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回火 (金属热处理工艺)
添加时间:2020/5/23 8:48:03

回火strong>  将经过淬火件从头加热到低于下临界温度Ac1(加热时珠光体向奥氏体改变的开端温度)的恰当温度,保温一段时刻后在空气或水、油等介质中冷却的金属热处理工艺或将淬火后的合金工件加热到恰当温度,保温若干时刻,然后缓慢或快速冷却。一般用于减小或消除淬火钢件中的内应力,或许下降其硬度和强度,以进步其延性或耐性。淬火后的工件应及时回火,经过淬火和回火的相配合,才能够取得所需的力学功能。

回火是工件淬硬后加热到Ac1(加热时珠光体向奥氏体改变的开端温度)以下的某一温度,保温必定时刻,然后冷却到室温的热处理工艺。

回火一般紧接着淬火进行,其意图是:

(a)消除工件淬火时发作的残留应力,防止变形和开裂;

(b)调整工件的硬度、强度、塑性和耐性,到达运用功能要求;

(c)安稳安排与尺度,保证精度;

(d)改善和进步加工功能。因而,回火是工件取得所需功能的最后一道重要工序。经过淬火和回火的相配合,才能够取得所需的力学功能。 [2] 

按回火温度规模,回火可分为低温回火、中温回火和高温回火。

低温回火

工件在150~250℃进行的回火。

意图是坚持淬火工件高的硬度和耐磨性,下降淬火残留应力和脆性

回火后得到回火马氏体,指淬火马氏体低温回火时得到的安排。力学功能:58~64HRC,高的硬度和耐磨性。

应用规模:首要应用于各类高碳钢的工具、刃具、量具、模具、滚动轴承、渗碳及表面淬火的零件等。 [1] 

中温回火

工件在350~500 ℃之间进行的回火。

意图是得到较高的弹性和屈服点,恰当的耐性。回火后得到回火屈氏体,指马氏体回火时构成的铁素体基体内散布着极其细微球状碳化物(或渗碳体)的复相安排。

力学功能:35~50HRC,较高的弹性极限、屈服点和必定的耐性。

应用规模:首要用于弹簧、发条、锻模、冲击工具等。 [1] 

高温回火

工件在500~650℃以上进行的回火。

意图是得到强度、塑性和耐性都较好的归纳力学功能。

回火后得到回火索氏体,指马氏体回火时构成的铁素体基体内散布着细微球状碳化物(包含渗碳体)的复相安排。

力学功能:25~35HRC,较好的归纳力学功能。

应用规模:广泛用于各种较重要的受力结构件,如连杆、螺栓、齿轮及轴类零件等。

工件淬火并高温回火的复合热处理工艺称为调质质不仅作最终热处理,也可作一些精密零件或感应淬火件预先热处理。 [1] 

45钢正火调质后功能比较见下表所示。

45钢(φ20mm~φ40mm)正火和调质后功能比较

热处理办法

力学功能

力学功能

力学功能

力学功能

安排

σb/Mpa

δ×100

Ak/J

HBS

正火

700~800

15~20

40~64

163~220

索氏体+铁素体

调质

750~850

20~25

64~96

210~250


回火索氏体

钢淬火后在300℃左右回火时,易发作不可逆回火脆性,为防止它,一般不在250~350℃ 规模内回火。

含铬、镍、锰等元素的合金钢淬火后在500~650℃回火,缓冷易发作可逆回火脆性,为防止它,小零件可采用回火时快冷;大零件可选用含钨或钼的合金钢。

注意事项修改

将淬火成马氏体的钢加热到临界点A1以下某个温度,保温恰当时刻,再冷到室温的一种热处理工艺。回火的意图在于消除淬火应力,使钢的安排改变为相对安稳状态。在不下降或恰当下降钢的硬度和强度的条件下改善钢的塑性和耐性,以取得所希望的功能。中碳和高碳钢淬火后一般硬度很高,但很脆,一般需经回火处理才能运用。钢中的淬火马氏体,是碳在α-Fe中的过饱和固溶,具有体心正方结构,其正方度c/a随含碳量的添加而增大(c/a=1+0.045wt%C)。马氏体安排在热力学上是不安稳的,有向安稳安排过渡的趋势。许多钢淬火后还有必定量的残留奥氏体,也是不安稳的,回火进程中将发作改变。因而,回火进程本质上是在必定温度规模内加热粹火钢,使钢中的热力学不安稳安排结构向安稳状态过渡的杂乱改变进程。改变的内容和形式则视淬火钢的化学成分和安排,以及加热温度而有所不同(见马氏体相变)

二次预热

二次预热

调整淬硬钢以便运用的第三步一般是回火。除了等温淬火钢一般在淬火状态下运用外,大多数钢都不能在淬火状态下运用。为发作马氏体而采取的激冷使钢很硬,发作微观内应力和微观内应力,使资料塑性很低,脆性极大。为减少这种损害,可经过将钢再加热到A1线低温改变以下某一温度。淬火钢回火时发作的结构改变是时刻和温度的函数?其间温度是最重要的。有必要要着重,回火不是硬化办法,而是刚好相反。回火钢是将经热处理硬化的钢?经过回火时的再加热来释放应力、软化和进步塑性。 回火引起的结构改变和功能改变取决于钢从头加热的温度。温度越高,效果越大,所以温度的选择一般取决于牺牲硬度和强度交换塑性和耐性的程度。从头加热到100℃以下,对淬火普碳钢影响不大,在100℃到200℃之间?结构会发作某些改变,在200℃以上?结构和功能显著改变。在紧靠着A1温度以下的长时刻加热会发作与球化退火程相似的球化结构。 在工业上,一般要防止在250℃到425℃规模内回火,因为这个规模内回火的钢经常会发作无法解释的脆性或塑性损失现象。一些合金钢在425℃到600℃规模内,也会发作“回火脆性”,特别是从(或经过)这个温度规模缓慢冷却时呈现。当这些钢有必要高温回火时,它们一般加热到600℃以上并快速冷却。当然,从这个温度快冷不会发作硬化,因为没有进行奥氏体化。

碳钢的回火进程

淬火碳钢回火进程中的安排改变对于各种钢来说都有代表性。回火进程包含马氏体分化,碳化物的分出、转化、聚集和长大,铁素体回复和再结晶,残留奥氏体分化等四类反应。低、中碳钢回火进程中的改变暗示地归纳在图1中。依据它们的反应温度,可描绘为彼此交叠的四个阶段。

第一阶段回火(250℃以下) 马氏体在室温是不安稳的,填隙的碳原子能够在马氏体内进行缓慢的移动,发作某种程度的碳偏聚。跟着回火温度的升高,马氏体开端分化,在中、高碳钢中沉淀出ε-碳化物(图2),马氏体的正方度减小。高碳钢在 50~100℃回火后观察到的硬度增高现象,就是因为ε-碳化物在马氏体中发作沉淀硬化的结果(见脱溶)。ε-碳化物具有密排六方结构,呈狭条状或细棒状,和基体有必定的取向联系。初生的 ε-碳化物很可能和基体坚持共格。在250℃回火后,马氏体内仍坚持含碳约0.25%。含碳低于 0.2%的马氏体在200℃以下回火时不发作ε-碳化物沉淀,只有碳的偏聚,而在更高的温度回火则直接分化出渗碳体。

第二阶段回火(200~300℃)  残留奥氏体改变。回火到200~300℃的温度规模,淬火钢中本来没有完全改变的残留奥氏体,此刻将会发作分化,构成贝氏体安排。在中碳和高碳钢中这个改变比较显着。含碳低于 0.4%的碳钢和低合金钢,因为残留奥氏体量很少,所以这一改变根本上能够忽略不计。

第三阶段回火(200~350℃) 马氏体分化完结,正方度消失。ε-碳化物转化为渗碳体 (Fe3C)。这一转化是经过 ε-碳化物的溶解和渗碳体从头形核长大方法进行的。最初构成的渗碳体和基体坚持严厉的取向联系。渗碳体往往在ε-碳化物和基体的界面上、马氏体界面上、高碳马氏体片中的孪晶界上和原始奥氏体晶粒界上形核(图3)。构成的渗碳体开端时呈薄膜状,然后逐步球化成为颗粒状的Fe3C。

第四阶段回火(350~700℃) 渗碳体球化和长大,铁素体回复和再结晶。渗碳体从400℃开端球化,600℃以后发作集聚性长大。进程进行中,较小的渗碳体颗粒溶于基体,而将碳输送给选择生长的较大颗粒。坐落马氏体晶界和原始奥氏体晶粒间界上的碳化物颗粒球化和长大的速度最快,因为在这些区域分散容易得多。

铁素体在350~600℃发作回复进程。此刻在低碳和中碳钢中,板条马氏体的板条内和板条界上的位错经过合并和从头排列,使位错密度显著下降,并构成和原马氏体内板条束密切相关的长条状铁素体晶粒。原始马氏体板条界可坚持安稳到600℃;在高碳钢中,针状马氏体内孪晶消失而构成的铁素体,此刻也依然坚持其针状描摹。在600~700℃间铁素体内发作显着的再结晶,构成了等轴铁素体晶粒。此后,Fe3C颗粒不断变粗,铁素体晶粒逐步长大。

合金元素的影响

对一般回火进程的影响 合金元素硅能推延碳化物的形核和长大,并有力地阻滞ε-碳化物改变为渗碳体;钢中加入2%左右硅能够使ε-碳化物坚持到400℃。在碳钢中,马氏体的正方度于300℃根本消失,而含Cr、Mo、W、V、Ti和Si等元素的钢,在450℃甚至 500℃回火后仍能坚持必定的正方度。说明这些元素能推延铁碳过饱和固溶体的分化。反之,Mn和Ni促进这个分化进程(见合金钢)。

合金元素对淬火后的残留奥氏体量也有很大影响。残留奥氏体围绕马氏体板条成细网络;经300℃回火后这些奥氏体分化,在板条界发作渗碳体薄膜。残留奥氏体含量高时,这种接连薄膜很可能是构成回火马氏体脆性(300~350℃)的原因之一。合金元素,尤其是Cr、Si、W、Mo等,进入渗碳体结构内,把渗碳体颗粒粗化温度由350~400℃进步到500~550℃,然后按捺回火软化进程,一起也阻止铁素体的晶粒长大。

特别碳化物和次生硬化 当钢中存在浓度足够高的强碳化物构成元素时,在温度为450~650℃规模内,能取代渗碳体而构成它们自己的特别碳化物。构成特别碳化物时需要合金元素的分散和再分配,而这些元素在铁中的分散系数比C、N等元素要低几个数量级。因而在形核长大前需要必定的温度条件。根据相同理由,这些特别碳化物的长大速度很低。在450~650℃构成的高度弥散的特别碳化物,即便长时间回火后仍坚持其弥散性。图4标明,在450~650℃之间合金碳化物的构成对基体发作强化效果,使钢的硬度从头升高,呈现峰值。这一现象称为次生硬化。回火

钢在回火后的功能

淬火钢回火后的功能取决于它的内部显微安排;钢的显微安排又随其化学成分、淬火工艺及回火工艺而异。碳钢在100~250℃之间回火后能取得较好的力学功能。合金结构钢在200~700℃之间回火后的力学功能的典型改变如图5所示。从图5能够看出,跟着回火温度的升高,钢的抗拉强度σb单调下降;屈服强度σ0.3 先稍升高然后下降;断面缩短率ψ和伸长率δ不断改善;耐性(用断裂韧度K1c为指标)总的趋势是上升,但在300~400℃之间和500~550℃之间呈现两个极小值,相应地被称为低温回火脆性与高温回火脆性。因而,为了取得杰出的归纳力学功能,合金结构钢往往在三个不同温度规模回火:超高强度钢约在200~300℃;弹簧钢在460℃附近;调质钢在550~650℃回火。碳素及合金工具钢要求具有高硬度和高强度,回火温度一般不超越200℃。回火时具有次生硬化的合金结构钢、模具钢和高速钢等都在500~650℃规模内回火。回火

回火脆性

低温回火脆性 许多合金钢淬火成马氏体后在250~400℃回火中发作的脆化现象。现已发作的脆化不能用从头加热的办法消除,因而又称为不可逆回火脆性。引起低温回火脆性的

回火软化性

回火软化性

原因已作了大量研究。普遍认为,淬火钢在250~400℃规模内回火时,渗碳体在原奥氏体晶界或在马氏体界面上分出,构成薄壳,是导致低温回火脆性的首要原因。钢中加入必定量的硅,推延回火时渗碳体的构成,可进步发作低温回火脆性的温度,所以含硅的超高强度钢可在300~320℃回火而不发作脆化,有利于改善归纳力学功能。

高温回火脆性 许多合金钢淬火后在500~550℃之间回火,或在600℃以上温度回火后以缓慢的冷却速度经过500~550℃区间时发作的脆化现象。假如从头加热到600℃以上温度后快速冷却,能够恢复耐性,因而又称为可逆回火脆性。现已证明,钢中P、Sn、Sb、As等杂质元素在500~550℃温度向原奥氏体晶界偏聚,导致高温回火脆性;Ni、Mn等元素能够和P、Sb等杂质元素发作晶界协同偏聚(cosegregation),Cr元素则又促进这种协同偏聚,所以这些元素都加重钢的高温回火脆性。相反,钼与磷交互效果,阻止磷在晶界的偏聚,能够减轻高温回火脆性。稀土元素也有相似的效果。钢在 600℃以上温度回火后快速冷却能够遏止磷的偏析,在热处理操作中常用来防止发作高温回火脆性。 [3]



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