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1、淬火钢在回火时的组织转变6淬火钢在回火时的组织转变 概述： 一、回火定义：经淬火硬化的钢被加热至A1以下的某一温度，保温一段时间，然后以适当的冷速冷却至室温，这一工艺过程称回火 二、回火的目的 1. 消除淬火应力，淬火应力s变形，b时引起裂纹，残余应力使钢的脆性上升 2. 改善钢的韧性和塑性，使片状M中的Sv，使 M正方度下降，内应力 3.调整钢的力性指标 4.稳定组织，稳定尺寸，使ARk；ARMM回B下 6-1碳钢的淬火组织在回火时发生的转变 钢中含碳量不同时，钢在淬火后的组织也不尽相同 当0.8C 75M片+M板+AR 1.0C 100M片+AR 淬火组织为亚稳定组织，及相对稳定状态 亚稳
2、状态，一个系统内除可以出现一个稳定状态外，其他任何事件还可能发生，这种状态称之为亚稳状态，它是系统本身强制作用形成的，在一定条件下可转变为稳定状态 淬火钢被重新加热时，随加热温度升高，其比容和体积均发生变化，说明系统有组织转变发生，而且不同温度阶段有不同变化发生，这是钢从亚温状态向稳定状态变化的过程 一、碳原子的偏聚 淬火时M的C、N原子被强制溶入相中，位于体心立方点阵的扁八面体间隙中心位置，使点阵畸变，使系统的能量上升，而处于不稳定状态 另一方面淬火M中存在大量的缺陷，也使其处于不稳定状态 在室温附近，Me和Fe原子已经不能扩散，但C、N原子尚可以做短距离扩散，计算表明在0时，在一分钟内C、
3、N可以迁移2埃的距离 由于间隙造成的应力场与晶体缺陷造成的应力场相互作用，C、N原子扩散到这些微观晶体缺陷处，可是系统的能量降低C、N原子发生偏聚 偏聚，M中的C、N原子在一定的温度下向点阵缺陷处聚积的过程，成为C、N原子的偏聚，偏聚过程是一个自发过程，可以表示为C+C它是可逆过程，过程的方向取决于当时的系统能量状态 1. 板条M中碳原子的偏聚 错误！未找到引用源。发生温度范围，室温250，约在250基本完成，碳原子有相当强的扩散能力，板条M的亚结构为位错，发生C+C，可使系统能量下降 错误！未找到引用源。发生偏聚的条件：当不具备从M中直接析出k的条件时，；或是形成碳化物的稳定性低于形成偏聚区
4、时，偏聚可能发生在淬火的过程中，也可能发生在淬火后室温停留或回火过程当中 错误！未找到引用源。性质：碳原子偏聚发生在固溶体内部，M仍为单相，而非析出状态 错误！未找到引用源。影响偏聚过程的因素 碳的偏聚时C原子向位错线附近扩散过程，因此偏聚过程与碳原子的扩散能力，M位错密度，及M中碳的含量有关 a.马氏体中的位错密度增大，C发生的可能性增大、 b.当T升高时，D C升高，C往位错扩散，产生偏聚区，但温度过高，C的扩散能力很强，会使偏聚区的碳原子脱离，即“蒸发”，使偏聚区消失 c.当M中碳含量1 碳含量0.2%,碳偏聚位置饱和，多余的碳原子存在于M中，故c/a1 0.2%正好是M中c/a最低碳含
5、量 错误！未找到引用源。M的自回火 当M中C为0.2%时，Ms300，当A被冷却至Ms点时，将发生AM面T下降，M板增多，另一方面，碳原子发生偏聚，至室温时90%偏聚 M的自回火：淬火中M的碳原子在自然条件下，发生重新分布，完成偏聚过程 2. 片状M中碳原子的偏聚 错误！未找到引用源。温度范围20-100 错误！未找到引用源。偏聚区的位置 首先为位错线，其次为晶界，孪晶区110M晶界上 错误！未找到引用源。偏聚区的尺寸，1.0%C,偏聚在孪晶面的C原子组成一片片小富集区 二、M的分解 使单相M组织低碳M+k的两相组织，随着回火温度，碳原子将发生有序化转变，形成碳化物 1. 板条M的分解 当80
6、，M片中的偏聚区形成细小片状-k，碳的扩散可以使-k长大Fe2.5C,由于T低，DC小，-k附近很小范围内做短距离扩散，扩散使-k长大，使其周围的M含碳量下降，形成M,在较远的地方仍为高碳M,即测量时，分别是两种正方度M,当T，-k不断增加长大，是高碳M继续分解，直到高碳区域全部消失 故称为双相分解 M的含碳量与M的原始碳含量及分解温度无关，为恒定值0.25-0.3% 错误！未找到引用源。片状M的连续分解 当T150, DC，M区分部整个片，使c/a变为一致，碳原子可做远距离扩散，-k可以从较远处M获得C原子长大；当T=300，M的c/a=1，此时M+-k组织，称为回火M,M分解完成，-k的位
7、置即为原偏聚区，其惯习面M，且与M保持共格和一板,冷却过程一方定的位向关系 影响M分解速度的因素 错误！未找到引用源。回火时间的影响 250分解是在碳原子偏聚区和M板条边界形成-k小薄片，并与母相共格，当温度为300-400，-k长大到一定尺寸，因共格畸变能太大，使其与母相的共格关系遭到破坏，成为与母相非共格关系的渗碳体，也就是从母相中析出 2.片状M 回火时碳化物的转化 错误！未找到引用源。当0.4-0.6%时， 250，-k溶入M中，分别在112M析出与母相共格的-k 400-500时，-k脱离母相，形成渗碳体 350时，中含碳量为0.2%，接近平衡成分 错误！未找到引用源。 C%0.6%
8、 250, -k重新溶解，在112M析出-k(Fe5C2) 350-450, -k有两种去向 原位析出，在-k形核长大，形成-k与母相共格 离位析出112M -k溶入M中，另在111M面上析出-k 450，-k脱离与共格形成cm 3.影响转化因素 错误！未找到引用源。温度和回火时间见图 T -k+ 转化温度下降 错误！未找到引用源。Me成分不同影响-k稳定化程度，从而影响k的转化温度 错误！未找到引用源。Me含量低时，碳化物形成元素，Ti、Zr、Ni、V、W、Mo、Cr 使Dc，推迟转化，移向高温 其中Si溶入-k，提高其稳定性，使-k溶解温度由250提高到350 四、碳化物聚积球化和长大温度
9、范围 对一般的碳钢，400,原子扩散Q,脱离母相共格为cm，开始球化 当颗粒大小不均一，小颗粒周围的母相溶解速度大，大颗粒周围相的溶解速度小，导致小颗粒溶解，大颗粒长大聚积长大 从界面能考虑，小颗粒的界面相对多，使界面能升高，聚积大颗粒后，使相界面下降，界面能下降，系统总能量下降 当k呈针状，杆状，层片状，由于各处曲率半径不同，而使周围的溶解度不同，尖角处溶解，平滑处长大，直至曲率半径相同，k呈球形 由化学位考虑，直到？ 当T回600,聚积球化过程加快 Me的存在将强烈推迟k聚积长大的过程 Si溶入-k但不溶于-k，形成高Si墙 五、相的回复与再结晶 1.相的回复与再结晶的驱动力 错误！未找到
10、引用源。相变硬化使晶体的缺陷增多，使位错密度增多，使孪晶增多 错误！未找到引用源。淬火应力：组织应力、热应力 错误！未找到引用源。k与母相共格造成晶格间应力 2. 低碳板条M回火时相回复与再结 错误！未找到引用源。相回复，温度范围 当T400时，相发生回复，位错密度下降，位错包消失，发生？，位错线排成网络，但仍保持原M的轮廓，此时得到的组织称为回火屈氏体，即板条M轮廓+其上细小k 错误！未找到引用源。当T500-600时，板条轮廓逐渐消失，逐渐形成等轴晶，此时位错密度更低，此时组织为等轴的晶粒+其上细小分布粒状k为回火索氏体，当温度升高时，相晶粒将长大 3.片状M中相的回复与再结晶 错误！未找
11、到引用源。相的回复 250回火时，M片中的孪晶开始消失，出现位错线，位错包。 400回火时，M片中的孪晶全部消失， 500回火时，M片中形成多边化亚晶，但仍保持M片的轮廓 组织为+细小k，回火屈氏体 (P96) 相的再结晶 600回火时，M片消失，位错密度很低的等轴晶粒 组织为等轴晶粒+粒状k，称为回火屈氏体 因为M片一般为高碳，回火时析出的k数量多，k有阻碍相再结晶过程的作用，固其再结晶温度范围比低中碳钢略高 4、当Me加入钢中将使相回复再结晶发生温度范围提高，将延缓回复再结晶过程的进行 六、残余奥氏体的转变 1、 残余奥氏体转变特点 AR与过冷奥氏体相比 所处的应力状态不同AR三向应力状态
12、，由AM,AR被加工硬化 成分不同，如B转变时，AR高碳,M转变时AR高碳 AR转变产物 当T200(ms)时，ARMM 当T=200-300时，ARB下 以上两种产物在显微镜下均呈黑色针状，统称为回火M 当T300，残余奥氏体基本分解完成 AR与过冷奥氏体在筒温度下分解相比，转变方式相同，但ARB下时所需孕育期较短，转变速度快，因为M的存在可加速B的转变 回火过程中合金元素对AR转变的影响 存在于AR中的Me使AR稳定性升高，AR的分解温度上升，当Me含量很高时，甚至要在等温后或在回火后冷却时才能转变为M，B下,或P 二次淬火现象 当A中Me的含量高时，过冷的A稳定性升高，淬火后含有较多的AR，回火时AR向M的转变量多，可使钢的硬度提高2-3HRC，且AR是在回火冷却过程中转变为M,故称为二次淬火 二次淬火：钢中AR在回火冷却过程当中转变为M，使钢的硬度上升的现象 例如W18Cr4V 560三次回火使AR降为最低 总之：M和AR在回火时的转变可用下图表示 七、回火时内应力的消除 1.钢淬火后的组织中的内应力，因其产生的原因不同，可将其分为组织应力和热应力，按其分布不同，可将其分为三类。 第一类内应力：由于工件淬火时各部分的温度不一致或相变不同时而造成工件上宏观区域的内应力，又称为宏观应力，它往往是造成工件在淬火冷却或室温放置时变形开裂的重要原因内1
