钢的回火转变.pptx

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,第七章 回火转变与钢的回火,概述,1.,定义：将淬火后的钢在,A,1,以下温度加热、保温并以适当速度冷却。,低温（,150250,）、中温（,350500,）、高温（,500,）,2.,基本目的,提高淬火钢的塑韧性，降低脆性；降低或消除淬火引起的残余内应力；,3.,研究内容,淬火钢在回火过程中的变化规律及影响因素；,回火参数对组织和性能的影响；,研制新合金,7-1,淬火碳钢回火时的组织变化,淬火后为什么及时回火？,淬火组织的高度不稳定性：,马氏体中的碳是过饱和的；马氏体有很高,的应变能和界面能；与马氏体并存的还有一定量的,A,R,转变驱动力,M,和,A,R,的不稳定状态与平衡状态的自由能差,动力学条件,原子活动能力,回火加热,一、,马氏体中,碳原子的,偏聚,时效阶段,（,100,以下）,碳原子的偏聚和聚集,位置：位错线附近的间隙位置；在孪晶面形成富C聚集区域。,1,.,低碳,M,：高密度位错,室温附近,C,、,N,原子有一定扩散能力,2.,片状,M,：孪晶,C,在一定晶面聚集（,100,）,强度、硬度,二、马氏体分解,/,过渡碳化物的析出,回火第一阶段,（,100,200,）,回火温度、回火时间富C区的碳原子有序化析出碳化物,高C马氏体：M内过饱和碳原子脱溶析出,-,碳化物 密排六方,Fe,2.4,C,与母相共格,低碳钢不大可能沉淀,-,碳化物,时效阶段末期,M,仍具有体心正方性,-,碳化物,Fe,2,C,回火马氏体：高碳钢在此温度范围回火时，,M,分解后形成的低碳相和弥散,/-,碳化物组成的复相组织。,三、残余奥氏体的分解,回火第二阶段,（,200300,）,分解产物：,-,碳化物（,Fe,3,C,）,+F,粒状,对韧性有害,四、碳化物析出与转变,回火第三阶段（,200400,）,/-,碳化物,-,碳化物,-,碳化物,Fe,5,C,2,单斜晶系,/-,碳化物与,-,碳化物的惯习面不同,-,碳化物,不是由,/-,碳化物转变而来,单独形核并长大,离位析出,-,碳化物,112,从,-,碳化物直接转变而来,就地形核（,原位析出,）,110,重新形核长大,变化趋势：由具有一定饱和度的相与其有共格联系的,-,碳化物的混合组织，,转变为,相与其无共格联系的,-,碳化物的混合组织。,转变后的组织,回火屈氏体,注：,在碳浓度,0.4%,的马氏体回火时，,不形成,-,碳化物；,在碳浓度,0.2%,的马氏体回火时，,不析出,-,碳化物，而是直接形成,-,碳,化物。,五、,相状态变化及碳化物聚集长大,回火第四阶段,（,400,）,驱动力,表面能的减小 胶态平衡理论,高温长时回火：组织为等轴铁素体基体中分布的较粗的球状碳化物,回复：,低碳条状,M,内部位错胞、位错线逐渐消失,位错密度,，剩下的,位错,位错网络,-,相晶粒被分割成许多亚晶粒,回复后仍保持条状；,孪晶,M,：位错胞和位错线将取代孪晶，后面的过程同板条,M,等轴,F,的形成,再结晶；晶粒长大的结果,淬火内应力的消除,第一、第二、第三类内应力,高碳钢中回火马氏体与下贝氏体的区别,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“,”,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,存在，但没有孪晶结构存在；,3,）下贝氏体中碳化物的分布与高碳钢回火马氏体中碳化物的分布明显不,同，前者沿着与贝氏体长轴呈,50,60,倾斜的直线规律排列，与相间析出相,似，而后者在,相中,均匀分布；,4,）在高碳钢中回火马氏体的韧性低于同强度下贝氏体的韧性。,7-2,合金元素对回火转变的影响,影响：,延缓钢的软化，提高钢的回火抗力；引起二次硬化现象；,影响钢的回火脆性。,一、提高钢的,回火抗力,（,回火稳定性,）,在回火过程中随回火温度的升高钢抵抗硬度下降的能力,相同温度回火，硬度下降少的称为回火抗力好。,1.,合金元素对低温（,250,）,回火组织变化的影响,低碳钢：对碳的偏聚状态影响不大,中高碳钢,析出过渡碳化物（,-,碳化物），除,Si,外，,合金元素对,-,碳化物的析出无影响,合金元素对低、中、高碳钢低温回火后的强硬度影,响较弱，主要取决于含碳量,Si,可有效提高钢回火抗力,原因：硅能溶解到,-,碳化物中，增加了它的稳定性，,使其保持到更高温度才溶解,-,推迟了渗碳体的析出,过程，因而只有在更高的回火温度才开始软化。,2.,合金元素对,A,R,转变的影响,1,）,A,R,B,、,A,R,P,、,A,R,M,二次淬火,当,A,R,在,B,和,P,之间的,A,稳定区域保持，,A,R,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,稳定化,回火,时二次淬火的,Ms,Ms,产生的二次,M,的量较少,二次淬火,M,脆性,-,必须再进行回火,3.,合金元素对碳化物聚集长大的影响,合金碳化物的聚集长大：小颗粒碳化物的溶解，碳和合金元素扩散到大颗粒,碳化物中去的方式进行,随,T-,碳化物中的合金元素浓度变化 碳化物形成元素从,Fcem,非碳化物形成元素从,cem,中扩散出来,1,）碳化物形成元素的加入,阻碍,Fe,3,C,的聚集长大,合金渗碳体稳定，减慢溶解；,与碳亲和力强,C,在相中的扩散激活能,-,阻碍,C,扩散,2,）非碳化物形成元素的加入,Si,固溶于,-,碳化物，不溶于,Fe,3,C,强烈阻碍,Fe,3,C,聚集长大,原因：,Fe,3,C,长大,排,Si-Fe,3,C,周围形成高硅墙,阻碍,C,原子向,Fe,3,C,内扩散,Fe,3,C,颗粒的长大取决于,Si,的扩散,(,思考,),相同温度下回火，含碳量相同的合金钢的,硬度大于碳钢的硬度？,4.,合金元素对钢回火时回复和再结晶的影响,Co,、,Cr,、,Mo,、,W,、,V-,铁再结晶温度,Si,延缓中碳钢回火时回复（位错密度）和再结晶,过程（相晶粒长大）,总结：,300,除硅外所有合金元素对钢的回火,稳定性影响不大，；,300,所有合金元素特别是碳化物形成元素，能,强烈阻碍碳化物的聚集长大以及延缓钢的回复和再结,晶,回火抗力,二、合金元素对,cem,类型变化的影响及二次硬化现象,强碳化物形成元素：,Cr,、,Mo,、,W,、,V,、,Ti,、,Nb,500,碳化物类型变化：渗碳体特殊合金碳化物（极细小弥散）,形成途径：,原位析出；离位析出,特殊合金碳化物与母相共格,回火钢硬度,二次硬化,：某些淬火合金钢在,500650,回火后硬度，在硬度,-,回火温度曲,线上出现峰值的现象。,注：,碳素钢不发生二次硬化现象，非（弱）碳化物形成元素不能引起,二次硬化；,二次硬化的本质,：共格析出的合金碳化物的弥散强化；,T,-,特殊碳化物量,-,共格畸变 硬度达到峰值,T-,碳化物长大,弥散度,共格被破坏,畸变消失,位错密度,应用：高速钢,刃具钢,保持高的红硬性,硬度,7-2,淬火钢回火后机械性能的变化,一、低碳钢回火时机械性能的变化,1,）,T250-C,原子偏聚在位错线附近，不析,出,-,碳化物,组织变化不大,硬度变化不大；,T-C,向位错附近的偏聚倾向,-,碳钉扎位错作,用,-,固溶强化作用,-,s,、；,2,）,300400,析出条状或片状,Fe,3,C,HRC,、,s,；,3,）,400700 cem,的球化和长大、相,回复和再结晶,HRC,、,s,、塑性；,4,）,T300 cem,在,M,条间分布、位错密度,-,冲,击韧性和断裂韧性。,低碳,M,可以在淬火状态下使用吗？,二、高碳钢回火时的机械性能的变化,1.T,100,富,C,聚集区,晶格畸变,-HRC,2.200300 HRC,与,A,R,有关 含较多,A,R,硬度降低较缓,T HRC,3.,T,300 HRC,回火与拉伸性能：,300,未消除淬火宏观应力,-,脆性破断；,300 T-,塑性、韧性,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,三、中碳钢回火时机械性能的变化,1.T,250 T-,、塑性不变、,HRC,2.200300 T-HRC,3.300,与低碳钢相似，韧性、强度,弹簧钢：淬火,+,中温回火,7-3,回火脆化现象,1.,概念：回火时随回火温度上升韧性下降的现象,2.,分类：,回火马氏体脆性（,TME,）,-250400,，低温（第一类）回火脆性；,回火脆性（,TE,）,-450600,，高温（第二类）回火脆性。,一、回火马氏体脆性,1.,现象,冲击功,；,韧脆转化温度,；,沿晶断裂比例,；平面应变断裂韧性,2.,机理,1,）残余奥氏体分解导致,TME,塑性相（,A,R,薄膜）脆性相（,Fe,3,C,）,注：回火时,A,R,分解可能是导致冲击韧性,的因素之一，但不是根本原因,2）杂质偏聚在原奥氏体晶界引起TME,晶间脆化,碳化物沿奥氏体晶界析出,根本原因：晶界在奥氏体化时有,P,和,S,的偏聚,3,）杂质的偏聚和马氏体板条间的碳化物引起,TME,4,）,的转变引起,TME,3.,影响因素,1,）化学成分,有害杂质元素,S,、,P,、,Sn,、,Sb,、,Cu,、,N,、,H,、,O,等；,促进,TME,的元素,Mn,、,Si,、,Cr,、,Ni,、,V,等；,减轻,TME,的元素,Mo,、,W,、,Ti,等,2,）,A,晶粒小,-TME,；,3,）残余奥氏体量多,-TME,4.,降低,TME,的方法,1,）提高原材料纯度并改善熔炼方法,降低钢中的杂质含量；,2,）采用铝脱氧或加入能细化晶粒的元素,Ti,、,W,、,Mo,单位界面面积杂质,偏聚量；,3,）加入,Mo P,在晶界的偏聚；,4,）降低,Mn,的含量；,5,）采用等温淬火代替淬火,-,回火工艺,二、回火脆性,1.,概述,1,）特征,冲击韧性,；,韧脆转化温度,；,沿原,A,晶界断口,；原,A,晶界上有杂,质元素和某些合金元素的偏聚。,2,）韧脆转化温度的表征方法,DBTT,；,FATT,3,）,TE,的特点,对时间的依赖性,A:,在某一脆化温度下，保温时间越长，,FATT,越高；,B:,在脆化温度或高于此温度下回火时，随后的冷速对,TE,的出现与否具有决定,性影响。,可逆性,脱脆,致脆,2.,影响,TE,的因素,1,）钢的成分,致脆元素：,Mn,、,Cr,、,Ni,、,Si,致脆作用必须有,P,、,Sn,、,Sb,、,As,等杂质元素存在,促脆元素：,P,、,Sn,、,Sb,、,As,、,S,、,B,等,以存在致脆元素为前提,去脆元素：,W,、,Mo,、,V,、,Ti,2,）热处理制度,冷速和保温时间,3,）组织状态,回火前组织（,M,、,B,、,P,）和奥氏体晶粒大小,3.TE,的形成机理,1,）平衡偏聚理论,元素偏聚晶界,晶界断裂强度,偏聚驱动力,溶质原子在晶内和晶界形成的畸变能之差,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：二次偏聚理论；三元固溶体的平衡偏聚理论,2,）非平衡偏聚理论,Fe,3,C,析出，杂质元素在其周围富集,脆化,4.,抑制,TE,的措施,在钢中加入适量的,Mo,、,W,等元素；,减少钢中的杂质含量，特别是锑、磷、锡等；,以铝脱氧或加入钒、钛等元素，以获得细小的奥氏体晶粒；,高温回火后快冷：,采用亚温淬火,本 章 总 结,、回火转变过程的五个阶段；,、回火后机械性能的变化；,、合金元素对回火的影响（回火抗力和二次硬化）；,、回火脆化（低温和高温回火脆性）；,本 章 习 题,1,、指出下列工件的淬火及回火温度，并说明其回火后获得的组织和大致的,硬度：,45,钢小轴（要求综合机械性能）；,60,钢弹簧；,T12,钢锉,2,、钢的调质处理和正火处理都获得索氏体组织，性能基本相同，在生产中,是否可以通用？,3,、回火时残余奥氏体的分解是导致冲击韧性下降的根本原因,4,、高速钢淬火后为什么要经,560,三次回火？能否改用一次较长时间的回火,5,、低、中碳钢中的残余奥氏体分布在什么地方？为什么回火时残余奥氏体,的分解产物对韧性是有害的？,6,、低碳,M,是否可以在淬火状态下使用？,7,、,相同温度下回火，含碳量相同的合金钢的硬度是否大于碳钢的硬度？为,什么？,8,、等温淬火后的下贝氏体是否需要回火,?,