回火脆性钢脆性转变温度的计算
钢的回火转变.pptx
Si—可有效提高钢回火抗力
原
因
：
硅
能
溶
解
到
-
碳
化
物
中
，增加了它
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的稳定
性
，
2.合金元素对AR转变的影响
1）ARB、 ARP 、AR M
二次淬火—当AR在B和P之间的A稳定区域保持，AR不发生分解，在随 后冷
却转变为M。
2）回火时的二次淬火和稳定化、催化现象
催化—回火时二次淬火的Ms’Ms产生的二次M的量较多
高碳钢中回火马氏体与下贝氏体的区别
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从显微组织的形态和分布来看，下贝氏体与高碳钢回火马氏体很 相似，
都是暗黑色针状，各个针状物之间都有一定的交角，而它们的区别是 ：
1）高碳钢的回火马氏体表面浮凸呈N字形，下贝氏体的表面浮凸是不 平行
的，相交成“v”形或“Λ”形；
2）高碳钢回火马氏体中存在位错与孪晶，下贝氏体中铁素体也有位 错缠结
片状M形成—产生显微裂纹
回火--应力消除和在裂纹中析出碳化物--部分显微裂纹
自动焊合
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三、中碳钢回火时机械性能的变化 1.T250℃ T--、塑性不变、HRC 2.200~300℃ T--HRC 3. 300℃ 与低碳钢相似，韧性、强度 弹簧钢：淬火+中温回火
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§7-3 回火脆化现象
缺点：不能解释为什么钢中同时存在某些合金元素和杂质才会发生脆 性
修正： ①二次偏聚理论； ②三元固溶体的平衡偏聚理论
2）非平衡偏聚理论
Fe3C析出，杂质元素在其周围富集—脆化 4.抑制TE的措施
①在钢中加入适量的Mo、W等元素；
第一类回火脆性名词解释
第一类回火脆性名词解释回火脆性是指金属在高温环境下暴露时受到热量的破坏，特别是在温度较高的情况下，在金属表面形成的厚度很小的薄膜，直接影响金属材料的拉伸强度和塑性，因而称为回火脆性。
回火脆性可以分为三类：热脆性、冷脆性和热冷脆性。
热脆性是指金属易在高温环境中受到损坏，而冷脆性则是指金属易在低温环境中受到破坏。
热冷脆性则是指金属在任何温度条件都容易受到破坏。
热脆性是金属表面在温度升高时出现空腔膨胀现象，而冷脆性则是指在低温情况下，在金属表面可能出现微小的裂纹，而这些裂纹可能会影响金属的拉伸强度和塑性。
热冷脆性则是受到温度变化影响最大的，不但可以受到温度变化而且受到速度变化的影响，例如金属的冷却速度变快，金属的热脆性就会出现。
回火脆性是一种重要的材料性能，它影响着金属材料的拉伸强度和塑性，因此在金属加工和生产过程中，必须注意温度和冷却速度，防止材料受到回火脆性的破坏。
一般而言，当温度较高时，采用快速冷却方式；当温度较低时，采用慢速冷却方式，以保证金属材料不受到回火脆性的影响。
另外，金属材料可以通过改善加工工艺，提高金属材料的抗回火脆性能。
常见的改善工艺包括热处理、表面处理、化学处理等。
热处理通常是采用热形变退火、晶粒细化退火、淬火等方式，使金属材料的组织构型发生变化，从而提高金属材料的抗回火脆性能；而表面处理则可以增加金属表面的抗热强度，从而降低金属材料受回火脆性破坏的可能性。
此外，金属材料也可以采用化学处理的方式，以改善金属材料的抗回火脆性能，其中包括表面修复、表面涂层、渗入等。
例如，通过表面修复可以减少金属表面的缺陷，从而提高金属材料的抗回火脆性能；而通过表面涂层可以增强金属表面的抗热性能，使金属表面更加耐热，避免受到回火脆性的破坏；而渗入可以使金属材料表面形成一层抗热膜，从而增加金属材料的抗热性能。
通过上述内容可以知道，回火脆性是一种重要的材料性能，它可以影响金属材料的拉伸强度和塑性，因此在金属加工和生产的过程中，必须注意温度和冷却速度，以防止受到回火脆性的破坏。
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
30CrMnSiA钢回火脆性控制与预防技术研究
30CrMnSiA钢回火脆性控制与预防技术研究巢昺轩;王宝龙;蒋克全【摘要】本文选取含Cr、Mn、Si元素的30CrMnSiA合金结构钢进行热处理工艺试验,通过分析检测力学性能、金相组织和断口形貌,确定了回火脆性温度区为460～620℃.采用空冷或更快的冷速能有效抑制和预防回火脆性,不会降低冲击韧性值,但不论何种冷却速率,540 ～580℃回火均会引发有害的脆性;新的工艺能有效抑制并预防回火脆性,具有学术价值和应用潜力.【期刊名称】《热处理技术与装备》【年(卷),期】2019(040)004【总页数】5页(P15-19)【关键词】合金结构钢;回火脆性;冷却速率;冲击韧性【作者】巢昺轩;王宝龙;蒋克全【作者单位】昌河飞机工业集团有限责任公司,江西景德镇333002;昌河飞机工业集团有限责任公司,江西景德镇333002;昌河飞机工业集团有限责任公司,江西景德镇333002【正文语种】中文【中图分类】TG157钢的淬火、回火是热处理工艺中最重要、用途最广泛的工序，两者不可分割和紧密衔接在一起。
含Cr、Mn、Si的合金结构钢淬火后，随着回火温度的升高，硬度降低、塑性提高，理论上韧性也应随之提高；但在某些特定温度区间回火后，韧性反而大为降低，这种现象称为回火脆性[1]。
当前回火脆性通常有两类：在250～400 ℃之间发生的为低温回火脆性，又叫第一类回火脆性，一旦发生无法通过热处理消除；在350～550 ℃之间发生的为高温回火脆性，又叫第二类回火脆性，一旦发生采用更高温度回火、快速冷却可以消除脆性，即可逆回火脆性。
这两种回火脆性，不仅发生的温度范围存在部分重叠，而且产生的机理也类似。
由于钢中的微量合金元素含量较多，在脆性温度区回火时，置换型杂质元素(P、Sb、Sn、As等)聚集在晶粒边界上，合金元素(如Si、Mn等)偏聚在晶界上，两者共同弱化了晶界强化作用，降低冲击韧性；在环境腐蚀和外界应力的作用下，奥氏体晶界处形成微观断口，扩展后萌生裂纹，最终发生断裂[2]。
脆性转变温度及回火脆性
脆性转变温度及回火脆性一般钢材随着温度的降低，冲击韧性（冲击功）降低，当降至某一温度时，冲击韧性（冲击功）急剧下降，钢材由韧性断裂变为脆性断裂，这种转变称为冷脆转变，转变的温度就称为冷脆温度，也即是脆性转变温度。
影响脆性转变温度的因素很多，有材料本身的因素，如晶体结构及强度等级、合金元素及夹杂物、晶粒大小等，有外部因素，如形变速度、应力状态、试样尺寸等。
(一)第一类回火脆性1.第一类回火脆性的主要特征及影响因素在200～350℃之间回火时出现的第一类回火脆性又称低温回火脆性。
如在出现第一类回火脆性后再加热到更高温度回火，可以将脆性消除，使冲击韧性重新升高。
此时若再在200～350℃温度范围内回火将不再会产生这种脆性。
由此可见，第一类回火脆性是不可逆的，故又可称之为不可逆回火脆性。
几乎所有的钢均存在第一类回火脆性。
如含碳不同的Cr-Mn钢回火后的冲击韧性均在350℃出现一低谷。
第一类回火脆性不仅降低室温冲击韧性，而且还使冷脆转变温度50％FATTe（钢料的冲击韧性）随测试温度的下降而出现显著下降时所对应的温度，即使钢料由韧性状态转变为脆性状态的温度称为冷脆转变温度，用50％FATT(℃）表示，详见金属力学性能]升高，断裂韧性Kle下降。
如Fe-0.28 C-0.6 4Mn-4.82Mo钢经225℃回火后Kle为117.4MN／m，而经300℃回火后由于出现了第一类回火脆性，使KIe降至73.5MN／m。
出现第一类回火脆性时大多为沿晶断裂，但也有少数为穿晶解理断裂。
影响笫一类回火脆性的因素主要是化学成分。
可以将钢中元素按其作用分为三类。
1)有害杂质元素，其中包括S、P、As、Sn、Sb、Cu、N、H、O等。
钢中存在这些元素时均将导致出现第一类回火脆性。
不含这些杂质元素的高纯钢没有或能减轻第一类回火脆。
2)促进第一类回火脆性的元素。
属于这一类的合金元素有Mn、Si、Cr、Ni、V 等。
这一类合金元素的存在能促进第一类回火脆性的发展。
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250℃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。
高碳钢则不同，由于ε相共格析出，引起弥散强化，硬度略有升高。
250-400℃回火时，一方面由于马氏体分解、正方度减小以及碳化物转变和聚集长大，硬度趋于降低；另一方面，由于残余奥氏体转变为下贝氏体，硬度则有所升高。
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400℃以上升高时，产生α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350℃左右出现峰值。
这与回火过程中碳的偏聚、ε碳化物的析出、α相中碳过饱和度下降以及渗碳体析出α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（αk）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250℃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400℃以下，随回火温度增高，断裂韧性和冲击韧性均降低。
400℃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250-400℃和450-650℃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250-400℃范围内回火时出现的脆性称为第一类回火脆性，存在于一切钢种之中。
此后若重新加热至第一类回火脆化温区，也不再出现脆性。
故又称不可逆回火脆性。
因其出现与低温回火温度范围，故又称低温回火脆性。
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。
抑制第一类回火脆性的方法
抑制第一类回火脆性的方法 对于有回火脆性的钢,一般采用低温回火(200～250℃)或高温回火(550～600℃)来避开脆性温度区,但往往不能保证强度和塑性的最佳的综合性能。
钢的回火脆性通常解释为在钢的晶粒边界和碳化物2基体的相间界富集了C、N等杂质元素所致,目前还没有一种热处理方法来有效的抑制回火脆性。
按照Гриффитса公式,钢的临界脆断应力Ρp(亦称显微碎裂应力强度R M C)是亚显微裂纹长度C的函数:Ρp=R M C=(4ΧE ΠC)∀ 亚显微裂纹长度C由铁素体晶粒大小或碳化物颗粒大小来确定,并且是钢产生脆性断裂的原因。
在研究铬钢脆断时表明,在富集磷的晶界部位表面能局部充分降低时,在临界的碎裂性亚显微裂纹形成后,组织参数的作用极为重要,它可以使晶粒内的碳化物(C=2d K,这里d K——碳化物直径)转移为晶界碳化物(C=d K)。
随着C值减小,其表面能降低二分之一以上。
由于R M C值低于期望值,缺口部位的应力集中会促使冲击韧性明显降低,并在冲击试验时屈服极限提高。
这意味着回火脆性的发展不但与晶界的杂质浓度有关,而且与晶界形成的碳化物相的尺寸和形态关系极大。
乌克兰共和国科学院冶金研究所研究了不同回火规范对30ХГСА钢(C0.31%,Si1.03%,M n0.93%,P0.016%,S0.009%,C r0.92%)回火脆性的影响。
试样尺寸为 2.8mm×120mm,试样在960℃均匀化1h,油淬。
随后在氩保护气氛炉内回火并在电接触加热设备中按如下规范进行快速回火:以100℃ s速度加热到650℃和500℃,随后在水中冷却。
试样的拉伸试验在装有温度可达-196℃的辅加装置的Y MM-5型拉伸试验机上进行。
按如下公式计算R M C值:R M C=S K1+2.2×10-2Ω 这里S K——断裂应力,Ω为10%～40%显微组织用箔片在JE M-200CX透射电子显微镜上进行研究,断口用JM-840型扫描电子显微镜进行研究。
回火的脆性机理与避免方法
回火脆性的机理与避免方法摘要：金属脆性断裂过程中，承受的工程应力通常不超过材料的屈服强度，甚至低于按宏观强度理论确定的许用应力。
由于脆性断裂前既无宏观塑性变形，又无其他预兆，并且一旦开裂后，裂纹扩展迅速，造成整体断裂或很大的裂口，有时还产生很多碎片，容易导致严重事故。
脆性断裂通常发生于塑性和韧性差的金属或合金中。
本文将从淬火钢回火过程中产生的回火脆性这方面探讨，就如何防止出现回火脆性，从而进一步提高钢的冲击韧性进行讨论。
关键词：回火脆性冲击韧性一、基本概念冲击韧性是指金属抵抗冲击载荷作用而不被破坏的能力，是金属材料力学性能的一个重要指标。
淬火钢回火时的冲击韧性并不总是随回火温度的升高单调增大，有些钢在一定的温度范围内回火时，其冲击韧性显著下降，这种脆化现象叫做钢的回火脆性。
钢在250~400℃温度范围内出现的回火脆性叫第一类回火脆性，也叫低温回火脆性；在450~650℃温度范围内出现的回火脆性叫做第二类回火脆性，也叫高温回火脆性。
二、低温回火脆性1.低温回火脆性的机理低温回火脆性几乎在所有的工业用钢中都会出现。
低温回火脆性产生的机理：一般认为，低温回火脆性是由于马氏体分解时沿马氏体条或片的界面析出断续的薄壳状碳化物，降低了晶界的断裂强度，使之成为裂纹扩展的路径，因而导致脆性断裂。
如果提高回火温度，由于析出的碳化物聚集和球化，改善了脆化界面状况而使钢的韧性又重新恢复或提高。
另外也有认为低温回火脆性是韧性相残余奥氏体的转变所引起的。
钢中含有合金元素一般不能抑制低温回火脆性，但Si、Cr、Mn等元素可使脆化温度推向更高温度。
例如，ωS i=1.0%~1.5%的钢，产生脆化的温度为300~320℃；而ωS i=1.0%~1.5%、ωC r=1.5%~2.0%的钢，脆化温度可达350~370℃。
2.低温回火脆性防止措施到目前为止还没有一种有效地消除低温回火脆性的热处理或合金化方法。
但根据上面的一些产生机理，可以采取以下措施来防止或减轻低温回火脆性：（1）降低钢中杂质元素的含量；（2）用Al脱氧或加入Nb、V、Ti等合金元素细化奥氏体晶粒；（3）加入Mo、W等可以减轻第一类回火脆性的合金元素；（4）加入Cr、Si以调整发生第一类回火脆性的温度范围，使之避开所需的回火温度；（5）采用等温淬火代替淬火加高温回火。