热处理工艺对中碳中合金耐磨钢性能的影响.doc

河南科技大学毕业设计(论文)
热处理工艺对中碳中合金耐磨钢
组织和性能的影响

摘 要

本文研究了热处理工艺参数对用于制造球磨机衬板的中高碳中合金钢磨损性能的影响。通过对比采用不同回火温度处理的试样的硬度、拉伸性能和磨损量，分析不同的热处理工艺对材料的力学性能和磨损性能的影响。并且通过对比试样的金相组织，分析热处理工艺对试样金相组织的影响。
实验表明，将试样在860℃淬火2小时后回火处理，在回火温度在550～610℃之间时，试样硬度随回火温度的升高而逐渐下降；试样的抗拉强度和条件屈服极限随着温度的升高而逐渐降低，断面收缩率和伸长率逐渐增大；由于硬度降低，试样的磨损量也逐渐增大。
随着回火温度升高，试样中的回火索氏体也逐渐增多转变，回火索氏体组织具有优良的综合力学性能。综合以上分析可得：材料最优热处理工艺为1050℃退火+860℃淬火+570～590℃回火+空冷。可以得到较多的回火索氏体组织，材料硬度达到44～46.67HRC，磨损损失量相对较小。

关键词：淬火，回火，硬度，拉伸性能，耐磨性

I
河南科技大学毕业设计(论文)
The impact of the heat treatment process on
the microstructure and properties of wear-resistant medium-carbon medium-alloy steel

ABSTRACT

This paper studies different heat treatment process parameters' effect on the well performance of the steel alloy in the high carbon used in the manufacturing of liner of mills. By comparing the sample hardness, tensile properties and wear allowance under tempering treatment with different temperature, analysis of different treatment temperature's effecting on the mechanical properties of materials and wear performance is carried out. Besides, through the comparison of the microstructure, the heat treatment's effect on metallographic organization is analyzed.
Experiments showed that, putting the samples in quenching with 860 °C within two hours after the tempering treatment in temper temperature in 550 ~ 610 ℃, the sample hardness gradually decreased with the tempering temperature increasing; the tensile strength and the limit of yield conditions of the sample gradually decreased with the rise of temperature, while area reduction and elongation gradually increased; Due to the lower hardness, the wear loss was also increasing gradually.
Along with the tempering temperature increasing, the tempering sorbite in the sample increased, and the sorbite had better comprehensive mechanical properties. Based on the above analysis: the optimal heat for material treatment process is quenching with 860 ℃ + tempering with 570°C~ 590 °C+ air cooling. Under this condition, more tempering sorbites can be obtained. And sprbites' material hardness can reach 44 ~ 46.67 HRC, with relatively small wear loss.

KEY WORDS: quenching and tempering, hardness, tensile properties, wear resistance
目 录

第一章 绪 论 1
§1.1 耐磨材料的分类 1
§1.2 合金钢的热处理工艺的制定依据 1
§1.3 合金元素对合金钢的相、组织、性能的影响 3
§1.4 本课题的研究内容及现实意义 5
第二章 实验方法与过程 7
§2.1 实验材料 7
§2.2 实验仪器和设备 7
§2.3 合金钢的热处理工艺 8
§2.4 实验过程 9
§2.4.1 洛氏硬度检测 9
§2.4.2 拉伸性能检测 9
§2.4.3 摩擦磨损检测 10
§2.4.4 金相实验过程 10
第三章 实验结果及分析 11
§3.1 回火工艺对合金硬度的影响 11
§3.2 热处理工艺对合金拉伸性能的影响 12
§3.3 热处理工艺对合金摩料磨损性能的影响 13
§3.3.1 磨料磨损量比较分析 13
§3.3.2 磨面电镜图的比较分析 14
§3.4 金相组织分析 16
结 论 19
参考文献 20
致 谢 22

IV
河南科技大学毕业设计(论文)
第一章 绪 论

§1.1 耐磨材料的分类

磨料磨损是磨损备件消耗钢材的重要形式，其所造成的经济损失约占磨损总数的50%。目前我国矿场每年需要消耗大量的耐磨材料，尤其是用于对矿料进行粉碎处理的球磨机。球磨机的衬板由于工作时受到大量矿石的冲击，磨损严重。一旦衬板的厚度磨损到一定程度就要停止生产，更换衬板，但过于频繁的更换又影响生产效率，所以要求衬板材料的耐磨性好。因此, 研究磨损和不断发展新的耐磨材料是一项永远需要讨论的课题[1]。
耐磨材料的生产和应用经过了多年研究与发展的高峰期，现已趋于稳定，并有自己的系列产品和国家标准、企业标准。经历了从高锰钢、普通白口铸铁、镍硬铸铁到高铬铸铁的几个阶段，目前已经发展成为耐磨钢和耐磨铸铁两大类[2]。
耐磨钢除了传统的奥氏体锰钢及改性高锰钢、中锰钢以外，根据其含量的不同可分为中碳、中高碳、高碳合金耐磨钢；根据组织的不同还可以分为奥氏体、贝氏体、马氏体耐磨钢。而耐磨铸铁主要包括低合金白口铸铁和高合金白口铸铁两大类。二者中最具有代表性的是低铬白口铸铁和高铬白口铸铁，而且这两种材料目前在耐磨铸铁中占有主导地位。马氏体或贝氏体、马氏体组织的球墨铸铁在制作小截面耐磨件方面也占有一席之地，中铬铸铁则应用较少。从整体上看，合金白口铸铁的耐磨性优于耐磨铸钢，但后者韧性好，在诸如衬板、耐磨管道等方面有着广泛的应用[18]。

§1.2 合金钢的热处理工艺的制定依据

金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热、保温、冷却，通过改变金属材料表面或内部的组织结构来控制其性能的工艺方法。金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其它加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的[3]。
热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程，有时只有加热和冷却两个过程。这些过程互相衔接，不可间断。金属热处理工艺大体可分为整体热处理、表面热处理和化学热处理三大类。根据加热介质、加热温度和冷却方法的不同，每一大类又可区分为若干不同的热处理工艺。同一种金属采用不同的热处理工艺，可获得不同的组织，从而具有不同的性能。钢铁是工业上应用最广的金属，而且钢铁显微组织也最为复杂，因此钢铁热处理工艺种类繁多。
其中整体热处理是对工件整体加热，然后以适当的速度冷却，以改变其整体力学性能的金属热处理工艺。钢铁整体热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺[4]。而我们这次主要用到的方法就是退火、淬火和回火。
退火是将金属和合金加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。退火后的亚共析钢是铁素体加片状珠光体；共析钢或过共析钢则是粒状珠光体。总之退火组织是接近平衡状态的组织。退火之后一般得到的是奥氏体。
退火的目的：
一、降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工。
二、细化晶粒，消除因铸、锻、焊引起的组织缺陷，均匀钢的组织和成分，改善钢的性能或为以后的热处理作组织准备。
三、消除钢中的内应力，以防止变形和开裂。
淬火是将金属工件加热到某一适当温度并保持一段时间，随即浸入淬冷介质中快速冷却的金属热处理工艺。淬火工艺将钢加热到Ac3或Ac1点以上某一温度，保持一定时间，然后以适当速度冷却获得马氏体和（或）贝氏体组织。
淬火可以提高金属工件的硬度及耐磨性，因而广泛用于各种工、模、量具及要求表面耐磨的零件（如齿轮、轧辊、渗碳零件等）。通过淬火与不同温度的回火配合，可以大幅度提高金属的强度、韧性及疲劳强度，并可获得这些性能之间的配合（综合机械性能）以满足不同的使用要求。常用的钢在加热到临界温度以上时，原有在室温下的组织将全部或大部转变为奥氏体。随后将钢浸入水或油中快速冷却，奥氏体即转变为马氏体。与钢中其他组织相比，马氏体硬度最高。钢淬火的目的就是为了使它的组织全部或大部转变为马氏体，获得高硬度，然后在适当温度下回火，使工件具有预期的性能。
工件进行淬火冷却所使用的介质称为淬火冷却介质（或淬火介质）。理想的淬火介质应具备的条件是使工件既能淬成马氏体，又不致引起太大的淬火应力。
回火是将工件淬硬后加热到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。回火使工件获得所需的使用性能。
钢在淬火后一般很少直接使用，因为淬火后的组织是马氏体和残余奥氏体，并且有内应力产生，马氏体虽然强度、硬度高，但塑性差，脆性大，在内应力作用下容易产生变形和开裂；此外，淬火后组织是不稳定的，在室温下就能缓慢分解，产生体积变化而导致工件变形。因此，淬火后的零件必须进行回火才能使用。回火的目的是：（1）减少或消除淬火内应力；（2）稳定组织，稳定尺寸；（3）降低脆性、获得所需要的力学性能。
常用回火方法有：
低温回火（<250℃） 低温回火后得到回火马氏体组织。其目的是降低钢的淬火应力和脆性，回火马氏体具有高的硬度（一般为58～64HRC）、强度和良好耐磨性。因此，低温回火特别适用于刀具、量具、滚动轴承、渗碳件及高频表面淬火等工求高硬度和耐磨性的工件。
中温回火（250℃～500℃） 中温回火后得到回火屈氏体组织。使钢具有高的弹性极限，较高的强度和硬度（一般为35～50HRC），良好的塑性和韧性。中温回火主要用于各种弹性元件及热作模具。
高温回火（500℃～650℃） 高温回火后得到回火珠光体组织。工件淬火并高温回火的复合热处理工艺称为调质。调质后，钢具有优良的综合力学性能（一般硬度为220～230HBS）。高温回火主要适用于中碳结构钢或低合金结构钢制作的曲轴、连杆、螺栓、汽车半轴、机床主轴及齿轮等重要的机器零件。

§1.3 合金元素对合金钢的相、组织、性能的影响

耐磨钢铁材料通常含有的合金元素为硅、锰、铬、钼、镍、铌等.充分发挥这些合金元素对材料基体组织及淬透性的影响，可使材料具有较好的抵抗磨损的能力。
锰：锰是好的脱氧剂和脱硫剂。锰和铁可以形成固溶体，进而提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度，同时锰可以进入渗碳体中取代一部分铁原子。锰在钢中由于降低了临界转变温度，起到了细化珠光体和提高珠光体钢强度的作用。锰对提高低碳和中碳珠光体钢的强度有显著的作用。但是作为合金元素，锰也有它不利的一面。锰含量较高时，有使钢晶粒粗化的倾向，并增加钢的回火脆性的敏感性。冶炼浇铸和锻轧后冷却不当时，容易使钢产生白点。综合锰对钢的组织和性能的各种影响，在本材质中选择锰的含量为0.8%～1.2%。
硅：硅是钢中常见的元素之一。作为一种合金元素，硅在钢中的含量一般不应低于0.4%。硅在钢中不形成碳化物， 而是以固溶体的形态存在于铁素体或奥氏体中。它提高钢中固溶体的强度，其冷加工变形硬化率的作用极强，仅次于磷，但同时也在一定程度上降低钢的韧性和塑性。硅的含量若超过3%，将显著降低钢的塑性、韧性和延展性。硅能显著提高钢的弹性极限、屈服极限和屈服比，以及疲劳强度和疲劳比等。硅能提高钢的退火、正火和淬火温度，降低碳在铁素体中的扩散速度，增加钢的回火稳定性。综合硅对钢的性能和组织的各种影响， 在本材质中将硅的含量范围定在0.7%～1.0%。
铬：铬是耐磨材料的基本元素之一，主要作用是提高钢的淬透性，同时固溶强化基体，显著改善钢的抗氧化作用， 增加其抗腐蚀的能力。铬能显著增加钢的淬透性，但亦有增加钢的回火脆性的倾向。铬提高钢的回火脆性，降低钢的马氏体点Ms。铬加入纯铁和钢中，在一定含铬量时，都能提高强度和硬度。综合铬对钢的组织和各种性能的影响， 取铬含量为1.5 %～2.0%。
镍：镍和碳不形成碳化物，它是形成和稳定奥氏体的主要合金元素。在这方面的作用仅次于碳和氮。镍与铁以互溶的形式存在于钢中的α 相和γ 相中，使之强化，并通过细化α 相中的晶粒，改善钢的低温性能，特别是韧性。镍由于降低临界转变温度和降低钢中各元素的扩散速度，因而提高钢的淬透性。镍在高含量时可显著改善钢和合金的一些物理性能。镍在提高钢强度的同时，对钢的韧性、塑性以及其它工艺性能的损害较其它合金元素的影响小。综合以上因素，把镍的含量定在0.75%～1.0%之间。
钼：钼在钢中存在于固溶体相和碳化物相中。钼在钢中的作用可归纳为提高淬透性、提高热强性、防止回火脆性、提高剩磁和矫顽力，提高合金在某些介质中的抗蚀性与防止点蚀倾向等。钼对铁素体有固溶强化作用，同时也提高碳化物的稳定性， 因此对钢的强度产生有利的作用。钼对钢回火脆性的影响颇为复杂。作为单一的合金元素存在于钢中时，钼增加钢的回火脆性，但和其他导致回火脆性的元素，如铬、锰等并存时，钼又降低或抑止因其他元素所导致的回火脆性。综合以上因素， 我们决定在实验中选定钼的含量为0.3%～0.4%。
铌：铌的固溶强化作用很明显。当铌溶于奥氏体时，可以提高钢的淬透性，增加回火稳定性，有二次强化的作用。铌可以提高钢的强度、冲击韧性，当含量高时可以使钢具有良好的抗氢性能，并提高热强钢的高温性能。综合以上因素，在实验中选定铌的含量为0.1%。
钢中碳化物的作用：
1.在温度和应力长期作用下不易聚集长大，则可大大提高材料的性能和使用寿命。
2.碳化物和固溶体(基体)之间不易在高温下因原子扩散作用而发生合金元素的再分配;
3.碳化物的稳定性对于钢的热强性也很重要。首先碳化物可使钢在更高的温度下工作并保持其较高的强度和硬度；
4.其次在达到相同硬度的条件下,碳化物稳定性高的钢可以在更高的温度下回火，使钢的塑性、韧性更好。所以合金钢的综合性能比碳钢好。
铬和钼可以与碳形成碳化物。铬和铁形成连续固溶体，与碳形成多种化合物。铬的复杂碳化物（Cr,Fe）7C3对于钢的性能有显著的影响，特别是提高耐磨性。Cr 与Fe 形成金属间化合物FeCr。当钼含量较低时，与铁及碳形成复合的渗碳体；当含量较高时，则形成它自己的特殊碳化物[5-9]。

§1.4 本课题的研究内容及现实意义

本文研究内容主要包括：
1. 研究材料硬度、拉伸性能对其磨损性能的影响；
2. 研究不同回火温度对材料硬度、拉伸性能的影响；
3. 通过电镜观察磨损试样磨面显微组织，研究其磨损性能和微观组织的关系；
4. 通过光学显微镜观察材料金相组织，分析比较采用不同热处理工艺的试样组织的差别。
目前我国球磨机衬板主要以高锰钢为主。高锰钢在强烈冲击条件下能表现出较高的耐磨性，在较大冲击载荷或接触应力作用下，其表层迅速产生加工硬化，并且有高密度位错和形变孪晶相继生成，从而产生高耐磨性的表面层，而此时内层奥氏体仍然保持着良好的韧性。然而，高锰钢的优良性能，只适用于强烈冲击载荷的工况，由于在中小型球磨机中，磨球直接与衬板碰撞机会较少，衬板所受的冲击不足以使高锰钢产生加工硬化，加之高锰钢屈服强度过低(只有350MPa左右)，导致使用过程中衬板变形严重，耐磨性差，寿命短，用于制作中小型球磨机衬板并不太适合。合金白口铁在各类钢铁中其抗磨性居首位，但其脆性较大，而且价格高，其应用受到限制。因此我们要求球磨机衬板材料不仅要具有良好的塑性和韧性，还要有足够的硬度及耐磨性。
所以我们选择中碳中合金钢作为球磨机衬板材料，中碳中合金钢通过适当的热处理工艺处理后可以改变其基体组织，克服铸态组织的不均匀性，使材料的强度、硬度、塑性及其他性能达到最佳匹配，使其具有良好的韧性和足够的强度、硬度，来满足中小型球磨机的工况要求，同时中合金耐磨钢成本较低，通过加入少量合金元素Cr、Mn、Si及微量元素Mo、Nb合金化。因此对中碳中合金钢的热处理工艺及磨损性能研究有重大的意义。
第二章 实验方法与过程

§2.1 实验材料

本实验所用材料为含碳量为0.65%、含有铬、锰等元素的中碳中合金钢。
其化学成分如表2-1所示。

表2-1 试样材料化学成分表（质量分数，%）
编号
C
Mn
Si
Cr
Ni
Mo
RE
Nb
1
0.6-0.7
0.8-1.2
0.7-1.0
1.5-2.0
0.75-1.0
0.3-0.4

2
0.6-0.7
0.8-1.2
0.7-1.0
1.5-2.0
0.75-1.0
0.3-0.4
0.18

3
0.6-0.7
0.8-1.2
0.7-1.0
1.5-2.0
0.75-1.0
0.3-0.4
0.18
0.1

试样取自铸件本体，采用线切割加工后进行热处理。磨损试样尺寸为φ6mm×20mm。

§2.2 实验仪器和设备

量筒(量程50ml和500ml)、烧杯(量程250ml)、橡胶棒、勺子、钢尺(量程50cm)、切割刀、托盘天平(量程2110g)、空气压缩机、超声波清洗仪，以及：
高温箱式电阻炉 型号：VFX9/160-YG；
中温箱式电阻炉 型号：SJX-4-13；
扫描电镜 型号：日产-JSM-5610LV型；
精密万能实验机 型号：AG-Ⅰ250KN(Shimadzu-岛津)。
金相显微镜 型号：XJ-16B
洛氏硬度计 型号：HRD-150
金相试样抛光机 型号：P-2
光学金相显微镜 型号：OLYMPUS PMG3型（倒置式）
§2.3 合金钢的热处理工艺

热处理工艺方案如下，
（1）退火 1050℃退火，保温2小时，随炉冷却至500℃，取出空冷
（2）淬火 860℃保温2个小时,取出油冷
（3）回火 分别在550℃、570℃、590℃、610℃下保温2个小时后，空冷
热处理各阶段工艺图如图2-1、2-2、2-3所示。

图2-1 退火工艺曲线

图2-2 淬火工艺曲线

图2-3 回火工艺曲线

§2.4 实验过程

本实验主要对经过不同热处理工艺处理过的材料进行洛氏硬度、拉伸性能以及摩粒磨损等性能测试，并通过扫描电镜和光学金相显微镜，对合金试样进行扫描电镜和光学金相显微镜实验，分析合金的微观组织和微区成份。
§2.4.1 洛氏硬度检测
当被测样品过小或者布氏硬度（HB）大于450时，就选用洛氏硬度（HR）计量。实验方法是用一个顶角为120°的金刚石圆锥体或直径为1.59mm/3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕深度求出材料的硬度。本实验采用HRD−150型电动洛氏硬度计测洛氏硬度，实验载荷为1500kg。在测试布氏硬度前，将试样表面用砂纸磨平，将标准试样平放在其面上上均匀选取五个点，分别测试其硬度，求平均值。
§2.4.2 拉伸性能检测
本实验在岛津AG-Ⅰ250KN精密万能材料实验机上进行。测试金属在静拉伸下的力学性能，抗拉强度、屈服强度，延伸率、断面收缩率，评价金属的强度以及在静拉伸下金属的塑性变形能力。塑性指标的高低能反映材料的冶金质量，如钢中夹杂物过多时，塑性必定下降。对绝大部分机械制造用钢来说，采用光滑的圆试样，在静拉伸实验机上作静拉伸实验，根据拉断后试样的延伸率和断面收缩率作为鉴定材料塑性变形能力大小的指标。
§2.4.3 摩擦磨损检测
本实验在ML-100型磨料磨损实验机进行摩擦磨损性能测试。实验所用上试样为实验合金，规格为Φ6×20mm。实验所用载荷为20N，进给半径为120cm。本次磨损实验取12组磨损试样分别为：3种成分实验用钢在4种热处理工艺条件下的试样。每组试样有3个，一共12组试样。分别用分析天平测量试样磨损前磨损后的质量，取其平均值。
§2.4.4 金相实验过程
金相检验是观察和分析金属微观组织结构及其缺陷的重要手段。现代金相技术包括光学和电子显微分析技术两个方面。金相分析技术所获得的结果是联系材料加工工艺科学及材料性能之间的重要桥梁。我们在长期的生产实践中认识到，产品质量的好坏和材料性能有着密切的联系。显微组织不同，材料的性能也不同。只有通过控制组织才能达到控制性能的目的。利用金相显微镜及其所拍摄的金相照片对合金的微观组织进行检验分析，研究不同回火温度对合金的结构组织的影响以及它们的变化规律，从而达到通过控制组织来实现控制和改善其性能的目的。
金相试样的制备包括：截取、磨光、抛光及腐蚀。首先将进行冲击实验的试样从断口处开始截取一段作为金相试样，再在粒度为400#，800#，1000#，1200#的砂纸上依次磨光；金相试样经磨光后，有细微磨痕以及表面仍有金属的形变扰动层，影响正确地显示组织，因而必须抛光。抛光的目的，一方面为抛掉磨面上的痕迹，另一方面为消除磨面上的形变扰动层。抛光是在抛光机上进行的，选用呢纶作为抛光布，粗抛时用粒度为W2.5的金刚石抛光膏，细抛时用较小的浓度，最后可用清水抛光，避免杂质留在抛光面上，抛光后用4%的苦味酸酒精对抛光后的试样进行腐蚀，将制备好的金相试样在金相显微镜下观察。

第三章 实验结果及分析

§3.1 回火工艺对合金硬度的影响

合金硬度测量结果如表3-1所示。

表3-1 硬度测定结果
工艺
编号

HRC

550 ℃回火
570℃回火
590℃回火
610℃回火
成分1

48.37
46.67
42.5
42
成分2

47.75
45.5
44.83
42.5
成分3

45
44.62
44
43

根据实验结果绘制图3-1。

图3-1 回火工艺对材料硬度的影响

试样在860℃下淬火，采用不同的回火工艺，由图可知，淬火后，材料硬度随回火温度的升高而逐渐下降。在同一回火温度，不同成分之间的硬度值相差不大。由图可见，成分1没有添加稀土变质剂，材料的力学性能对回火温度比较敏感，在570℃～590℃温度区间内，洛氏硬度值下降超过4个单位。而成分2、成分3分别添加有不同成分的稀土变质剂，硬度值基本呈线性变化。
试样淬火后组织主要是马氏体，还存在不同数量的残余奥氏体或未溶碳化物，回火后，马氏体分解，残余奥氏体分解，碳化物的转变，当回火温度在550～610℃时，钢的硬度、强度下降，中碳中合金钢多采用高温回火，以获得强度与韧性的最佳配合。得到的回火索氏体，是在铁素体基体上弥散分布着粒状碳化物。由于马氏体强化态的消失，钢的强度、硬度下降，塑形和韧性显著提高[5,10-13]。

§3.2 热处理工艺对合金拉伸性能的影响

将试样在860℃下淬火，油冷后，在不同的温度下回火处理。以成分1为例，拉伸性能检测结果见表3-2。

表3-2 成分1拉伸性能测试结果
编号
回火工艺
抗拉强度σb（MPa）
条件屈服极限σs（MPa）
断面收缩率Ψ（%）
伸长率δ
（%）
1-1
550℃回火
1310.68
1256.03
3.21
2.13
1-2
570℃回火
1303.86
1208.71
3.52
3.66
1-3
590℃回火
1285.35
1188.99
4.68
4.26
1-4
610℃回火
1275.94
1149.34
5.61
4.62

在回火索氏体上，合金碳化物可以看作第二相，这种第二相粒子非常细小，属于弥散分布型合金，弥散分布型合金的屈服强度，对不可变形微粒而言，取决于粒子间距离，称为弥散强化。多相合金的屈服强度，除与基体相成分性质、第二相尺寸、数量有关外，还与第二相的形状、分布特点有关。金属的屈服强度是一个非常活跃的力学性能指标，可以通过合金化，热处理等手段来改变[17]。
以成分2为例，由实验数据可以得出在550℃～610℃的过程中，材料的抗拉强度随着回火温度的升高而逐渐减低，但是幅度较小；而材料的条件屈服极限随着回火温度的升高则有明显降低。在塑性方面，随着回火温度的升高，材料的断面收缩率和伸长率都有明显提高。

图3-2 回火工艺对强度的影响 图3-3回火工艺对塑性的影响

§3.3 热处理工艺对合金摩料磨损性能的影响

§3.3.1 磨料磨损量比较分析
磨损实验数据记录见表3-3。
表3-3合金摩擦磨损量(g)
回火温度/℃
平均磨损量/g

550

570

590

610
成分1
0.0676
0.0681
0.0793
0.0748
成分2
0.0719
0.0719
0.0819
0.0838
成分3
0.0733
0.0752
0.0791
0.0778
将试样在860℃下淬火，在不同的温度下回火处理2小时后，不同回火温度对材料磨损性能的影响如表3-3所示。耐磨性与材料的硬度和塑性有一定的联系，材料承受磨料磨损时，磨损率由两部分组成，即：Wt=Wc+Wf ，其中Wc，它是由于切削作用引起的磨损，主要决定于材料的硬度；Wf为疲劳机制引起的磨损，与材料的硬度和塑性两个因素有关。
当外加载荷为20N，转速为60转/min时，在550～570 ℃回火温度区间，磨损量变化不大，当回火温度上升到610℃时，磨损量显著增大。这是因为磨粒磨损的耐磨性与材料的硬度近似呈线性关系。在500℃-A1温度范围内回火，粒状碳化物进一步聚集，铁素体回复，针状马氏体消失，得到的组织为铁素体和大颗粒碳化物的混合组织，即回火索氏体。高温回火，钢的硬度强度下降；而回火索氏体的强度主要依靠细小弥散的碳化物颗粒对铁素体基体的弥散强化作用，铁素体本身的固溶强化作用非常弱。高温回火后形成的碳化物，碳化物颗粒间的距离，即颗粒的弥散度，在强化作用中是主要因素，合金碳化物的强化作用主要由尺寸来决定，碳化物颗粒越细，强化效果越大。但是随着回火温度的提高，碳化物不断聚集长大，强度有所下降，反映在材料的耐磨性上，就是磨损量有所增加[14,15]。
§3.3.2 磨面电镜图的比较分析
各回火温度得到的试样磨面如图3-4～图3-6所示。

a） 550℃回火 b） 570℃回火

c） 590℃回火 d） 610℃回火
图3-4成分1回火后磨损试样图

a）550℃回火 b） 570℃回火

c）590℃回火 d） 610℃回火
图3-5 成分2回火后磨损试样图

a） 550℃回火 b） 570℃回火

c） 590℃回火 d） 610℃回火
图3-6 成分3回火后磨损试样图

通过对同种成分不同回火温度磨损试样磨损面电镜图进行比较可得：随着回火温度的升高，磨损试样的犁沟逐渐加深（如图3-4）。这是因为随着回火温度升高，材料的硬度逐渐降低。在550℃时材料的硬度最高，在浅层出现的犁沟大致沿磨损试样机旋转的方向产生（如图3-4 a.），该方向也是磨损最大的方向；当回火温度达到590℃后，材料硬度有明显下降，砂纸上磨粒的尖角在试样表面产生较深的沟纹（如图3-4 c.）。
同时，随着回火温度的上升，试样挤出棱的剥离程度加剧，表现为590℃回火的试样表面较为平整（如图3-6 c.），550℃回火的试样则相对杂乱无章（如图3-6 a.）。这是因为550℃回火的试样硬度高，表面不易剥落，590℃回火的试样，不仅表面软，而且挤出棱很容易从试样表面脱落[16,19,20]。

§3.4 金相组织分析

试样被加热到860℃淬火保温2个小时后，使得材料奥氏体化后冷却得到马氏体组织后，将淬火钢再分别加热到550℃、570℃、590℃和610℃保温2个小时空冷到室温。将得到的试样抛光，然后用4%苦味酸酒精溶液腐蚀试样表面，用扫描电镜观察金相组织，以成分1为例。如图3-7所示：

a） 550℃回火 b） 570℃回火

c） 590℃回火 d） 610℃回火
图3-7 成分1试样回火后的金相组织

图3-7中显示的主要为回火索氏体，图