1、第八章 钢的回火转变1 回火处理的定义：淬火钢加热到低于 A1 点以下某一温度保温一段时间，然后进行冷却（空冷到室温）的一种热处理工艺。2 回火转变：回火热处理加速由亚稳状态向稳定状态的转变过程，这个转变过程中材料内部组织发生的变化即称为回火转变。3 回火目的：（1）消除或减少淬火钢件的内应力（热应力、组织应力） ，防止变形、开裂；（2）调整性能：提高钢塑性、韧性，达到硬度，强度，塑性和韧性的配合；改善钢的切削加工性； （3）稳定组织和尺寸- 回火使马氏体和残余奥氏体充分分解，从而起到稳定钢件组织和尺寸的作用。4 回火过程中的组织变化：碳的偏聚和聚集； M 分解及 -碳化物的沉淀；残余 A分解
2、； K 类型变化；-Fe 相回复再结晶，Fe3C 球化粗化；5 回火马氏体：马氏体经分解后, 原马氏体组织转化为由有一定过饱和度的立方马氏体和 -碳化物所组成的复相组织。6 二次淬火：回火冷却时残余奥氏体转变为马氏体的现象淬火时冷却中断或冷速较慢均使奥氏体不易转变成马氏体而使淬火至室温时的残余奥氏体量增多，即发生奥氏体稳定化现象。A 稳定化现象可通过回火加以消除。将淬火钢加热到较高温度回火，若残余奥氏体比较稳定，在回火保温时为发生分解，则在回火冷却的过程中转变成马氏体7 低碳与高碳马氏体回火后组织变化对比：回火组织、结构变化 回火温度组织转变阶段 条状（位错 M）-低碳 片状（孪晶）M -高碳
3、20100碳偏聚或聚集 碳原子偏聚在位错线附近间隙位置 少量向位错偏聚，大量可能在孪晶面上富集100250 M 分解 250C 时碳原子几乎全部偏聚在位错线附近间隙位置，不发生碳化物的析出1) 在 M100M 面上共格析出小片状 -K ；2)M 正方度下降，当C0.25%时基体为过饱和碳的 相（体心立方）2) 两种分解方式 200300残余 A 分解 不存在残余奥氏体1 AM 等温转变成马氏体； 二次淬火； 2 A B 中温区 P 高温区注：一定量 M 的存在能促进残余奥氏体转变，尤其使贝氏体转变加速。 8 碳化物转变方式：（1） “原位”转变在旧碳化物的基础上通过成分改组和点阵改组逐渐转化为
4、新的碳化物；（2） “独立”转变新碳化物在其他部位通过形核和长大独立形成，即“独立”形核长大转变，此时由于新碳化物的析出使母相碳含量下降，故细小的旧碳化物将重新溶入基体当中，直至消失。以何种方式转变，取决于新旧碳化物与母相的位相关系和惯习面。9 马氏体的两种分解方式：（1）双相分解（低于 125150）：随着碳化物的析出，出现了两种不同正方度的 相-高正方度（保持原始碳浓度的未分解的马氏体）和低正方度（碳以部分析出的低碳马氏体） ；- 双向分解速度与温度有关，温度越高，速度越快；低碳区碳含量与马氏体原始碳含量及温度均无关（2）当温度高于 150时，碳原子能够进行较长距离的扩散。析出的碳化物粒子
5、可从较远处得到碳原子而长大， 相中不同浓度可通过长程扩散消除。10 自回火： 低碳钢中 Ms 点低，淬火形成马氏体过程中，除了可能会发生碳原子向位错线偏聚外，在最先形成的马氏体中还有可能析出碳化物-这一特征为自回火。11 内应力变化：淬火产生三种应力： 第一类：冷却时工件内外温差造成的宏观应力引起工件变形、开裂- 淬火后通过回火 第二类：由于工件中的几个晶粒内的温度不一致和相变的不同时，而造成晶粒或亚晶粒范围内处于平衡的微观应力 - 回火温度达到 550 度时消失 第三类：由于晶格畸变而引起的内应力（由 C 原子过饱和固溶、M 相变停止后仍保持共格关系所致）- 随马氏体分解和碳原子析出而不断下
6、降淬火钢回火时力学性能的变化1 室温200C 碳的偏聚和聚集 固溶强化100 250C M 分解固溶强化消失， 时效强化是主要因素200 300C A分解取决于转变性质及转变产物250400C K 类型变化400700C 相回复再结晶， Fe3C 球化粗化相硬化强化效应消除2 随回火温度升高，淬火钢硬度和强度降低，塑性增强250400K 类型变化1)M 中碳原子脱溶，在 M 条内、条界或晶界直接析出小片状 -K，即 Fe3C； 中碳钢不析出 -K1）250C ，-K 重新溶解，同时在孪晶面112M 析出 -K；2)温度升高，112M 面上的 -K 转变为-K，同时在110M 面上也析出-K；
7、400600 相回复，Fe3C 球化 1）片状 Fe3C 球化；2） 相回复，位错亚结构逐步消失，位错密度下降，剩余的位错形成位错网络，把 相分割成许多亚晶粒；3）相基本上仍保持条状或针状形态600720 再结晶，Fe3C 粗化 1）球状 Fe3C 粗化；2） 相再结晶，成为等轴状 F；3） F 晶粒长大。低 C 钢淬火后，不经回火或经低温回火可获得良好的综合力学性能。中碳钢经过中温回火后可以获得良好的综合力学性能，故中碳钢一般均在中温回火状态下使用。 低碳钢： 硬度强度下降不多，塑性基本不变，s 有所升高由于 C 原子偏聚于位错，起钉扎作用。 200300C， s（针状 -K 在位错缠结处析
8、出，起钉扎位错作用） ，ak（板条M 条界上析出了薄片状 -K） 300C，硬度强度，塑性 （由于 -K 充分析出，并随 T 升高而聚集长大，回复再结晶）高碳钢：100C 时，C 原子扩散形成富 C 聚集区，使晶格发生更大畸变，硬度升高 200300C ，硬度变化与钢中 A%有关。含较多 A时，硬度变化极少（A分解为 B，抵消了 M 随回火温度升高硬度的下降） 300C 时，由于 K 析出及聚集，球化和再结晶，硬度强度下降，塑性韧性升高。3 二次硬化：当 M 中 K 形成元素含量足够多时，500C 以上回火会析出合金碳化物，细小的弥散分布的合金 K 将使已经因回火温度升高而下降的硬度重新升高，
9、故称二次硬化。4 回火脆性：随回火温度升高，一般是钢的强度、硬度降低，塑性升高，但冲击韧性不一定总是随回火温度升高而升高，有些钢在某些温度回火时，韧性反而显著下降的现象。回火脆性有两类： 250400，第一类回火脆性450600，第二类回火脆性5 几乎所有的钢均有第一类回火脆性特征：再加热到更高温度时脆性可消失，若再在 200350C 回火将不再出现称为不可逆回火脆性影响因素：1） 、化学成份有害杂质元素：包括 S、P、As、Sn、Sb 、Cu 、 N、H、O促进回火脆性元素：Mn、Si、Cr、Ni、V减弱回火脆性元素：Mo、W、Ti、Al2）奥氏体晶粒大小： 奥氏体晶粒愈小，回火脆性愈弱3）
10、残余奥氏体的量：越多，回火脆性越严重形成机制：残余奥氏体转变；碳化物薄壳析出理论；晶界偏聚理论-奥氏体化时杂质元素等在晶界亚晶界偏聚导致晶界弱化6 第二类回火脆性：又称高温回火脆性特点：1）在 450650C 长时间等温加热或缓慢通过上述温度范围时停留时间愈长，回火脆性愈大；2）可逆：重新在 600C 短时加热并随之快冷，可消除，还可再次发生3）经脆性处理试样，总是沿 A 晶界断裂4）形成机制： 碳化物、氧化物、磷化物等脆性相沿晶界析出及杂质元素的晶界偏聚7 回火工艺：低温回火：强度和塑性均有一定提高的回火马氏体中温回火后，钢得到回火屈氏体组织高温回火后，钢的组织为回火索氏体，渗碳体聚集球化、
11、弥散分布在基体中而起强化作用。8 调质处理：淬火加高温回火第九章 合金的脱溶沉淀与时效1 固溶处理：将合金加热到一定温度，使合金元素溶入到固溶体中，然后快速冷却下来，得到过饱和状态的固溶体。时效：指淬火合金在室温或较低温下放置一段时间后，硬度升高的现象.2 工艺：固溶处理：在固溶度曲线以上某一温度保持，让 B 充分溶入 A 中， 迅速冷却使B 来不及析出而形成过饱和固溶体。时效：经固溶处理后在室温放置或加热到溶解度曲线以下某一温度保温，使 B 组元从过饱固溶体中析出的过程。 即：过饱和固溶体饱和固溶体+析出相3 时效的实质：过饱和固溶体的脱溶沉淀4 时效：自然时效-（在室温放置过程中过饱和固溶
12、体脱溶使合金产生强化的效应）人工时效- 加热到某一温度是过饱和固溶体脱溶，合金产生强化的效应5 时效强化：经过固溶处理的过饱和固溶体在室温或较高温度下等温保持时，将发生脱溶，使合金的强度和硬度显著提高，称为沉淀强（硬)化或时效强（硬）化6 合金时效过程的热力学：形核、长大脱溶的驱动力也是新/旧相的自由能差 ，阻力是形成脱溶相的界面能和应变能7 以 Al- 4% Cu 合金为例：在固溶处理后时效，结构变化过程：1）最先形成的是铜原子的富集区(G.P.区) 2） 相 (G.P.II 区)，3） 相， 4） 相，即 CuAl2即：G.P.区 相相 相，即 CuAl28 性能变化：1）G.P.区是溶质
13、原子（Cu ）富集区，均匀分布在 基体上，形成弹性畸变能导致硬度升高。2）相性能：为了保持与母相共格，产生弹性畸变区使硬度升高（合金达到最大强化的阶段） 。3）形成：对位错运动的阻碍作用减小，合金的硬度开始降低4） 相形成：随着时效温度的提高何时间的延长， 相质点聚集长大，合金的强度、硬度进一步降低9 微观组织变化：连续非均匀脱溶加均匀脱溶：先发生局部脱溶，再发生连续均匀脱溶非连续脱溶加连续脱溶仅发生非连续脱溶10 较低温度下，硬度随时效时间的延长迅速上升后保持不变冷时效较高温度下，随着时间延长，硬度增加，达到极大值后，硬度下降温时效超过极大值后硬度下降称为过时效11 按位错通过析出相的方式，硬化机制可分三类：（1）内应变强化 （2）位错切过析出相颗粒强化-G.P 区和 G.P.II 区( ) （3）位错绕过析出相颗粒强化12 回归现象：将经过时效处理的合金放在低于固溶处理温度以下比较高的某一温度下短时间加热（几分之一秒至若干秒） ，并迅速冷却，时效硬化现象会立即消除，硬度恢复到固溶处理状态，而塑性的指标上升，这种现象称为回归。该处理过程称为回归热处理(RHT)
