第七章淬火钢在回火时的转变-PPT.pptx

第七章淬火钢在回火时的转变本章基本内容本章基本内容 回火的定义、目的回火的定义、目的 淬火钢的回火时的组织转变淬火钢的回火时的组织转变 淬火钢回火时力学性能的变化淬火钢回火时力学性能的变化 基基 本本 要要 求求 1.回火的定义、目的、淬火组织为淬火亚稳组织回火的定义、目的、淬火组织为淬火亚稳组织 2.淬火钢的回火时的组织转变的五个阶段：淬火钢的回火时的组织转变的五个阶段：马氏体中碳的偏聚马氏体中碳的偏聚 马氏体分解：类型、过程、产物马氏体分解：类型、过程、产物，残余奥氏体转变：过程、产物残余奥氏体转变：过程、产物 碳化物转变：碳化物类型、方式、过程、产物碳化物转变：碳化物类型、方式、过程、产物 基体基体相回复再结晶，碳化物聚集长大：淬火内应力的变化、相回复再结晶，碳化物聚集长大：淬火内应力的变化、碳化物聚集长大方式、基体碳化物聚集长大方式、基体相回复再结晶的过程、产物相回复再结晶的过程、产物 3.淬火钢回火时力学性能的变化淬火钢回火时力学性能的变化 （1）低、中、高碳钢淬火后回火时力学性能的变化）低、中、高碳钢淬火后回火时力学性能的变化 （2）回火时强度、硬度、塑性、韧性、淬火裂纹等的变化）回火时强度、硬度、塑性、韧性、淬火裂纹等的变化 （3）合金元素对钢回火时组织转变和性能的影响）合金元素对钢回火时组织转变和性能的影响 （4）回火脆性：类型、特征、影响因素、减小和防止方法）回火脆性：类型、特征、影响因素、减小和防止方法4.回火转变产物与过冷奥氏体分解产物在组织、性能等方面的回火转变产物与过冷奥氏体分解产物在组织、性能等方面的区别区别 概概 述述 回火的定回火的定义：将将淬淬火火零零件件重重新新加加热到到低低于于临界界点点A A1 1某某一一温温度度加加热保保温温，使使淬淬火火亚稳组织发生生转变为稳定定的的回回火火组织，并并一一适适当当的的冷冷却却速速度度冷冷却却到到室室温的温的热处理工理工艺过程。程。回火目的回火目的：（1 1）使使淬淬火火得得到到的的亚稳组织转变为稳定定的的回回火火组织；（2 2）提高淬火）提高淬火钢的塑性和的塑性和韧性，降低脆性；性，降低脆性；（3 3）降低或消除淬火引起的残余）降低或消除淬火引起的残余应力，防止力，防止变形和开裂，形和开裂，稳定工件尺寸。定工件尺寸。7.1 淬火淬火钢的回火的回火时的的组织转变 淬淬火火后后得得到到的的组织由由马氏氏体体和和残残余余奥奥氏氏体体所所组成成，它它们都都是是处于于亚稳定定状状态，是是亚稳组织，有有自自发转变为铁素素体体和和渗渗碳碳体体平平衡衡组织的的倾向向。回回火火可可使使组织转变，性性能能改改变，内内应力消除。回火力消除。回火时组织和性能的和性能的转变称称为回火回火回火回火转变转变。回火回火回火回火时时的的的的组织转变组织转变大体上可分大体上可分大体上可分大体上可分为为五个五个五个五个阶阶段：段：段：段：(1).(1).马氏体中碳的偏聚氏体中碳的偏聚 时效效阶段，段，100100以下；以下；(2).(2).马氏体分解氏体分解马氏体氏体转变，发生于生于100100350350；(3).(3).残残余余奥奥氏氏体体转变，发生生于于200200 300300，属属于于低低温温回火，得到回火回火，得到回火马氏体氏体(M)M)；(4).(4).碳碳化化物物转变，()()，发生生于于400400，属属于于中温回火，得到回火屈氏体中温回火，得到回火屈氏体(T)T)；(5).(5).基基体体相相回回复复再再结晶晶，碳碳化化物物聚聚集集长大大，发生生于于400400 550550，属于高温回火，得到回火索氏体，属于高温回火，得到回火索氏体(S)S)。这五个五个过程的温度不能截然分开。程的温度不能截然分开。7.1.1 马氏体中碳原子的偏聚氏体中碳原子的偏聚 马马氏体中碳原子偏聚氏体中碳原子偏聚氏体中碳原子偏聚氏体中碳原子偏聚时时效效效效阶阶段（段（段（段（100100100100）马氏体是碳在氏体是碳在-Fe-Fe中的中的过饱和固溶体，存在于体心立方和固溶体，存在于体心立方扁八面体中的碳原子将使晶体点扁八面体中的碳原子将使晶体点阵产生生严重畸重畸变，使，使马氏体氏体处于不于不稳定状定状态。为了降低能量，在了降低能量，在100100左右，碳原子就偏左右，碳原子就偏聚于位聚于位错或或孪晶界面，或板条界，形成微小的碳的富集区。晶界面，或板条界，形成微小的碳的富集区。1.1.1.1.板板板板条条条条马马氏氏氏氏体体体体 亚结构构为位位错，碳碳原原子子向向位位错线附附近近偏偏聚聚形成偏聚区。形成偏聚区。C C C C=C=C=C=C 2.2.2.2.片状片状片状片状马马氏体氏体氏体氏体 亚结构主构主要要为孪晶，大量的碳原子向垂直晶，大量的碳原子向垂直于于马氏体的氏体的C C轴的（的（100100）面富集，）面富集，形成富碳区。形成富碳区。含碳含碳0.21%0.21%的的Fe-CFe-C合金，奥合金，奥氏体化后淬火，氏体化后淬火，150150回火回火1010分分钟，用原子探，用原子探针测得得基底含碳基底含碳0.03%0.03%，而板条，而板条马氏体的条界碳氏体的条界碳含量含量为0.42%0.42%，说明淬火或回火明淬火或回火过程中，碳偏聚于板条。程中，碳偏聚于板条。7.1.2 马氏体的分解氏体的分解 马马氏体的分解氏体的分解氏体的分解氏体的分解过过渡型碳化物析出渡型碳化物析出渡型碳化物析出渡型碳化物析出阶阶段。段。段。段。此此过程程发生在温度高于生在温度高于100100（8080250250）时，马氏体氏体开始开始发生部分分解，随回火温度的升高及生部分分解，随回火温度的升高及时间的延的延长，富，富集区的碳原子集区的碳原子发生有序化然后生有序化然后转变为碳化物。随碳化物的碳化物。随碳化物的析出，析出，马氏体的含碳量不断减少，点氏体的含碳量不断减少，点阵常数常数c c下降、下降、a a升高、升高、正方度正方度c c/a a不断下降，并析出弥散分布的不断下降，并析出弥散分布的过渡型渡型碳化物。碳化物。马氏体的分解有两种分解方式氏体的分解有两种分解方式(即双相分解和即双相分解和单相分解相分解)，分解析出的分解析出的碳化物与碳化物与马氏体保持共格关系。氏体保持共格关系。碳碳化化物物为FeFex xC C（x=2x=23 3），具具有有蜜蜜排排六六方方结构构，碳碳化化物物与与基基体体马氏氏体体保保持持共共格格关关系系，存存在在一一定定的的晶晶体体学学关系。关系。不是平衡相，而是向渗碳体不是平衡相，而是向渗碳体转变前的一个前的一个过渡相。渡相。对于含碳量低的板条于含碳量低的板条马氏体只氏体只发生碳原子向位生碳原子向位错线附近附近的偏聚，没有碳化物析出。的偏聚，没有碳化物析出。（一）高碳（一）高碳马氏体分解氏体分解 1.1.马氏体双相分解氏体双相分解 当当温温度度低低于于125125时，回回火火后后可可出出现两两种种不不同同的的正正方方度度。下下页表表为含含碳碳1.4%1.4%的的马氏氏体体回回火火后后点点阵常常数数、正正方方度度与与含含碳碳量量的的变化化。从从表表中中可可看看出出，125125以以下下回回火火得得到到的的二二种种正正方方度度为:具具有有高高正正方方度度的的保保持持原原始始碳碳浓度度的的未未分分解解的的马氏氏体体以以及及具具有有低低正正方方度度的的碳碳已已部分析出的部分析出的相。相。双相分解机制双相分解机制双相分解机制双相分解机制：a)a)在在碳碳原原子子的的富富集集区区，形形成成碳碳化化物物核核，周周围碳碳原原子子的的扩散散促促使使其其长大大。但但由由于于温温度度低低，进行行的的仅仅是是近近程程扩散散，从从而而形形成成具具有有二二个个浓度度的的相相，析析出出的的碳碳化化物物粒粒子子也也不不易易长大。大。b)b)在在高高碳碳区区继续形形成成新新核核，随随时间延延长，高高碳碳区区逐逐渐变成低碳区，高碳区减少。成低碳区，高碳区减少。c)c)低低碳碳区区增增多多，平平均均成成分分将将至至0.250.25 0 0.3%.3%，与与原原始始碳碳量、分解温度无关。量、分解温度无关。大家学习辛苦了，还是要坚持继续保持安静继续保持安静表表表表7-1 7-1 7-1 7-1 含碳含碳含碳含碳 1.4%1.4%1.4%1.4%的的的的马马氏体回火后点氏体回火后点氏体回火后点氏体回火后点阵阵常数、常数、常数、常数、正方度与含碳量的正方度与含碳量的正方度与含碳量的正方度与含碳量的变变化化化化回火温回火温度度 回火时回火时间间 acc/a碳含量碳含量(%)室室 温温 10d2.846 3.02 1.062 1.4 1001h2.846 3.02 1.062 1.21251h2.846 2.886 1.013 0.291501h2.852 2.886 1.0120.271751h2.8572.8841.0090.212001h2.8592.878 1.0060.14 2251h2.861 2.8741.0040.082501h2.8632.8721.0030.06 2.2.2.2.马马氏体氏体氏体氏体单单相分解相分解相分解相分解 当温度高于当温度高于150150时，碳原子碳原子扩散能力加大，散能力加大，相中不同相中不同浓度可通度可通过长程程扩散消除，析出的碳化物散消除，析出的碳化物粒子可从粒子可从较远处得到碳原得到碳原子而子而长大。故在分解大。故在分解过程程中，不再存在两种不同碳中，不再存在两种不同碳含量的含量的相，碳含量和正相，碳含量和正方度不断下降，当温度达方度不断下降，当温度达300300时，正方度，正方度c c/a a接近接近1 1。合金元素合金元素对单相式分相式分解有很大的影响。解有很大的影响。（二）低碳及中碳（二）低碳及中碳马氏体的分解氏体的分解 低碳低碳钢及中碳中及中碳中M MS S点高，淬火点高，淬火过程中会程中会发生碳原子偏聚及碳化物析出，生碳原子偏聚及碳化物析出，这一特征一特征称称为自回火自回火。淬火后，在。淬火后，在150150回火回火时，不，不再再发生碳化物的析出。当回火温度高于生碳化物的析出。当回火温度高于200200时，发生生单相分解析出碳化物。中碳相分解析出碳化物。中碳钢正常淬火得到板条与片状正常淬火得到板条与片状马氏体的混合氏体的混合组织，并有低碳、高碳，并有低碳、高碳马氏体特征。氏体特征。总之之，这一一阶段段转变完完成成后后，钢的的组织由由有有一一定定过饱和和度度的的固固溶溶体体和和与与其其有有共共格格关关系系的的碳碳化化物物所所组成成的的复复相相混混合合组织，称称为回回火火马氏氏体体(如如图)。因因此此，第第一一阶段段转变可可用用下式表示：下式表示：M MM MM MM M（FexC FexC FexC FexC）对于含碳量低的板条于含碳量低的板条马氏体只氏体只发生碳原子向位生碳原子向位错线附近附近的偏聚，没有的偏聚，没有碳化物的析出。碳化物的析出。另另外外，有有人人通通过电子子衍衍射射研研究究发现，第第一一阶段段除除碳碳化化物物析析出出外外，还有有碳碳化化物物，碳碳化化物物具具有有正正交交结构构，成成分分为FeFe2 2C C，碳碳化化物物也也是是一一个个过渡渡相相，也也与与基基体体马氏氏体体存存在在一定的晶体学关系。一定的晶体学关系。在普通金相在普通金相显微微镜下，下，观察不出回火察不出回火马氏体中的氏体中的碳化物。碳化物。回火回火马氏体在形氏体在形态上与淬火上与淬火马氏体相似，但回火氏体相似，但回火马氏体易腐氏体易腐蚀，成黑色，成黑色组织；回火；回火马氏体和下氏体和下贝氏体都是由氏体都是由固溶体和固溶体和碳化物所碳化物所组成，但回火成，但回火马氏体中的氏体中的碳化物碳化物较下下贝氏体中氏体中的的碳化物分布均匀。碳化物分布均匀。2020钢980980淬火淬火+200+200回火回火组织（400400倍）倍）2020钢980980淬火淬火+200+200回火回火组织（TEM4500TEM4500倍）倍）T12T12钢11001100淬火淬火+200+200回火回火组织（400400倍）倍）T12T12T12T12钢钢1100110011001100淬火淬火淬火淬火+200+200+200+200回火回火回火回火组织组织（TEM 15000TEM 15000TEM 15000TEM 15000倍）倍）倍）倍）T12T12钢780780淬火淬火+200+200回火回火组织（400400倍倍）T12钢钢淬火淬火200回火回火组织组织（580倍倍）三三.残余奥氏体残余奥氏体转变 在在200200300300之之间,钢中中的的残残余余奥奥氏氏体体将将发生生分分解解，转变为回回火火马氏氏体体或或下下贝氏氏体体。其其转变可可用下式表示：用下式表示：Ar MAr MAr MAr M 或或或或 B B B B下下下下（碳化物）碳化物）碳化物）碳化物）碳化物可能是碳化物可能是FexC FexC，也可能是也可能是Fe3C Fe3C。钢淬淬火火后后的的残残余余奥奥氏氏体体，与与过冷冷奥奥氏氏体体同同属属亚稳组织，但二者仍有不同点，如：，但二者仍有不同点，如：(1)(1)已已发生生的的转变会会对残残奥奥氏氏体体带来来影影响响，如如马氏氏体体条条间的的残残余余奥奥氏氏体体含含碳碳量量就就大大大大高高于于平平均均含含碳碳量量，已已转变的的马氏氏体体会会使使残残奥奥处于于三三向向压应力状力状态等。等。(2)(2)回回火火过程程中中，马氏氏体体将将继续转变，这必必然然影响到残余奥氏体的影响到残余奥氏体的转变。回回火火过程程中中，马氏氏体体将将继续转变，这必必然然影影响响到到残残余余奥奥氏体的氏体的转变，所以：，所以：a)a)当当加加热到到A A1 1M MS S之之间时，马氏氏体体的的存存在在可可促促进珠珠光光体体转变，但影响不大。，但影响不大。马氏体的存在可大大促氏体的存在可大大促进贝氏体氏体转变。b)b)当加当加热至至M MS S以下以下时，残余奥氏体有可能，残余奥氏体有可能转变为马氏体。氏体。c)c)当当加加热回回火火时，如如残残余余奥奥氏氏体体未未分分解解，则在在冷冷却却过程程中残余奥氏体将中残余奥氏体将转变为马氏体，氏体，这一一过程称程称为催化。催化。如如W18Cr4VW18Cr4V淬淬火火后后，加加热到到560560三三次次回回火火，由由于于560560正正处于于高高速速钢的的珠珠光光体体与与贝氏氏体体之之间的的转变奥奥氏氏体体稳定定区区，故故奥奥氏氏体体在在回回火火中中不不发生生转变，在在随随后后的的冷冷却却过程程中中就就转变为马氏氏体体，这就就是是催催催催化化化化。但但如如果果该钢560560回回火火后后，在在冷冷却却过程程中中在在250250停停留留5 5分分钟，残残余余奥奥氏氏体体又又变得得稳定定，这一一过程程称称为稳稳定化定化定化定化。残余奥氏体等温残余奥氏体等温转变动力学力学图 稳定化和催化的机理有几种解定化和催化的机理有几种解释，比，比较有有说服力的是：服力的是：柯俊等柯俊等认为催化催化现象是象是热陈稳定的逆定的逆过程，是碳、氮等原子程，是碳、氮等原子与位与位错的交互作用引起的。即在奥氏体内部存在位的交互作用引起的。即在奥氏体内部存在位错等晶内等晶内缺陷并溶有碳、氮等原子，缺陷并溶有碳、氮等原子，为降低畸降低畸变能，碳、氮原子将能，碳、氮原子将进入位入位错膨膨胀区形成所区形成所谓CottrellCottrell气氛并气氛并对位位错起起钉扎作用，扎作用，使位使位错难以运以运动。而。而马氏体是通氏体是通过位位错的运的运动形成的，故位形成的，故位错运运动受阻也就必然使受阻也就必然使马氏体氏体转变不易不易进行。淬火行。淬火时冷却中冷却中断以及断以及缓慢冷却均使碳、氮原子有可能慢冷却均使碳、氮原子有可能进入位入位错而使奥氏体而使奥氏体变得得稳定，亦即引起所定，亦即引起所谓热陈化化稳定。碳、氮等定。碳、氮等间隙原子隙原子进入位入位错形成形成CottrellCottrell气氛有一温度上限气氛有一温度上限M MC C。在在M MC C点以上停留点以上停留不会引起不会引起热陈化化稳定。不定。不仅如此，如将已如此，如将已经发生生热陈化化稳定定的残余奥氏体加的残余奥氏体加热到到M MC C以上以上进行回火，行回火，则为了增加了增加熵以降低以降低系系统的自由的自由焓，M MC C点碳、氮等原子将从位点碳、氮等原子将从位错逸出而使逸出而使CottrellCottrell气氛瓦解，气氛瓦解，这将消除了将消除了热陈化化稳定而使残余奥氏体定而使残余奥氏体恢复了恢复了转变为马氏体的能力。亦即引起了催化。氏体的能力。亦即引起了催化。由此可由此可见，在，在M MC C点以下中断冷却或点以下中断冷却或缓冷将引起冷将引起热陈化化稳定；在定；在M MC C点以上回火点以上回火则将引起催化。将引起催化。四四.碳化物碳化物类型的型的转变 在在250250400400之之间,由由碳化物碳化物转变成更成更稳定的碳化物。定的碳化物。碳碳化化物物的的转变与与回回火火时间、回回火火温温度度有有关关，高高碳碳马氏氏体体、低碳低碳马氏体、中碳氏体、中碳马氏体的氏体的转变有差异。有差异。（一）高碳（一）高碳（一）高碳（一）高碳马马氏体中碳化物的析出氏体中碳化物的析出氏体中碳化物的析出氏体中碳化物的析出 (1).(1).(1).(1).高碳高碳高碳高碳马马氏体氏体氏体氏体经经双、双、双、双、单单相分解、析出相分解、析出相分解、析出相分解、析出亚稳亚稳碳化物碳化物碳化物碳化物 六方六方碳化物碳化物(或正交或正交碳化物碳化物)，结构式构式为FeFeFeFeX X X XC C C C，x=2-3x=2-3x=2-3x=2-3。马氏体分解的反氏体分解的反应式可写成式可写成MM(+MM(+MM(+MM(+亚稳亚稳碳化物碳化物碳化物碳化物)。当回火温度高于当回火温度高于250250时，()(Fe()(Fe()(Fe()(Fe5 5 5 5C C C C2 2 2 2)，碳化物是碳化物是较为稳定的碳化物，具有复定的碳化物，具有复杂斜方点斜方点阵。当温度。当温度进一步升高后，一步升高后，()()碳化物与碳化物与碳化物可碳化物可转变为稳定的定的碳化物碳化物(FeFe3 3C)C)，碳化物具有正交点碳化物具有正交点阵。转变初期析出的初期析出的亚稳碳化物极碳化物极为细小，不易分辨，而小，不易分辨，而碳化物与碳化物与碳化物碳化物长大成大成为片状。片状。(2)(2)(2)(2)碳化物碳化物碳化物碳化物转变转变方式方式方式方式 (a)a)原原原原位位位位转转变变（原原原原位位位位析析析析出出出出、就就就就地地地地形形形形核核核核）在在原原碳碳化化物物的的基基础上上、（原原碳碳化化物物）发生生成成分分、点点阵改改组，新新、旧旧相相具具有有相相同同析析出出位位置置与与惯习面面。如如的的转变。(b)b)独独独独立立立立转转变变（离离离离位位位位析析析析出出出出、单单独独独独形形形形核核核核）原原碳碳化化物物溶溶解解，新新碳碳化化物物在在其其它它位位置置重重新新形形核核、长大大，使使马氏氏体体中中含含碳碳量量降降低低，为维持持平平衡衡，细小小的的旧旧相相溶溶解解，如如()()碳碳化化物物或或碳碳化化物物。()()碳碳化化物物均均匀匀分分布布在在基基底底，惯习面面为100100，碳碳化化物物与与碳碳化化物物集集中中于于马氏氏体体内内孪晶面，晶面，惯习面面为112112。碳碳化化物物转变的的方方式式取取决决于于原原碳碳化化物物和和新新碳碳化化物物与与母母相相之之间的的晶晶体体学学关关系系（惯习面面和和位位向向关关系系）。若若惯习面面和和位位向向关关系系相相同同，可可以以进行行原原位位析析出；若出；若惯习面和位向关系不同面和位向关系不同则进行离位析出。行离位析出。(3)(3)一般一般规律律 高碳高碳钢中碳化物的析出与回火中碳化物的析出与回火时间、回火温度的关系。、回火温度的关系。（二）（二）（二）（二）低碳低碳低碳低碳马马氏体中碳化物析出氏体中碳化物析出氏体中碳化物析出氏体中碳化物析出 当碳含量低于当碳含量低于0.2%0.2%时，在，在200200以下回火，以下回火，仅发生碳在位生碳在位错线的偏聚，而且的偏聚，而且较为稳定；在定；在200200以上回火以及淬成以上回火以及淬成马氏体氏体过程中的自回火，均析程中的自回火，均析出出稳定的定的碳化物。回火碳化物。回火时，在板条内位，在板条内位错缠结处析出析出细针状碳化物，沿板条界析出薄片状碳化状碳化物，沿板条界析出薄片状碳化物。温度升高后，条内碳化物就溶解而使条物。温度升高后，条内碳化物就溶解而使条间碳碳化物化物长大。温度达到大。温度达到500500以上以上时，条内碳化物已，条内碳化物已消失，消失，仅剩下剩下较粗大的条粗大的条间碳化物。碳化物。（三）中碳（三）中碳（三）中碳（三）中碳马马氏体碳化物的析出氏体碳化物的析出氏体碳化物的析出氏体碳化物的析出 对孪晶晶马氏体，当温度高于氏体，当温度高于200200时，由，由亚稳()()，无无碳化物相出碳化物相出现，对位位错马氏体，氏体，当温度高于当温度高于200200时，在位，在位错线上直接析出上直接析出碳化碳化物，或物，或经自回火析出；温度高自回火析出；温度高时，碳化物向板条，碳化物向板条界界转移。移。综上所述，低碳上所述，低碳钢淬火后回火淬火后回火时碳化物碳化物变化如下：化如下：1.1.1.1.WC0.2%WC0.2%WC0.2%WC0.2%2.WC0.2%2.WC0.2%2.WC0.2%（1 1）WC0.4WC0.4WC0.40.6%0.6%MMMMFexCFexCFexCFexCFe5C2 Fe5C2 Fe5C2 Fe5C2 Fe3C Fe3C Fe3C Fe3C 以以以以后后后后发发生生生生球球球球化化化化。这类钢回回火火过程程中中可可能能出出现的的相相的的状状态为：M M M M FexC FexC FexC FexC FexCFexCFexCFexCFe3CFe3CFe3CFe3CFe5C2 Fe5C2 Fe5C2 Fe5C2 Fe5C2Fe5C2Fe5C2Fe5C2Fe3C Fe3C Fe3C Fe3C Fe3CFe3CFe3CFe3C 综上所述上所述 1.1.板条板条马氏体氏体 马氏体中的碳原子全部析出，在原氏体中的碳原子全部析出，在原马氏氏体内或晶界上析出渗碳体。体内或晶界上析出渗碳体。相仍保持原相仍保持原M M的形的形态。2.2.片片状状马氏氏体体 碳碳化化物物溶溶解解，形形成成碳碳化化物物（FeFe5 5C C2 2），碳碳化化物物再再转变成成渗渗碳碳体体。碳碳化化物物仍仍与与基基体体保保持持共共格格关关系系。渗渗碳碳体体与与基基体体无无共共格格关关系系。相相中中的的孪晶晶亚结构构消失。消失。这一一阶段段转变完完成成后后,钢的的组织由由饱和和的的针状状相相和和细小小粒粒状状的的渗渗碳碳体体组成成，这种种组织称称为回回火火屈屈氏氏体体。回回火火屈屈氏氏体仍保持原体仍保持原马氏体的形氏体的形态，但模糊不清。，但模糊不清。4545钢淬火淬火+400+400回火回火组织（400400倍）倍）4545钢淬火淬火+400+400回火回火组织（TEM4500TEM4500倍）倍）五五.相的回复、再相的回复、再结晶晶和碳化物的聚集和碳化物的聚集长大大 由由于于马氏氏体体中中的的缺缺陷陷（如如位位错或或形形变孪晶晶等等）密密度度很很高高，当当回回火火温温度度超超过400400以以上上后后，在在回回火火过程程中中也也发生生回回复复和和再再结晶晶过程程。该过程程特特征：征：1.1.相相400400开始回复，位开始回复，位错密度下降。密度下降。2.6002.600以以下下相相基基本本上上保保持持板板条条或或片片状状M M形形态。3.6003.600以以上上球球状状渗渗碳碳体体聚聚集集和和长大大，进一一步步粗粗化化。相相再再结晶晶，由由片片状状或或板板条条状状转变成成无无应变的、等的、等轴状新晶粒。状新晶粒。（一）（一）相状相状态的的变化化 1.1.淬火内淬火内应力的力的变化化 淬淬火火时，由由于于马氏氏体体转变引引起起晶晶内内缺缺陷陷增增加加，表表面面与与中中心心的的温温差差造造成成热应力力与与组织应力力引引起起的的塑塑性性变形形，均均会会引引起各种内起各种内应力的增加。力的增加。这些内些内应力，一般可分解力，一般可分解为三三类：(1)(1)第第I I类内内应力力：第第I I类内内应力力存存在在于于宏宏观范范围，如如表表面面与与心心部部之之间，可可造造成成变形形与与开开裂裂。回回火火温温度度越越高高，回回火火时间越越长，应力力下下降降越越剧烈烈。经550550回回火火，第第I I类内内应力力可可基基本消除。本消除。(2)(2)第第IIII类内内应力：第力：第IIII类内内应力存在于晶粒力存在于晶粒间，可用，可用a a/a a来表示其大小，按性来表示其大小，按性质又可分又可分为三种三种类型：型：(a)a)存存在在于于马氏氏体体片片之之间，来来源源于于淬淬火火时的的畸畸变，到到300300以以上上时，因因碳碳的的析析出出而大大减小。而大大减小。(b)b)析析出出的的()()碳碳化化物物与与基基体体共共格格，造造成成与与基基体体间的的应力力，但但在在()()内消除。内消除。(c)c)因因碳碳化化物物的的析析出出而造成的与基体而造成的与基体间的的应力。力。(3)(3)第第IIIIII类内内应力：第力：第IIIIII类内内应力存在于晶胞内。当力存在于晶胞内。当温度升高后，碳原子析出使温度升高后，碳原子析出使单胞畸胞畸变下降。在下降。在300300以上以上时，碳碳钢中的第中的第IIIIII类应力可基本消除。力可基本消除。2 2相回复与再相回复与再结晶晶 在在400400以上以上时，开始回复。即板条界，开始回复。即板条界的位的位错通通过攀移、滑移而消失。位攀移、滑移而消失。位错密度密度下降，板条合并、下降，板条合并、变宽。当。当亚结构构为孪晶晶时，经400400回火后也消失，但片状特征仍回火后也消失，但片状特征仍存在。在存在。在600600以上以上时，开始再，开始再结晶，位晶，位错密度低的板条密度低的板条块长大成等大成等轴晶粒，晶粒，颗粒粒状碳化物分布在其基体上。状碳化物分布在其基体上。钢的的这种由等种由等轴的的相和粗粒状渗碳体相和粗粒状渗碳体组成的成的组织成成为回火索氏体回火索氏体S S。孪晶晶马氏体氏体经此温度回火，片状特征也此温度回火，片状特征也消除，得到回火索氏体。消除，得到回火索氏体。（二）碳化物聚集（二）碳化物聚集长大大 长期期保保温温或或提提高高回回火火温温度度，使使碳碳化化物物聚聚集集长大。大。(1)(1)片片、杆杆状状的的第第二二相相粒粒子子，各各处的的曲曲率率半半径径不不同同，小小半半径径处易易于于溶溶解解，而而使使片片、杆杆断断开，并开，并进一步球化。一步球化。(2)(2)小小粒粒子子溶溶解解，大粒子大粒子长大。大。4545钢淬火淬火+600+600回火回火组织（400400倍）倍）4545钢淬火淬火+600+600回火回火组织（TEM4500TEM4500倍）倍）淬淬火火碳碳钢在在不不同同温温度度回回火火，可可得得到到不不同同的的组织：200200回回火火，得得到到+碳碳化化物物(，)，即即回回火火马氏氏体体 (碳碳化化物物存存在在于于板板条条或或片片 内内)，记 作作 M M 400400回回 火火，得得 到到（0.25%C0.25%C）+碳碳化化物物，即即回回火火屈屈氏氏体体(细小小碳碳化化物物及及针状状)，记作作T.600T.600回回火火，得得到到平平衡衡态等等轴+，即即回回火火索索氏氏体体(细粒碳化物及等粒碳化物及等轴)，记作作SS。回回火火组织（M M、T T、S S）比比较：如如下下图 回火回火组织（M M、T T、S S）比比较回火回火组织（M M、T T、S S）比比较T8T8钢的回火的回火组织（M M、T T、S S）7.2 淬火淬火钢回火回火时力学性能的力学性能的变化化 淬火碳淬火碳钢在回火在回火时，随温度上升，力学性，随温度上升，力学性能能发生生变化，力学性能（包括化，力学性能（包括强度、硬度、塑度、硬度、塑性、性、韧性、淬火裂性、淬火裂纹等）的等）的变化化规律与律与组织的的变化有密切的关系。化有密切的关系。低碳低碳钢力学性能的力学性能的变化与回火温度的关系化与回火温度的关系 中碳中碳钢力学性能的力学性能的变化与回火温度的关系化与回火温度的关系 高碳高碳钢力学性能的力学性能的变化与回火温度的关系化与回火温度的关系7.2.1 低碳低碳钢回火回火时力学性能的力学性能的变化化 低低碳碳钢淬淬火火后后回回火火时，当当低低于于200200回回火火时，强度度与与硬硬度度下下降降不不多多，塑塑性性与与韧性性也也基基本本不不变。这是是由由于于此此温温度度下下仅有有碳碳原原子子的的偏偏聚聚而而无无析析出出。固固溶溶强化化得得以以保保持持的的缘故。故。当当高高于于300300回回火火时，硬硬度度、强度度下下降降明明显，塑塑性性有有所所上上升升，冲冲击韧性性下下降降至至最最低低，见上上图。这是是由由于于薄薄片片状状碳碳化化物物析析出出于于马氏氏体体条条间并并充充分分长大大，从从而而降降低低了了冲冲击韧性性，而而基基体体因因回回复复和和再再结晶晶共共同同作作用用，提提高高了塑性，了塑性，降低了降低了强度。度。7.2.2 高碳高碳钢回火回火时的力学性能的力学性能 高高碳碳钢淬淬火火后后回回火火时，当当低低于于200200回回火火，硬硬度度会会略略有有上上升升，在在100100回回火火时硬硬度度出出现一一个个峰峰值。这是是时效效硬硬化化。当当300300回回火火时，硬硬度度下下降降缓慢慢。当当高高于于300300回回火火，硬硬度度大大大大下下降降，塑塑性性有有所所上上升升，规律律与与低低碳碳钢基基本本相相同同。高高碳碳钢淬淬火火裂裂纹在在回回火火时可可发生生自自动“焊合合”，消消除除或或减减少裂少裂纹。结论：高高碳碳钢一一般般采采用用不不完完全全淬淬火火，使使奥奥氏氏体体中中碳碳含含量量在在0.5%0.5%左左右右。淬淬火火后后低低温温回回火火以以获高高的的硬硬度度，并并生生成成大大量量弥弥散散分分布布的的碳碳化化物物以以提提高高耐耐磨磨性性，细化化奥奥氏氏体体晶晶粒。粒。7.2.3 中碳中碳钢回火后的力学性能回火后的力学性能 中中碳碳钢淬淬火火后后回回火火时，当当低低于于200200回回火火，析析出出少少量量的的碳碳化化物物，硬硬化化效效果果不不大大，可可维持持硬硬度度不不降降。当当高高于于300300回回火火，随随回回火火温温度度升升高高，塑塑性性升升高高，断断裂裂韧性性K KICIC剧增增。强度度虽然然下下降降，但仍比低碳但仍比低碳钢高的多。高的多。结论：中中碳碳钢淬淬火火后后中中温温回回火火，可可获得得优良良的的综合合机机械械性性能。能。40钢回火后的力学性能与回火温度的关系钢回火后的力学性能与回火温度的关系中、高碳中、高碳钢力学性能与回火温度的关系力学性能与回火温度的关系对比比碳碳钢淬火后回火淬火后回火时的力学性能的的力学性能的变化化总结 钢在回火在回火时力学性能力学性能变化如下：化如下：（1 1 1 1）硬度）硬度）硬度）硬度：回火：回火时硬度硬度变化的化的总趋势是随回火温度的升高而下降但低、是随回火温度的升高而下降但低、中碳中碳钢在在250 250 以下回火硬度下降不多，高碳以下回火硬度下降不多，高碳钢在在100100回火回火时硬度略有上硬度略有上升，出升，出现一个峰一个峰值。250 250 以上回火硬度持以上回火硬度持续下降。下降。（2 2 2 2）强强度度度度和和和和塑塑塑塑性性性性：回回火火时强度度变化化的的趋势是是随随回回火火温温度度的的升升高高，强度度（bb、ss、S SK K）不不断断下下降降，塑塑性性（、）不不断断升升高高。但但低低温温回回火火时强度度略有上升，塑性基本不略有上升，塑性基本不变。弹性极限性极限ee在在300300400400有一峰有一峰值。（3 3 3 3）韧韧性性性性：回火：回火时韧性性变化的化的趋势是随回火温度的升高，是随回火温度的升高，韧性升高，但性升高，但合金合金钢的的韧性升高是不性升高是不连续的，在的，在T-aT-aK K和和 T-KT-KICIC曲曲线上出上出现两个谷两个谷值，即，即回回火脆性火脆性。（4 4 4 4）高碳）高碳）高碳）高碳钢钢淬火裂淬火裂淬火裂淬火裂纹纹：回火：回火时可可发生自生自动“焊合合”，消除或减少裂，消除或减少裂纹。回火马氏体组织金相图回火马氏体组织金相图刀具刀具回火马氏体回火马氏体淬火马氏体淬火马氏体低温回火组织及应用低温回火组织及应用 回火屈氏体组织金相图回火屈氏体组织金相图弹簧弹簧 热锻模热锻模回火屈氏体回火屈氏体屈氏体屈氏体中温回火组织及应用中温回火组织及应用 回火索氏体组织金相图回火索氏体组织金相图回火索氏体回火索氏体索氏体索氏体凸轮轴凸轮轴变速箱变速箱高温回火组织及应用高温回火组织及应用7.2.4 合金元素合金元素对钢回火回火时组织转变的影响的影响 合合金金元元素素对钢回回火火时组织转变的的影影响响表表现在：在：1.1.延延缓钢的的软化，回火抗力提高；化，回火抗力提高；2.2.引起二次硬化引起二次硬化现象；象；3.3.影响影响钢的回火脆性。的回火脆性。（一）（一）（一）（一）.提高提高提高提高钢钢的回火抗力的回火抗力的回火抗力的回火抗力 1.1.合金元素合金元素对低温回火的影响低温回火的影响较小小 2.2.碳碳化化物物形形成成元元素素可可阻阻碍碍碳碳的的扩散散，从从而而显著著提提高高了了马氏氏体体的的分分解解温温度度。合合金金元元素素一一般般都都能提高残余奥氏体能提高残余奥氏体转变的温度范的温度范围。3.3.发生生二二次次淬淬火火现象象。某某些些高高合合金金钢（如如高高速速钢）中中的的残残余余奥奥氏氏体体十十分分稳定定，在在加加热时残残余余奥奥氏氏体体发生生部部分分分分解解，从从而而使使奥奥氏氏体体的的稳定定性性下下降降，在在随随后后的的快快速速冷冷却却过程程中中剩剩余余的的奥奥氏氏体体转变为马氏氏体体，使使钢的的硬硬度度有有较大大提提高高，这种种现象象称称为二次淬火二次淬火二次淬火二次淬火。(二二).).引起二次硬化引起二次硬化现象象 合合金金元元素素对碳碳化化物物的的析析出出和和聚聚集集长大大都都有有较大大影影响响。一一方方面面合合金金元元素素提提高高了了碳碳化化物物向向渗渗碳碳体体的的转变温温度度；另另一一方方面面，引引起起渗渗碳碳体体向向特特殊殊碳碳化化物物。随随着着回回火火温温度度的的提提高高，渗渗碳碳体体和和相相中中的的合合金金元元素素将将重重新新分分配配，非非碳碳化化物物形形成成元元素素逐逐渐向向相相中中富富集集，碳碳化化物物形形成成元元素素则不不断断向向渗渗碳碳体体中中富富集集，引引起起渗渗碳碳体体向向特特殊殊碳碳化化物物转变；当当在在560560温温度度回回火火时，还可可能能从从相相中中直直接接析析出出特特殊殊碳碳化化物物。这些些特特殊殊碳碳化化物物高高度度弥弥散散析析出出，使使钢的的硬硬高高显著著升升高高，把把这种种现象象称称为“二二二二次次次次硬硬硬硬化化化化”。W W、MoMo、V V 等等碳碳化化物物在在550550时,使使钢达达到到最最高高硬硬度度,产生生二二次次硬硬化化。如如V V4 4C C3 3、VCVC；TiC TiC、NbCNbC；Mo Mo2323C C、MoMo6 6C C、MoCMoC、MoMo3 3C C；W W6 6C C、W W2 2C C、W W2323C CMoMoMoMo的的的的二次二次二次二次硬化硬化硬化硬化含含Mo钢中碳化物在钢中碳化物在550时时产生二次硬化。产生二次硬化。高速钢三次高速钢三次高速钢三次高速钢三次560560回火，在回火，在回火，在回火，在560560回火时回火时回火时回火时 ,产生二次硬化产生二次硬化产生二次硬化产生二次硬化 W18Cr4V淬火淬火+一次回火组织一次回火组织W18Cr4V淬火+一次回火组织 105 W