淬火钢回火时力学性能的变化
回火工艺基础知识大全
1.回火的定义与目的回火是将淬火后的金属成材或零件加热到某一温度，保温一定时间后，以一定方式冷却的热处理工艺，回火是淬火后紧接着进行的一种操作，通常也是工件进行热处理的最后一道工序，因而把淬火和回火的联合工艺称为最终热处理。
钢件在淬火状态下有以下三个主要特征。
（1）组织特征根据钢件尺寸、加热温度、时间、转变特征及利用的冷却方式，钢件淬火后的组织主要由马氏体或马氏体＋残余奧氏体组成，此外，还可能存在一些未溶碳化物。
马氏体和残余奥氏体在室温下都处于亚稳定状态，它们都有向铁衆体加渗碳体的稳定状态转化的趋势。
（2）硬度特征由碳原子引起的点阵畸变通过硬度表示出来，它随过饱和度（即含碳量)的增加而增加。
淬火组织硬度、强度高，塑性、韧性低。
（3）应力特征包括微观应力和宏现应力，前者与碳原子引起的点阵畸变有关，尤其是与髙碳马氏体达到最大值有关，说明淬火时马氏体处于紧张受力状态之中；后者是由于淬火时横截面上形成的温差而产生的，工件表面或心部所处的应力状态是不同的，有拉应力或压应力，在工件内部保持平衡。
如不及时消除淬火钢件的内应力，会引起零件的进一步变形乃至开裂。
综上所述，淬火工件虽有髙硬度与髙强度，但跪性大，组织不稳定，且存在较大的淬火内应力，因此必须经过回火处理才能使用。
一般来说，回火工艺是钢件淬火后必不可少的后续工艺，它也是热处理过程的最后一道工序，它賦予工件最后所需要的性能。
回火是将淬火钢加热到Ac1以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。
它的主要目的为：（1）合理地调整钢的硬度和强度，提高钢的韧性，使工件满足使用要求；（2）稳定组织，使工件在长期使用过程中不发生组织转变，从而稳定工件的形状与尺寸；（3） 降低或消除工件的淬火内应力，以减少工件的变形，并防止开裂。
2.淬火钢回火时的组织转变淬火钢件回火时，按回火温度的髙低和组织转变的特征，可将钢的回火过程分为以下5个阶段。
（1）马氏体中碳原子的偏聚马氏体是C在α-Fe中的过饱和间隙固溶体，C原子分布在体心立方的扁八面体间隙之中，造成了很大的弹性畸变，因此升高了马氏体的能量，使之处于不稳定的状态。
简述淬火钢回火时力学性能与回火温度之间的关系
简述淬火钢回火时力学性能与回火温度之间的关系⑴ 硬度与回火温度之间的关系中、低碳钢在250C一下回火时，机械性能无明显变化。
这是因为只有碳的偏聚，而无其他组织变化。
高碳钢那么不同，由丁c相共格析出，引起弥散强化，硬度略有升高。
250-400C回火时，一方面由丁马氏体分解、正方度减小以及碳化物转变和聚集长大，硬度趋丁降低；另一方面，由丁剩余奥氏体转变为下贝氏体，硬度那么有所升高。
二者综合影响，使得中、低碳钢硬度下降，而高碳钢硬度升高。
回火温度在400C以上升高时，产生a相的回复与再结晶及碳化物聚集并球化，均使硬度下降。
⑵强度和塑性与回火温度的关系高、中、低碳钢回火时，弹性极限随回火温度上升而增加，大约在350C左右出现峰值。
这与回火过程中碳的偏聚、£碳化物的析出、a相中碳过饱和度下降以及渗碳体析出a相回复等组织结构变化相联系。
钢的塑性一般随回火温度的升高而加大。
⑶冲击韧性与回火温度之间的关系随着回火温度的升高，碳钢冲击值〔a k〕变化的总趋势是增加的。
但是，高碳钢经扭转冲击试验，可测出250C左右回火后冲击值下降的脆化现象。
⑷断裂韧性与回火温度之间的关系在400C以下，随回火温度增高，断裂韧性和冲击韧性均降低。
400C以上回火时，断裂韧性增大。
解释碳钢回火脆性的定义、原因及消除或改善方法在250-400C和450-650C区域存在着冲击韧显著下降的现象，这种脆化现象称为回火脆性。
⑴其中在250-400C范围内回火时出现的脆性称为第一类回火脆性，存在丁一切钢种之中。
此后假设重新加热至第一类回火脆化温区，也不再出现脆性。
故乂称不可逆回火脆性。
因其出现与低温回火温度范围，故乂称低温回火脆性。
发生第一类回火脆性的钢件，断口呈晶间断裂；无第一次回火脆性的钢件，呈穿晶断裂。
消除或改善的方法：①以极快的速度加热和冷却以及高温形变热处理。
②以非碳化合物形成元素〔Si〕来合金化，一起有效地推迟马氏体脱溶的作用，使低温回火脆性温度区上移，从而使钢获得高强韧性。
第7章 淬火钢在回火时的转变
第7章淬火钢在回火时的转变Ø7.1 淬火钢在回火时的组织变化Ø7.2 淬火钢回火后的机械性能的变化Ø7.3 合金元素对回火的影响Ø7.4 回火脆性现象7.1 淬火钢在回火时的组织变化Ø淬火组织是高度不稳定的6M中的碳是高度过饱和的6M有很高的应变能和界面能6与M并存的还有一定量的ArØ回火目的6提高淬火钢的塑性和韧性，降低其脆性6降低或消除淬火引起的残余内应力Ø回火分为五个阶段：7.1 淬火钢在回火时的组织变化一、过渡碳化物（ε/η或ε`）的析出—回火第一阶段（100‾200 ℃）6M 中的碳原子发生偏聚，碳浓度降低，正方度减小，并析出碳化物h ε碳化物，密排六方，成分介于Fe2C 与Fe3C 之间（ε-FexC)，但低碳钢中沉淀ε碳化物可能性较小。
位向关系为h Fe2C(η或ε`碳化物），片状，正交晶系，与基底保持共格联系，位向关系为6薄片状ε碳化物分布在低过饱和度的M 中，此即回火M （M 回）二、残余A的分解—回火第二阶段（200‾300℃）6随着M→M 回转变时，由于压应力的减小，残余奥氏体发生分解生成B下（α相+ε-碳化物）6此时由于碳化物的析出，使M回极易腐蚀，在光镜下呈黑色，与B 下极相似，很难区分三、过渡碳化物（ε/η或ε`）转变为Fe3C —回火第三阶段（200‾350 ℃）6渗碳体（θ相）在M 板条中形核，位向关系为6高碳M 此阶段析出的是Х-Fe5C2,复杂斜方点阵，呈薄片状6α相的过饱和度明显减少转变为F ，内应力大大消除，这时的组织为在针状铁素体上均匀分布极细的渗碳体，称为回火屈氏体（T 回）。
7.1 淬火钢在回火时的组织变化四、Fe3C 的粗化和球化及等轴F 的形成—回火第四阶段（350℃以上）6400℃以上，Fe3C 聚集长大，600℃以上F 粗化，同时450℃以上α相开始再结晶形成多边形F ，固溶强化作用消失，HB 、σb ↓，AK ↑6得到平衡状的多边形铁素体中分布着颗粒状的碳化物混合组织，称为回火索氏体（S回）。
钢的热处理——钢的回火转变
四 碳化物转变(250~400℃) ——转变第三阶段
（一）高碳马氏体
碳钢中马氏体过饱和的C几乎全部脱溶，但仍 具有一定的正方度。形成两种比ε-FexC更加稳定 的碳化物： 一种是c-Fe5C2——单斜晶系
一种是θ-Fe3C——正交晶系
(1)碳化物转变取决于回火温度，也和时间有关， 随着回火时间的延长，转变温度可以降低。 (2)是否出现χ-Fe5C2与钢的C%有关，C%增加有利 于χ-Fe5C2产生(板条马氏体不易产生χ-Fe5C2)。
c
c/a
3.02 3.02 2.886 2.886 2.884 2.878 2.874
1.062 1.062 1.013 1.012 1.009 1.006 1.004
碳含量 (%) 1.4
1.2 0.29 0.27 0.21 0.14 0.08
250
1h
2.863
2.872
1.003
0.06
2. 马氏体单相分解 当温度高于150℃时，碳原子扩散能力 加大，a-Fe中不同浓度可通过长程扩散消 除，析出的碳化物粒子可从较远处得到碳 原子而长大。故在分解过程中，不再存在 两种不同碳含量的a相，碳含量和正方度不 断下降，当温度达300℃时，正方度c/a接 近 1。
淬火碳钢在不同温度回火，可得到不同的 组织： 250℃以下回火，得到α+碳化物(ε,η)， 即回火马氏体 (碳化物存在于板条或片内)， 记作M‘ ----低温回火 350~500℃回火，得到α （0.25%C）+θ 碳 化物，即回火屈氏体(细小碳化物及针状 α )， 记作T‘。----中温回火 500~650℃回火，得到平衡态等轴α+θ碳 化物，即回火索氏体(细粒碳化物及等轴 α)，记作S‘。-----高温回火
钢的淬火和回火
对于共析钢和过共析钢，淬火温度为Ac1+ （30-50）℃。共析钢淬火后的组织为马氏体 和少量残余奥氏体。过共析钢由于淬火前经过 球化退火，因而淬火后组织为细马氏体加颗粒 状的渗碳体和少量残余奥氏体，如下图所示。 分散分布的颗粒状渗碳体对提高钢的硬度和耐 磨性有利。如果将过共析钢加热到Accm以上， 则由于奥氏体晶粒粗大，含碳量提高，使淬火 后马氏体晶粒也粗大，且残余奥氏体量增多， 这将使钢的硬度、耐磨性下降，脆性和变形开 裂倾向增加。
淬透性的应用
力学性能是机械设计中选材的主要依据，而钢 的淬透性又直接影响其热处理后的力学性能。 因此，在选材时，必须对钢的淬透性有充分的 了解。
图为两种淬透性不同的钢制成相同的轴经调质处理后， 其力学性能的比较。高淬透性的钢的整个截面都是回火索 氏体组织，力学性能均匀，强度高，韧性好。低淬透性钢 的心部组织为片状索氏体加铁素体，韧性差。
淬火方法
采用适当的淬火 方法可以弥补冷 却介质的不足， 常用的淬火方法 如图所示。
1）单介质淬火方法
将加热工件在一种介质中连续冷却到室温的淬 火方法。如水淬和油淬都属于这种方法。该方 法操作简单，易实现机械化，应用较广。
2）双介质淬火
是指将工件先在一种冷却能力较强的介质中 冷却，避免珠光体转变，然后转入另一种冷却 能力较弱的介质中发生马氏体转变的方法。常 用的方法是水淬油冷或油淬空冷。其优点是冷 却比较理想，缺点是第一种介质中停留时间不 易控制，需要有实践经验。该方法主要用于形 状复杂的碳钢工件及大型合金钢工件。
温 度
Ac3
Ar1
时间
3. 控制马氏体组织形态的热处理
低碳马氏体淬火 中碳钢高温淬火 高碳钢低温短时加热淬火 低碳合金钢复合组织淬火
钢的淬火与回火
一、 钢在回火时的组织转变
1. 马氏体分解
2.余奥氏体转变 余奥氏体转变
在 200~300℃ 之 ℃ 间, 钢中的残余奥氏体 也发生分解 ， 转变为 回火马氏体或下贝氏 体。
当回火温度在100~200℃时， ℃ 当回火温度在 马氏体开始发生部分分解， 马氏体开始发生部分分解， 析出ε碳化物 碳化物， 析出 碳化物 ， 这种碳化物 与马氏体保持共格关系。 与马氏体保持共格关系。 ε碳化物不是平衡相 ， 而是 碳化物不是平衡相， 碳化物不是平衡相 向渗碳体转变前的一个过渡 相。 这一阶段转变完成后, 钢的 这一阶段转变完成后 组织由有一定过饱和度的固 溶体和与其有共格关系的ε 溶体和与其有共格关系的 碳化物所组成， 碳化物所组成，这种组织称 为回火马氏体。 为回火马氏体。
第七章
钢的淬火与回火
第一节
钢的淬火
• 淬火 ： 将钢件加热到 3 或 Ac1 以上某一温 淬火：将钢件加热到Ac 保持一定时间（ 使奥氏体化） 度 ， 保持一定时间 （ 使奥氏体化 ） ， 然后 适当速度冷却， 获得马氏体和（ 以 适当速度冷却 ， 获得马氏体和 （ 或 ） 贝 氏体组织的热处理工艺。 氏体组织的热处理工艺。 • 淬火的目的： 淬火的目的： 使钢件获得所需的马氏体组织； 使钢件获得所需的马氏体组织； 提高工件的硬度， 提高工件的硬度 ， 强度和耐磨性及其他性 能 为后续热处理作好组织准备等。 为后续热处理作好组织准备等。
淬透性曲线
半M与碳含量 与碳含量
（二）临界直径法 生产中也常用临界淬火直径表示钢的 淬透性。 淬透性。 临界淬火直径——圆棒试样在某介质中淬火 临界淬火直径 圆棒试样在某介质中淬火 时所能得到的最大淬透直径（ 时所能得到的最大淬透直径（ 即心部被淬成 表示。 半马氏体的最大直径） 半马氏体的最大直径），用D0表示。
金属热处理判断试题+参考答案
金属热处理判断试题+参考答案一、判断题（共100题，每题1分，共100分）1、所谓本质细晶粒钢就是一种在任何加热条件下晶粒均不发生粗化的钢。
（）A、正确B、错误正确答案：B2、球墨铸铁的疲劳极限接近中碳钢,而小能量多次冲击抗力则高于中碳钢。
（）A、正确B、错误正确答案：B3、炼铁原料中,焦炭作为燃料产生大量的热量,使铁熔化,石灰石作为熔剂,使氧化铁还原。
（）A、正确B、错误正确答案：B4、不包括气孔在内的单位体积耐火制品的重量叫做真比重。
（）A、正确B、错误正确答案：A5、水作为淬火冷却介质，水温越高，其冷却能力越弱。
（）A、正确B、错误正确答案：A6、取向硅钢的出炉温度应以光学高温计实测为准。
（）A、正确B、错误正确答案：A7、碳素工具钢都是优质或高级优质钢。
（）A、正确B、错误正确答案：A8、型材、板材、管材、线材和金属制品五大类主要是根据钢材的断面形状划分的。
（）A、正确B、错误正确答案：A9、在相同的加热条件下,片状珠光体比球状珠光体转变成奥氏体的速度慢。
（）A、正确B、错误正确答案：B10、晶体具有各异性的特点。
（）A、正确B、错误正确答案：A11、莱氏体的性能接近于渗碳体。
（）A、正确B、错误正确答案：A12、各种牌号的碳素工具钢经淬火后的硬度相差不大,但随着碳质量分数的增加,未溶的二次渗碳体增多,钢的硬度、耐磨性增加,而韧性降低。
（）A、正确B、错误正确答案：A13、去应力退火一般在油浴中进行;低温田时效多采用箱式或井式电阻炉。
（）A、正确B、错误正确答案：B14、孪生变形所需要的切应力要比滑移变形时所需的小得多。
（）A、正确B、错误正确答案：B15、间隙固溶体一定是无限固溶体。
（）A、正确B、错误16、再结晶退火只用于产品的最终热处理工艺。
（）A、正确B、错误正确答案：B17、再结晶过程是有晶格类型变化的结晶过程。
（）A、正确B、错误正确答案：B18、大多数合金元素溶入奥氏体中都能够提高钢的淬透性和淬硬性。
回火工艺基础知识大全
1.回火的定义与目的回火是将淬火后的金属成材或零件加热到某一温度,保温一定时间后,以一定方式冷却的热处理工艺,回火是淬火后紧接着进行的一种操作,通常也是工件进行热处理的最后一道工序,因而把淬火和回火的联合工艺称为最终热处理。
钢件在淬火状态下有以下三个主要特征。
(1)组织特征根据钢件尺寸、加热温度、时间、转变特征及利用的冷却方式,钢件淬火后的组织主要由马氏体或马氏体+残余奧氏体组成,此外,还可能存在一些未溶碳化物。
马氏体和残余奥氏体在室温下都处于亚稳定状态,它们都有向铁衆体加渗碳体的稳定状态转化的趋势。
(2)硬度特征由碳原子引起的点阵畸变通过硬度表示出来,它随过饱和度(即含碳量)的增加而增加。
淬火组织硬度、强度高,塑性、韧性低。
(3)应力特征包括微观应力和宏现应力,前者与碳原子引起的点阵畸变有关,尤其是与髙碳马氏体达到最大值有关,说明淬火时马氏体处于紧张受力状态之中;后者是由于淬火时横截面上形成的温差而产生的,工件表面或心部所处的应力状态是不同的,有拉应力或压应力,在工件内部保持平衡。
如不及时消除淬火钢件的内应力,会引起零件的进一步变形乃至开裂。
综上所述,淬火工件虽有髙硬度与髙强度,但跪性大,组织不稳定,且存在较大的淬火内应力,因此必须经过回火处理才能使用。
一般来说,回火工艺是钢件淬火后必不可少的后续工艺,它也是热处理过程的最后一道工序,它賦予工件最后所需要的性能。
回火是将淬火钢加热到Ac1以下的某一温度,保温一定时间,然后冷却到室温的热处理工艺。
它的主要目的为:(1)合理地调整钢的硬度和强度,提高钢的韧性,使工件满足使用要求;(2)稳定组织,使工件在长期使用过程中不发生组织转变,从而稳定工件的形状与尺寸;(3) 降低或消除工件的淬火内应力,以减少工件的变形,并防止开裂。
2.淬火钢回火时的组织转变淬火钢件回火时,按回火温度的髙低和组织转变的特征,可将钢的回火过程分为以下5个阶段。
(1)马氏体中碳原子的偏聚马氏体是C在α-Fe中的过饱和间隙固溶体,C原子分布在体心立方的扁八面体间隙之中,造成了很大的弹性畸变,因此升高了马氏体的能量,使之处于不稳定的状态。
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淬火钢回火时力学性能的变化
●低碳钢回火后力学性能
当低于200℃回火时，强度与硬度下降不多，塑性与韧性也基本不变。
这是由于此温度下仅有碳原子的偏聚而无析出。
固溶强化得以保持的缘故。
当高于300℃回火，硬度大大下降，塑性有所上升。
这是由于固溶强化消失，碳化物聚集长大，α相回复、再结晶所致。
所得综合性能并不优于低碳马氏体低温回火后性能。
●高碳钢一般采用不完全淬火，使奥氏体中碳含量在0.5%左右。
淬火后低温回火以获高的硬度，并生成大量弥散分布的碳化物以提高耐磨性，细化奥氏体晶粒。
当高于300℃回火时，硬度、强度下降明显，塑性有所上升，冲击韧性下降至最低。
这是由于薄片状θ碳化物析出于马氏体条间并充分长大，从而降低了冲击韧性，而α基体因回复和再结晶共同作用，提高了塑性，降低了强度。
当低于200℃回火，硬度会略有上升，这是由于析出弥散分布的ε(η)碳化物，引起的时效硬化。
●中碳钢回火后的力学性能
当低于200℃回火，析出少量的碳化物，硬化效果不大，可维持硬度不降。
当高于300℃回火，随回火温度升高，塑性升高，断裂韧性K IC剧增。
强度虽然下降，但仍比低碳钢高的多。
●回火脆性
某些钢在回火时，随着回火温度的升高，冲击韧性反而降低。
由于回火引起的脆性称为回火脆性。
当300℃回火时，硬度下降缓慢，一方面碳的进一步析出会降低硬度；另一方面，由于高碳钢中存在的较多的残余奥氏体向马氏体转变，又会引起硬化。
这就造成硬度下降平缓，甚至有可能上升。
回火后仍处于脆性状态。
在200~350℃出现的，称为第一类回火脆性；在450~650℃出现的，称为第二类回火脆性。
1. 第一类回火脆性，属不可逆回火脆性。
当出现了第一类回火脆性后，再加热到较高温度回火，可将脆性消除；如再在此温度范围回火，就不会出现这种脆性。
故称之为不可逆回火脆性。
在不少钢中，都存在第一类回火脆性。
当钢中存在Mo、W、Ti、Al，则第I类回火脆性可被减弱或抑制。
目前，关于引起第一类回火脆性的原因说法很多，尚无定论。
看来，很可能是多种原因的综合结果，而对于不同的钢料来说，也很可能是不同的原因引起的。
最初，根据第一类回火脆性出现的温度范围正好与碳钢回火时的第二个转变，即残余奥氏体转变的温度范围相对应而认为第一类回火脆性是残余奥氏体的转变引起的，因转变的结果将使塑性相奥氏体消失。
这一观点能够很好地解释促Cr、Si等元素将第一类回火脆性推向高温以及残余奥氏体量增多能够进第一类回火脆性等现象。
但对于有些钢来说，第一类回火脆性与残余奥氏体转变并不完全对应。
故残余奥氏体转变理论不能解释各种钢的第一类回火脆性。
之后，残余奥氏体转变理论又一度为碳化物薄壳理论所取代。
经电镜证实，在出现第一类回火脆性时，沿晶界有碳化物薄壳形成，据此认为第一类回火脆性是由碳化物薄壳引起的。
沿晶界形成脆性相能引起脆性沿晶断裂这已是公认的了。
问题是所观察到的碳化物薄壳究竟是怎样形成的。
前已提及，低、中碳钢淬火后得到板条马氏体以及沿板条条界分布的碳含量高的薄壳状残余奥氏体。
低温回火时，在碳含量低于0.2% 的板条马氏体内只发生碳的偏聚而不析出碳化物，而碳含量高于0.2% 的马氏体则有可能在马氏体内部均匀弥散析出亚稳过渡碳化物。
当回火温度超过200℃后，在低碳马氏体中也有可能析出细针状碳化物。
与此同时，还将在板条马氏体条界形成θ- 碳化物的核并长成条片状θ- 碳化物。
这一θ- 碳化物的形成即依靠残余奥氏体的分解，也依靠马氏体内已析出的弥散的亚稳过渡碳化物及细针状θ- 碳化物的回溶。
这种条片状θ- 碳化物即电镜下观察到的薄壳状碳化物。
由此可见，对于在板条界有较多高碳残余奥氏体的钢料来说，残余奥氏体转变理论与碳化物薄壳理论是一致的。
高碳马氏体在200℃以下回火时就已有亚稳过渡碳化物在片状马氏体内部弥散析出，而当回火温度高于200℃时将在富碳孪晶界面析出条片状χ及θ-碳化物。
与此同时，已经析出的θ-碳化物将回溶。
分布在同一个孪晶界面上的条片状χ及θ- 碳化物将连成碳化物片，故断裂易于沿这样的面发生，使钢料脆性增加。
回火温度进一步提高时，薄片状碳化物通过破裂、聚集、长大而成为颗粒状碳化物，故使脆性下降，冲击韧性升高。
第三种理论为晶界偏聚理论。
即在奥氏体化时杂质元素P，Sn，Sb，As 等将偏聚于晶界。
杂质元素的偏聚引起晶界弱化而导致脆断。
杂质元素在奥氏体晶界的偏聚已用俄歇(Auger)电子谱仪及离子探针得到证实[43，44]。
Mn、Si、Cr、Ni、V能够促进杂质元素在奥氏体晶界的偏聚，故能促进第一类回火脆性的发展。
Mo、W、Ti、Al能阻止杂质元素在奥氏体晶界的偏聚，故能扼制第一类回火脆性的发展。
2. 第二类回火脆性，属可逆回火脆性。
即在脆化以后，如重新加热到650℃以上，然后快冷至室温，则可消除脆化。
在脆化消除后，还可再次发生脆化，故称之为可逆回火脆性。
化学成分是影响第二类回火脆性的因素。
按作用不同分为三类：
(1) 杂质因素P，Sn，Sb，As，B，S；
(2) 促进第二类回火脆性的元素Ni，Cr，Mn，Si，C；
(3) 抑制第二类回火脆性的元素Mo，W，V，Ti及稀土元素La，Nb，Pr；
杂质元素必须与促进第二类回火脆性的元素共存时，才会引起回火脆性。