亚结构主要是高密度的孪晶，因此，这类M的回复与再结晶过程不同于板条状M。当温度高于250时，随回火温度的升高，马氏体内部的孪晶亚结构逐渐消失，同时在马氏体内出现位错线，当温度高于400时，孪晶亚结构全部消失，全部变成位错。 400以上的过程与板条M的回复、再结晶过程完全相同。位错线的产生可能是渗碳体析出时，造成的体积变化引起的。所得到的组织同样是回火索氏体（ S ）。,（3）
15、碳化物聚集长大淬火碳素钢在回火时，当温度较高时，渗碳体会发生聚集长大和球化。当温度高于400时，渗碳体开始聚集长大和球化。当温度高于600时，细粒状的渗碳体会迅速聚集粗化。机理：小颗粒溶解，大颗粒长大。,三、钢中的合金元素对回火转变的影响总的规律是：合金元素的加入都会使转变推迟、转变温度升高。 （一）合金元素对M分解的影响合金钢中的M分解和碳素钢相似，但其分解速度相差较大。合金元素主要是通过影响C原子的扩散来影响M分解的。因此，合金元素对C的偏聚、两相式分解的影响不大，而对连续式分解影响较大。其规律如下：,1、非碳化物形成元素Ni、Mn对C的扩散影响不大，对M分解的影响也不大Si、Co虽然不形成碳化物，但可溶入-FeXC中，提高-FeXC的稳定性。使-FeXC不易聚集，推迟M的分解 2、强碳化物形成元素Cr、Mo、W、V、Ti在钢中可形成特殊碳化物，阻碍C原子的扩散，可以将M分解终了温度推迟到300 甚至500 。,
