材料热处理第7章钢的回火转变

2）低碳马氏体的分解
特征： ➢ 低碳钢的Ms点较高，淬火时发生自回火。
在淬火形成马氏体的过程中，除了可能发生碳原子向位错的偏聚外，在最先形成 的马氏体中还可能发生自回火，析出碳化物。钢的Ms点愈高，淬火冷却速度愈慢， 则自回火析出的碳化物就愈多。
➢ 回火温度较低不析出碳化物，高于200℃的回火析出碳化物。
第7章
钢的回火转变
主要内容
淬火碳钢在回火过程中的组织变化 影响回火转变的因素 淬火钢回火时力学性能的变化
回火------将淬火钢加热到低于A1临界点以下的某一温 度，保温一定时间，使淬火态组织发生某种程度 的变化，再冷却到室温，从而调整零件的使用性 能的工艺，称为回火。
℃
℃
A1
淬 火
Ms
回火
碳化物长大：在碳原子富集区，经过有序化后析出碳化物晶核并依
靠周围α相提供的碳原子长大成碳化物颗粒。
两相α相形成：由于碳化物的析出，在其周围出现低碳（C1）的α
相，而远处的α相仍保持原有碳含量C0。
碳化物 C1
C0
马氏体双相分解时碳的分布
M继续分解：由于温度较低，碳原子不能作远距离扩散，已经析
出的碳化物不能继续长大。马氏体的继续分解只能依靠在其他高碳 区析出新的碳化物颗粒，并在其周围形成新的低碳区。
M分解过程与M的成分(碳含量)密切相关
1）高碳M的分解 M的双相分解 M的单相分解
2）低碳M的分解
1）高碳马氏体的分解
特征：
➢ 当回火温度低于125℃时，α相呈现两种正方度，即由于 碳化物析出，同时出现碳含量不同的两种α相：
a ) C%:1.4%～1.2% (接近淬火高碳M)（c/a=1.062～1.054）; b) C%: 0.27%～0.29%(低碳M)（c/a=1.012～l.0l3）;
（一）碳的偏聚和聚积（80～100℃以下）
特征：
从尺寸、比热、金相组织和硬度上都观察不到明显变化； 在马氏体中C（N）原子短距离移动，发生C原子的偏聚；
（二） M分解（100～250℃）
特征：
富集区的碳原子将发生有序化 ——马氏体分解。
析出碳化物
随着碳化物的析出，马氏体中的碳含量不断降 低，点阵常数c减小，a增大，正方度c/a减小。过饱 和程度下降。
t
回火的目的
➢ 1.降低内应力，防止工件变形、开裂。 ➢ 2.调整性能（提高淬火钢的塑性和韧性）
满足生产需要。 ➢ 3.稳定组织，防止尺寸变化。 ➢ 4.降低硬度，便于切削加工。
回火往往是零件生产中的最后一道工序，决 定钢件最后的性能。
根据回火温度可将钢的回火分为三类：
低温回火(150～250 ºC) 回火马氏体，马氏体内的过饱 和碳原子会以高度弥散并与母相保持着共格关系的ε碳 化物析出。
热锻模 屈氏体
高温回火组织及应用
回火索氏体 凸轮轴
索氏体 变速箱
7.1 淬火碳钢，他们不是单独发
生，而是相互重叠的：
➢ M中碳原子偏聚（前期阶段）
温 度
➢ M分解（第一阶段转变）
由 低
➢ AR转变（第二阶段转变）
到 高
➢ 碳化物析出与转变（第三阶段转变）
➢ α相回复与再结晶及碳化物聚集长大（第四阶段转变）
（一）碳的偏聚和聚积（80～100℃以下）
（一）碳的偏聚和聚积（80～100℃以下）
原因：
M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点阵的扁八面体间 隙位置，使晶体点阵产生严重的弹性变 形，加之晶体点阵中的微观缺陷较多， 因此使马氏体的能量较高，处于不稳定 状态。因此C（N）原子向微观缺陷处的 偏聚使马氏体能量降低。
淬火后在100～200℃之间回火时，低碳板条状马氏体不析出碳化物，C原子仍然 偏聚在位错线附近，这是由于C原子偏聚的能量状态低于析出碳化物的能量状态。
当回火温度高于200℃时，才有可能通过单相分解析出碳化物，使α基体中的碳含 量降低。
马氏体分解（回火第一阶段转变）
总结：
随着回火温度↑——→不断析出过饱和碳——→马氏体的
碳含量↓ ——→立方马氏体＋ε碳化物
淬火＋低温回火
回火M B下组织相似
不同碳含量马 氏体回火时碳 浓度的变化
中温回火( 300～500 ºC) 回火屈氏体，形成在铁素体基 体上弥散分布细小渗碳体颗粒的组织。
高温回火 (500～650 ºC) 回火索氏体，等轴状铁素体 和细粒状碳化物构成的复相组织。 淬火加高温回火也叫调质处理。
低温回火组织及应用
淬火马氏体 回火马氏体
刀具
中温回火组织及应用
弹簧 回火屈氏体
➢ 当回火温度高于125℃时，α相的正方度只有一种，即只 存在一种α相，而且随回火温度升高，c/ a逐渐减小，α相中碳 含量逐渐降低。
这表明，由于回火温度不同，碳化物析出可以有两种不同方 式，即双相分解和单相分解。
高碳（1.4%C）马氏体正方度和碳含量及回火温度的关系
a. 马氏体的双相分解
温度： 回火温度在125～150℃以下;
特征： ➢ 随着碳化物的析出，出现两种正方度不同的α相：
具有高正方度的保持原始碳含量的未分解的M； 具有低正方度的碳已部分析出的M。
碳化物
C1 C0
碳化物
C1 C0
➢ 随着回火时间延长，即随着碳化物析出，两种α相 的碳含量均不发生改变，只是高碳区愈来愈少，而 低碳区愈来愈多。
C1 C0
马氏体双相分解示意图
C1
C1
马氏体双相分解时碳的分布
b.马氏体的单相分解
温度： 回火温度高于125～150℃；
特征：
➢ 马氏体将以连续分解方式进行分解。
➢碳原子的活动能力增强，能够进行较长距离的扩散。已经析出的碳化物 有可能从较远区域获得碳原子而长大，α相内的碳浓度梯度也可以通过碳 原子的扩散而消除。
➢在分解过程中不再存在两种不同碳含量的α相。α相的碳含量及正方度随 分解过程的进行不断下降。当温度达到300℃时，正方度c/a接近1，此时α 相中的碳含量已经接近平衡状态，马氏体的脱溶分解过程基本结束。
马氏体双相分解时碳的分布
C1 C0
M分解完成：随着分解过程进行，高碳区愈来愈少，低碳区愈来
愈多。当高碳区完全消失时双相分解即告结束。此时，α相的平均 碳含量降至C1。
C1
C1
马氏体双相分解时碳的分布
低碳区的C1与马氏体原始C0及分解温度无关，为一恒定值， 约为0.25%～0.30%。温度越高，分解越快。