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；
冷脆 冷脆具有体心立方点阵的合金钢，当试验温度降低时，将由韧性断裂转变为脆性断裂。许多工业用钢在室温到零下温度范围将发生脆化，称为冷脆性。
图1 滑移过程形成的裂纹 a--位错塞积；b--两个{110)滑移带相交 合金钢的冷脆性(或低温脆化倾向)用韧性一脆性转化温度Tc表示。高纯铁(0.01％C)的Tc在一100。C，低于此温度则完全处于脆化状态。钢中大多数合金元素都升高钢的韧性一脆性转化温度，增加冷脆倾向。在室温以上韧性断裂时，合金钢的断口为韧窝型断口，而在低温下脆性断裂时为解理断口。合金钢的低温脆化的原因是：(1)形变时位错源产生的位错被障碍物(如晶界、第二相等)阻塞时，局部应力超过钢的理论强度而产生微裂纹(见图1a)。(2)几个塞积的位错在晶界合成一个微裂纹。(3)两个{110)滑移带相交处反应，引起不动位 错%26lt;010%26gt;，呈楔形微裂纹，它可沿{100}解理面裂开(见图1b)。 增加钢冷脆的因素有：(1)固溶强化元素。磷升高韧性一脆性转化温度最强烈；还有钼、钛和钒；含量低时影响不大而含量高时升高韧性一脆性转化温度的元素有，硅、铬和铜；降低韧性一脆性转化温度的有镍，先降低后升高韧性一脆性转化温度的有锰。(2)形成第二相的元素。以第二相增加钢冷脆最重要的元素为碳，随钢中碳含量增加，钢中珠光体含量增加，平均每增加1％珠光体体积，韧性一脆性转化温度平均升高2．2℃。图2为铁素体一珠光体钢中碳含量对脆性的影响。加入钛、铌和钒等微合金化元素，形成弥散分布的氮化物或碳氮化物，引起钢的韧性一脆性转化温度上升。(3)晶粒尺寸影响韧性一脆性转化温度，随晶粒粗化，韧性一脆性转化温度升高。细化晶粒则降低钢的冷脆倾向，这是广为应用的方法。 图2 铁素体-珠光体钢中碳含量对脆性的彰响
回火脆化 回火脆性是淬火钢回火后产生的脆化现象。根据产生脆性的回火温度范围，可分为低温回火脆性和高温回火脆性。 低温回火脆性合金钢淬火得到马氏体组织后，在250～400℃温度范围回火使钢脆化，其韧性一脆性转化温度明显升高。已脆化的钢不能再用低温回火加热的方法消除，故又称为“不可逆回火脆性”。它主要发生在合金结构钢和低合金超高强度钢等钢种。已脆化钢的断口是沿晶断口或是沿晶和准解理混合断口。产生低温回火脆性的原因，普遍认为：(1)与渗碳体在低温回火时以薄片状在原奥氏体晶界析出，造成晶界脆化密切相关。(2)杂质元素磷等在原奥氏体晶界偏聚也是造成低温回火脆性原因之一。含磷低于0.005％的高纯钢并不产生低温回火脆性。磷在火加热时发生奥氏体晶界偏聚，淬火后保留下来。磷在原奥氏体晶界偏聚和渗碳体回火时在原奥氏体晶界析出，这两个因素造成沿晶脆断，促成了低温回火脆性的发生。 钢中合金元素对低温回火脆性产生较大的影响。铬和锰促进杂质元素磷等在奥氏体晶界偏聚，从而促进低温回火脆性，钨和钒基本上没有影响，钼降低低温回火钢的韧性一脆性转化温度，但尚不足以抑制低温回火脆性。硅能推迟回火时渗碳体析出，提高其生成温度，故可提高低温回火脆性发生的温度。 高温回火脆性合金钢淬火得到马氏体组织后，在450～600℃温度范围回火；或在650℃回火后以缓慢冷却速度经过350～600℃；或者在650℃回火后，在350～650℃温度范围长期加热，都使钢产生脆化现象如果已经脆化的钢重新加热到650℃然后快冷，可以恢复韧性，因此又称为“可逆回火脆性”高温回火脆性表现为钢的韧性一脆性转化温度的升高。高温回火脆性。敏感度一般用韧化状态和脆化状态的韧性一脆性转化温度之差(ΔT)来表示。高温回火脆性越严重，钢的断口上沿晶断口比例也越高。 钢中元素对高温回火脆性的作用分成：(1)引发钢的高温回火脆性的杂质元素如磷、锡、锑等。(2)以不同形式、不同程度促进或减缓高温回火脆性的合金元素。有铬、锰、镍、硅等起促进作用，而钼、钨、钛等起延缓作用。碳也起着促进作用。一般碳素钢对高温回火脆性不。敏感，含有铬、锰、镍、硅的二元或多元合金钢则很敏感，其敏感程度依合金元素种类和含量而不同。 回火钢的原始组织对钢的高温回火脆性的敏感程度有显著差别。马氏体高温回火组织对高温回火脆性敏感程度最大，贝氏体高温回火组织次之，珠光体组织最小。 钢的高温回火脆性的本质，普遍认为是磷、锡、锑、砷等杂质元素在原奥氏体晶界偏聚，导致晶界脆化的结果。而锰、镍、铬等合金元素与上述杂质元素在晶界发生共偏聚，促进杂质元素的富集而加剧脆化。而钼则相反，与磷等杂质元素有强的相互作用，可使在晶内产生沉淀相并阻碍磷的晶界偏聚，可减轻高温回火脆
钢材中各元素对性能性的影响 1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和 冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此 用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳量高 还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀； 此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。 2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢 含有0.15－0.30%的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就 算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度， 故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入 1.0－1.2%的硅， 强度可提高15－20%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀 性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1－4%的低碳钢，具 有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低 钢的焊接性能。 3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢 中含锰0.30-0.50%,在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度， 提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点 高40%。含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性 能。 4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，
使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求 钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。 5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降 低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性 能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改 善切削加工性，通常称易切削钢。 6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐 磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐 腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。 7、镍(Ni)：镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍 对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但 由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬 钢。 8、钼(Mo)：钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高 温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力，发 生变形，称蠕变)。结构钢中加入钼，能提高机械性能。还可以 抑制合金钢由于火而引起的脆性。在工具钢中可提高红性。9、钛(Ti)：钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化 晶粒力；降低时效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在铬18 镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛，可避免晶间腐蚀。 10、钒(V)：钒是钢的优良脱氧剂。钢中加0.5%的钒可细化组织晶
1.回火的定义与目的 回火是将淬火后的金属成材或零件加热到某一温度，保温一定时间后，以一定方式冷却的热处理工艺，回火是淬火后紧接着进行的一种操作，通常也是工件进行热处理的最后一道工序，因而把淬火和回火的联合工艺称为最终热处理。 钢件在淬火状态下有以下三个主要特征。 （1）组织特征 根据钢件尺寸、加热温度、时间、转变特征及利用的冷却方式，钢件淬火后的组织主要由马氏体或马氏体＋残余奧氏体组成，此外，还可能存在一些未溶碳化物。马氏体和残余奥氏体在室温下都处于亚稳定状态，它们都有向铁衆体加渗碳体的稳定状态转化的趋势。 （2）硬度特征 由碳原子引起的点阵畸变通过硬度表示出来，它随过饱和度（即含碳量)的增加而增加。淬火组织硬度、强度高，塑性、韧性低。 （3）应力特征 包括微观应力和宏现应力，前者与碳原子引起的点阵畸变有关，尤其是与髙碳马氏体达到最大值有关，说明淬火时马氏体处于紧张受力状态之中；后者是由于淬火时横截面上形成的温差而产生的，工件表面或心部所处的应力状态是不同的，有拉应力或压应力，在工件内部保持平衡。如不及时消除淬火钢件的内应力，会引起零件的进一步变形乃至开裂。
综上所述，淬火工件虽有髙硬度与髙强度，但跪性大，组织不稳定，且存在较大的淬火内应力，因此必须经过回火处理才能使用。一般来说，回火工艺是钢件淬火后必不可少的后续工艺，它也是热处理过程的最后一道工序，它賦予工件最后所需要的性能。 回火是将淬火钢加热到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。它的主要目的为： （1）合理地调整钢的硬度和强度，提高钢的韧性，使工件满足使用要求； （2）稳定组织，使工件在长期使用过程中不发生组织转变，从而稳定工件的形状与尺寸； （3） 降低或消除工件的淬火内应力，以减少工件的变形，并防止开裂。 2.淬火钢回火时的组织转变 淬火钢件回火时，按回火温度的髙低和组织转变的特征，可将钢的回火过程分为以下5个阶段。 （1）马氏体中碳原子的偏聚 马氏体是C在α-Fe中的过饱和间隙固溶体，C原子分布在体心立方的扁八面体间隙之中，造成了很大的弹性畸变，因此升高了马氏体的能量，使之处于不稳定的状态。在100℃以下回火时，C、N等间隙原子只能短距离扩散迁移，在晶体内部重新分布形成偏聚状态，以降低弹性应变能。对于板条马氏体，因有大量位错，C原子便偏聚于位错线附近，所以淬火钢在室温附近放置时，碳原子向位错线附近偏聚。对于片状马氏体，C原子则偏聚在一定晶面上，形成薄片状偏聚区。这些偏聚区的含碳量高于马氏体的平均含碳量，为碳化物的析出创造了条件。
钢板分层和焊接冷脆性开裂的区别及处理-陈定乾 钢板分层和焊接（火切）冷脆性开裂的区别及处理 （指导老师：全国劳动模范艾爱国） （见《质量问题分析指南》-陈定乾著 核心提示：伴随着国际铁矿石价格的大幅上涨，我国钢铁工业陷入微（薄）利时代。2010年我国大中型钢铁企业实际利润897亿元，销售利润率2.91%，远低于全国工业企业6.2%的平均水平，其中宝钢380亿元，占到利润的42%，多数企业处于微利或亏损状态。而钢厂降成本的大头在于降低合金和改变工艺路线。二流钢厂的钢板质量大幅度下降，分层钢板大幅增加，主要原因是调合金和工艺路线的简化。采用“提碳降锰”，甚至Q345B也要预热了，否则都可能有冷脆性裂纹产生。钢板绝大多数用于加工，而焊条钢又为钢厂所生产，生产的钢板改变了化学成份，改变了组织结构，焊条钢也改变了，两者的改变，也会出现不匹配的现象。目前分层钢板多，偏析严重钢板多，焊接后问题多在所难免。对焊接工艺相当调整，解决一些焊接后出现的问题，成为当前的焦点之一。 钢板分层与钢板火切、焊接后的冷脆性裂纹，表现形式一般相同，都为板材中部的裂纹，从使用上来讲，分层钢板必须切除，整块分层就整块摘除，局部分层可以局部摘除。钢板的冷脆性裂纹，表现的形式为中部开裂，有的人也称之为“开裂”，为方便分析，定义为“冷脆性开裂”较为妥当些，这种缺陷可以采用补救措施，用适当焊接工艺来处理，不用报废。 1、钢板分层 分层是钢板（坯）断面出现局部的缝隙，使钢板断面形成局部层状，是钢材中的一种致命性缺陷，钢板不得有分层，见图1。分层亦称夹层、离层，是钢材的内部缺陷。钢锭（坯）内的气泡、大块的非金属夹杂物、未完全切除的残余缩孔或发生折叠、严重的偏析均可能引起钢材的分层，而不太合理的轧制压下规程又可能使分层加剧。
第一类回火脆性 合金钢淬火后于250℃～400℃范围回火后产生的回火脆性，呈晶间型断裂特征，且不能用重新加热的方法消除，故又称为不可逆回火脆性。主要产生在合金结构钢中。 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KIe下降。如Fe-0.28 C-0.6 4Mn-4.82Mo钢经225℃回火后KIe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M n、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。有的元素单独存在时影响不大，如Ni。但当Ni与Si同时存在时则也能促进第一类回火脆性的发展。部分合金元素还能将笫一类回火脆性推向较高的温度，如Cr与Si。 3)减弱第一类回火脆性的元素。属于这一类的合金元素有Mo、W、Ti、A l等。钢中含有这一类合金元素时第一类回火脆性将被减弱。在这几种合金元素中以Mo的效果最显著。 除化学成分外，影响第一类回火脆性的因素还有奥氏体晶粒的大小以及残余奥氏体量的多少。奥氏体晶粒愈细，第一类回火脆性愈弱；残余奥氏体量愈多则愈严重. 回火炉之回火脆性的产生与对策 一、第一类回火脆性（又叫低温回火脆性或不可逆回火脆性） 温度范围：200~350oC 产生原因：1．有害杂质元素S、P、As、Sn、Sb、Cu、H、O导致第一类回火脆性 2．Mn、Si、Cr、Ni、V促进第一类回火脆性，镍-硅共存也起促进作用，铬硅提高回火炉回火脆性温度
如对你有帮助，请购买下载打赏，谢谢！常用钢号热处理淬火回火温度对照表(生产经验) 常用钢号热处理淬火回火温度对照表，热处理工作十五年的经验总结，此为实际生产所用，可能与教科书太一样，生产经验，仅做参考。以下HB代表布氏硬度值，HRC代码洛氏硬度C标尺。 1.45# 淬火温度830℃ 水冷硬度要求 HB229-269 回火温度 570 硬度要求 HB197-235， 回火温度 620 2.40Cr 淬火温度850℃ 油冷硬度要求 HB260-300，回火温度 520 硬度要求 HB229-269， 回火温度 580 硬度要求 HB197-235，回火温度 640 3.35SiMn 淬火温度870℃ 油(水)冷硬度要求 HB330-360，回火温度 360 硬度要求 HB260-300，回火温度 500 硬度要求 HB229-269，回火温度 560 硬度要求 HB197-235，回火温度 620 4.35CrMo 淬火温度870℃ 油(水)冷硬度要求 HB330-360，回火温度 360 硬度要求 H B260-300，回火温度 500 硬度要求 HB229-269，回火温度 560 硬度要求 HB197-235，回火温度 620 5.30Cr2Ni2Mo 淬火温度870℃ 油冷硬度要求 HB290-341，回火温度 560 硬度要求 HB2 60-300，回火温度 600 硬度要求 HB229-269，回火温度 640 6.34Cr2Ni2Mo 淬火温度870℃油硬度要求 HB290-341，回火温度 560硬度要求 HB260-300， 回火温度 600硬度要求 HB229-269，回火温度 640 7.34Cr2Ni3Mo 淬火温度870℃ 油冷硬度要求 HB330-360，回火温度 380 硬度要求 H B290-341，回火温度 560 硬度要求 HB260-300，回火温度 600 硬度要求 HB229-269，回火温度 640 8.34CrMo1A 淬火温度870℃油冷硬度要求 HB260-300，回火温度 590 硬度要求 HB22 9-269，回火温度 630 9.35CrMoSi 淬火温度930℃ 油冷硬度要求 HB260-300，回火温度 600 硬度要求 HB2 29-269，回火温度 640 10.38CrMoA1 淬火温度930℃ 油冷硬度要求 HB260-300，回火温度 600 硬度要求 HB 229-269，回火温度 690
钢的晶体组织和化学成分及其对钢性能的影晌 三、钢的晶体组织和化学成分及其对钢性能的影晌 （一）钢的组织 （1）铁素体：是碳在α-Fe中的固溶体。其晶格原子间空隙较小，溶入碳少，滑移面较多，晶格畸变小，所以受力时强度低而塑性好。抗拉强度约为250MPa，伸长率约为50%。 （2）渗碳体：是铁和碳组成的化合物（Fe3C）。含碳量6.67% ，晶体结构复杂，性质硬而脆，抗拉强度很低。 （3）珠光体：是铁素体和渗碳体的机械混合物。含碳量0.8% ，其强度较高，塑性和韧性介于铁素体和渗碳体之间。 建筑钢材的含碳量不大于0.8% ，其基本组织为铁素体和珠光体。含碳量增大时，珠光体的相对含量随之增大，铁素体则相应减小。因而，强度随之提高，但塑性和韧性则相应下降。 （二）钢的化学成分对钢材性能的影响 1.碳 建筑钢材含碳量不大于0.8%。当碳含量提高，钢中的珠光体随之增多，故强度和硬度相应提高，而塑性和韧性则相应降低。碳是显著降低钢材可焊性元素之一，含碳量超过0.3%时钢的可焊性显著降低。碳还增加钢的冷脆性和时效敏感性，降低抗大气锈蚀性。 2.硅
硅在钢中除少量呈非金属夹杂物外，大部分溶于铁素体中。当含量较低（小于1%）时，可提高钢材的强度，对塑性和韧性影响不明显。硅是我国钢筋用钢材中的主加合金元素。 3.锰 锰溶于铁素体中。锰能消减硫和氧所引起的热脆性，使钢材的热加工性质改善。锰溶于铁素体中使其强化，并起到细化珠光体作用，使强度提高。锤是我国低合金结构钢的主加合金元素，含量一般在1%~2%范围内。 4.磷 磷是碳钢中的有害杂质。主要溶于铁素体起强化作用。含量提高，钢材的强度提高，塑性和韧性显著下降。特别是温度愈低，对塑性和韧性的影响愈大。磷在钢中的偏析倾向强烈，一般认为：磷的偏析富集，使铁素体品格严重畸变，是钢材冷脆性显著增大的原因。磷使钢材变脆的作用，使它显著降低钢材的可焊性。 磷可提高钢的耐磨性和耐蚀性，在低合金钢中可配合其他元素作为合金元素使用。 5.硫 硫是很有害的元素。呈非金属的硫化物夹杂物存在于钢中，降低各种力学性能。硫化物所造成的低熔点使钢在焊接时易于产生热裂纹，显著降低可焊性。硫亦有强烈的偏析作用，增加了危害性。 6.氧
关于35CrMo钢的回火脆性的讨论 无论碳钢还是合金钢都存在回火脆性。 第一类回火脆性，又称不可逆回火脆性，一旦出现就不易消除。碳钢在200—300度，合金钢在250—400度回火后缓冷，极易出现。普遍认为，第一类回火脆性的出现，是因为马氏体分解析出碳化物造成的。 第二类回火脆性，又称可逆回火脆性，只存在于合金钢中。合金钢在500—650度回火后缓冷，极易出现。关于第二类回火脆性的本质，目前还不是十分清楚。第二类回火脆性可以采取回火后快冷的办法避免。 Cr、Mn、P、As、Sb等元素时，会使高温回火脆性倾向增大。如果钢中除Cr以外，还含有Ni或相当的Mn时，则高温回火脆性更为显著。而W。Mo等元素能减弱高温回火脆性的倾向。例如钢中含Mo=0.5%可以有效抑制高温回火脆性；但是我今天在一本小日本的资料上《预防热处理废品的措施》中对回火脆性是这么描述的"钢的回火行为是，回火温度升高，硬度降低，而由延伸率。断面收缩率与冲击值所表示的韧性则随之升高。但是在300度左右回火时，冲击韧性出现反常降低的现象。不管结构钢的钢种和碳量如何，在该温度回火时都要出现这种脆性。为赋予结构钢韧性而进行的淬火回火处理，由于存在这种反常的脆化现象，最好避免在250-550℃范围内回火。此外，在600℃附近回火时，慢冷会引起显著脆化，因此回火后必须快冷。不过，有的形状和大小的工件从该温度快冷有开裂的危险。因此也应注意避免采用过快的冷却速度。钢中磷会促进回火脆性，而加钼合金化却可减轻回火脆性，这是大家熟知的事实。 由此在结合我们加工中回火后缓冷零件加工容易，而快冷零件加工中有粘刀。不断屑等现象存在，看来的确有回火脆性现象，我们也调整了热处理工艺，在此我要谢谢大家的帮助。但让我现在也闹不明白的是：为什么两种工艺下的冲击韧性会相差无几？ ※脆性的存在是肯定的 Cr、Si、Mn具有增大回火脆性的倾向。Mo、W具有降低回火脆性的倾向。 1、35CrMo由于Mo元素的加入使其所说的对于回火后缓冷的第二类回火脆性减少到很少，几乎表现不敏感。 2、但其韧性对回火温度的敏感性较强，主要表现为 1）低温回火时，在马氏体内部析出弥散的ε碳化物，起到均匀强化的作用，使韧性略有提高 2）中温回火时，晶界处的残奥敬爱事分解为Fe3c并促使杂质元素在晶界的偏聚，使晶间结合力降低，韧性下降。 3）高温回火时，马氏体进一步分解为以回火索氏体为主的组织，使35CrMo钢的韧性明显改善。
回火常见问题与解决方法 回火产生之回火裂痕以淬火之钢铁材料经回火处理时，因急冷、急热或组织变化之故而产生之裂痕，称之为回火裂痕。常见之高速钢、SKD11模具钢等回火硬化钢在高温回火后急冷也会产生。 100℃热水回火之优点低温回火常使用180℃至200℃左右来回火，使用油煮回火。其实若使用100℃的热水来进行回火，会有许多优点，包括：（1）100℃的回火可以减少磨裂的发生；（2）100℃回火可使工件硬度稍增，改善耐磨性；（3）100℃的热水回火可降低急速加热所产生裂痕的机会；（4）进行深冷处理时，降低工件发生深冷裂痕的机率，对残留沃斯田体有缓衝作用，增加材料强韧性；（5）工件表面不会产生油焦，表面硬度稍低，适合磨床研磨加工，亦不会产生油煮过热乾烧之现象。 二次硬化之高温回火处理对于工具钢而言，残留应力与残留沃斯田体均对钢材有著不良的影响，浴消除之就要进行高温回火处理或低温回火。高温回火处理会有二次硬化现象，以SKD11而言，530℃回火所得钢材硬度较200℃低温回火稍低，但耐热性佳，不会产生时效变形，且能改善钢材耐热性，更可防止放电加工之加工变形，益处甚多。 在300℃左右进行回火处理，为何会产生脆化现象？ 部分钢材在约270℃至300℃左右进行回火处理时，会因残留沃斯田体的分解，而在结晶粒边界上析出碳化物，导致回火脆性。二次硬化工具钢当加热至500℃~600℃之间时才会引起分解，在300℃并不会引起残留沃斯田体的分解，故无300℃脆化的现象产生。 回火产生之回火裂痕以淬火之钢铁材料经回火处理时，因急冷、急热或组织变化之故而产生之裂痕，称之为回火裂痕。常见之高速钢、SKD11模具钢等回火硬化钢在高温回火后急冷也会产生。此类钢材在第一次淬火时产生第一次麻田散体变态，回火时因淬火产生第二次麻田散体变态（残留沃斯田体变态成麻田散体），而产生裂痕。因此要防止回火裂痕，最好是自回火温度作徐徐冷却，同时淬火再回火的作业中，亦应避免提早提出回火再急冷的热处理方式。 回火产生之回火脆性 可分为300℃脆性及回火徐冷脆性两种。所谓300℃脆性係指部分钢材在约270℃至300℃左右进行回火处理时，会因残留沃斯田体的分解，而在结晶粒边界上析出碳化物，导致回火脆性。所谓回火徐冷脆性係指自回火温度（500℃~600℃）徐冷时出现之脆性，Ni-Cr钢颇为显著。回火徐冷脆性，可自回火温度急冷加以防止，根据多种实验结果显示，机械构造用合金钢材，自回火温度施行空冷，以10℃/min以上的冷却速率，就不会产生回火徐冷脆性。 高周波淬火常见之问题 高周波淬火处理常见的缺陷有淬火裂痕、软点及剥离三项。高周波淬火最忌讳加热不均匀而产生局部区域的过热现象，诸如工件锐角部位、键槽部位、孔之周围等均十分容易引起过热，而导致淬火裂痕的发生，上述情形可藉由填充铜片加以降低淬火裂痕发生的可能性。另外高周波淬火工件在淬火过程不均匀，会引起工件表面硬度低的缺点，称之为软点，此现象是由于高周波淬火温度不均匀、喷水孔阻塞或孔的大小与数目不当所致。第三种会产生的缺失是表面剥离现象，主要原因为截面的硬度
常用钢产生回火脆性的温度范围 钢号第一类回火脆性第二类回火脆性30Mn2 250～350 500～550 20MnV 300～360 25Mn2V 250～350 510～610 35SiMn 500～650 20Mn2B 250～350 45Mn2B 450～550 15MnVB 250～350 20MnVB 200～260 520左右 40MnVB 200～350 500～600 40Cr 300～370 450～650 45Cr 38CrSi 250～350 450～550 35CrMo 250～400 无明显脆性 20CrMnMo 250～350 30CrMnTi 400～450 30CrMnSi 250～380 460～650 20CrNi3A 250～350 450～550 12Cr2Ni4A 250～350 37CrNi3 300～400 480～550 40CrNiMo 300～400 一般无脆性38CrMoAlA 300～450 无脆性 4Cr9Si2 450～600 65Mn 60Si2Mn 有回火脆性50CrVA 200～300 4CrW2Si 250～350 5CrW2Si 300～400 6CrW2Si 300～450 4SiCrV ＞600 3Cr2W8V 550～650 9SiCr 210～250 CrWMn 250～300 9Mn2V 190～230 T8～T12 200～300 GCr15 200～240 1Cr13 520～560 2Cr13 4 50～560 600～750 3Cr13 350～550 600～750 1Cr17Ni2 400～580
第二类回火脆性的证明、原因及防治措施 摘要：把第二类回火脆性的定义、特征及其评定方法作为一个依据，设计了一个实验方案。通过四个步骤：淬火、回火（快冷、缓冷）、磨光及冲击试验、结果分析来证明某钢材具有第二类回火脆性。分析第二类回火脆性的原因及影响因素，并针对各原因和影响因素分析第二类回火脆性的防治措施。 关键词：第二类回火脆性、缓冷、冲击韧性、原因、影响因素、防治措施 一.绪论 淬火钢在回火过程中（回火后缓冷）出现脆性增大，韧性降低的现象，这即为回火脆性。在较低温度（250℃~400℃）出现的回火脆性称为第一类回火脆性;在较高温度（450℃~650℃）出现的回火脆性称为第二类回火脆性，也称为高温回火脆性。 第一类、第二类回火脆性的叫法来自于苏联教科书，西方国家分别称其为回火马氏体脆性（TME ）、回火脆性（TE ）。第一类回火脆性是产生以后无法消除的，而第二类回火脆性却是可逆的。产生回火脆性的试样只要重新在高于600℃温度短时间加热并快冷，即可消除。我们本次探究的即为第二类回火脆性。其主要在合金结构钢（含Cr 、Ni 、Mn 、Si 的调质钢）中出现。 有实验表明，钢材在出现第二类回火脆性并不伴随着抗拉强度和塑形的改变，对于许多物理性能（如矫顽磁力、密度、电阻等）也不发生影响，X 射线晶体分析，也没有发现点阵中有差异。但有如下四个明显的特征： 1）.冲击吸收功—回火温度曲线上出现马鞍形，或冲击韧度降低； 2）.韧脆转变温度升高； 3）.断口通常是沿原奥氏体晶界的沿晶断口； 4）.晶粒边界上有杂质元素和某些合金元素的偏聚。 前两点可以说是产生第二类回火脆性的性能判据，后两点是第二类回火脆性的断口形态和成分判据。 为了判定某种钢材是否具有第二类回火脆性，除了要知道其定义和特征外，还要知道第二类回火脆性的评定方法。钢的第二类回火脆性倾向大小的表示方法有很多种，最初都采用回火时快冷与缓冷后的室温冲击试验的冲击韧度的比值表示，或者以韧性状态（回火快冷）与脆化状态（在出现回火脆性的温度比较长时间保温）的室温冲击韧度的比值表示，即 ) ()(脆性状态或回火缓冷韧性状态或回火快冷k k a a =? 当△值大于1时，表明钢有第二类回火脆性倾向。△值称为钢的第二类回火脆性敏感系数。这个系数越大，说明钢的回火脆性倾向越大。 本次设计的实验就采用这种评定方法。 二.实验方案 根据以上所述的第二类回火脆性的特征及评定方法，可设置以下的实验方案以证明某种钢材具有第二类回火脆性。 1.淬火 首先取该钢材制成的的带缺口的冲击试样10个，要求为长方体，且端面为正方形。根
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。有的元素单独存在时影响不大，如Ni。但当Ni与Si同时存在时则也能促进第一类回火脆性的发展。部分合金元素还能将笫一类回火脆性推向较高的温度，如Cr与Si。 3)减弱第一类回火脆性的元素。属于这一类的合金元素有Mo、W、Ti、A l 等。钢中含有这一类合金元素时第一类回火脆性将被减弱。在这几种合金元素中以Mo的效果最显著。
常见的钢材交货状态有热轧、控轧、正火、回火、退火、淬火、调质等 淬火：加热到相变点温度以上后，急剧冷却的工艺。提高材料的硬度，但降低韧性。 正火：加热到相变温度以上后，正常冷却（空气中）。 退火：加热到相变点温度以上后，缓慢冷却。消除淬火影响，消除应力，均匀成分。 回火：淬火后，再加热到某一温度（低于淬火温度），保温，然后冷却。均匀成分，稍降低硬度，大幅度提高韧性。 一般来说：先要退火、正火；消除原热处理影响。然后淬火，然后回火。 具体而言： 控轧即控制轧制。 也就是在调整钢的化学成分的基础上，通过控制加热温度，轧制温度，变形制度等工艺参数，控制奥氏体组织的变化规律和相变产物的组织形态，达到细化组织，提高强度和韧性的目的。 控轧式正火就是控制轧制，控制轧制温度，压下量，冷却速度，以及终轧温度等措施，使钢板的性能达到良好的强韧性配比 正火，又称常化，是将工件加热至Ac3或Accm以上30~50℃，保温一段时间后，从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却的金属热处理工艺。正火与退火的不同点是正火冷却速度比退火冷却速度稍快，因而正火组织要比退火组织更细一些，其机械性能也有所提高。另外，正火炉外冷却不占用设备，生产率较高，因此生产中尽可能采用正火来代替退火。 正火的主要应用范围有：①用于低碳钢，正火后硬度略高于退火，韧性也较好，可作为切削加工的预处理。②用于中碳钢，可代替调质处理作为最后热处理，也可作为用感应加热方法进行表面淬火前的预备处理。③用于工具钢、轴承钢、渗碳钢等，可以消降或抑制网状碳化物的形成，从而得到球化退火所需的良好组织。④用于铸钢件，可以细化铸态组织，改善切削加工性能。⑤用于大型锻件，可作为最后热处理，从而避免淬火时较大的开裂倾向。⑥用于球墨铸铁，使硬度、强度、耐磨性得到提高，如用于制造汽车、拖拉机、柴油机的曲轴、连杆等重要零件。⑦过共析钢球化退火前进行一次正火，可消除网状二次渗碳体，以保证球化退火时渗碳体全部球粒化。 退火annealing 将工件加热到预定温度，保温一定的时间后缓慢冷却的金属热处理工艺。退火的目的在于：①改善或消除钢铁在铸造、锻压、轧制和焊接过程中所造成的各种组织缺陷以及残余应力，防止工件变形、开裂。②软化工件以便进行切削加工。③细化晶粒，改善组织以提高工件的机械性能。④为最终热处理（淬火、回火）作好组织准备。常用的退火工艺有：①完全退火。用以细化中、低
钢材的基本技术性能 （一）强度 强度是材料在外力作用下抵抗度形和断裂的能力，也就是在受到外力后单位面积上所能承受的内力。强度是钢材的主要力学性能指标，主要包括屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、疲劳强度等。在公路工程方面，钢材的屈服强度和抗拉强度是要着重研究的对象。这两项力学指标可通过钢材拉力试验来确定，试验中还需测定钢材的其他拉伸性能，如规定比例极限、规定残余伸长应力、屈服点、伸长率、断面收缩率等。 （二）弹性和塑性 弹性是指钢材受到外力作用产生了变形，当去掉外力后能迅速恢复原来的形状和尺寸的能力。钢材的弹性是通过弹性极限、比例极限来反映的。 塑性是指钢材在外力作用下产生永久变形，但不会发生破坏的能力。钢材的塑性用伸长率和断面收缩率来表示。 （三）硬度 硬度是指钢材抵抗其他较硬物体压入的能力。硬度不是一个单纯的物理量，它是反映钢材的弹性、塑性和强度的综合性能指标。一般来说，钢材的硬度越高，其耐磨性也越好。 根据试验方法和适用范围的不同，硬度可分为布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度和肖式硬度等多种。在公路工程中，金属的硬度通常采用洛氏硬度和布氏硬度。（四）冲击韧性 冲击韧性是指钢材在瞬间动荷载作用下，抵抗破坏的能力。 钢材在不同的温度条件下，所测得的冲击韧性值不同，因此，冲击韧性分低温冲击韧性、高温冲击韧性和常温冲击韧性。 钢材的冲击韧性是指一定尺寸和形状的试样，在规定类型的试验机上受冲击荷载作用折断时，试样刻槽处单位横截面积上所消耗的冲击功。在公路工程中，主要研究钢材的常温冲击韧性。 （五）脆性 脆性是指钢材在受外力作用时，没有显著的变形而突然断裂的性质。根据温度条件的不同，钢材的脆性分热脆性和冷脆性两种。热脆性是指钢材在高温状态下所表现出的脆性特征；冷脆性指钢材在室温下，其塑性、韧性急剧降低，并使脆性转化温度有所升高的脆性特征。 钢材的脆性取决于其化学成分和组织结构。 钢材的热脆性是由硫元素引起的。硫在钢中以硫化铁（FeS）的形式存在，其塑性性能较差，并且形成熔点低(985℃)的硫化铁一铁(FeS—Fe)的共晶体存在于晶界处。当钢材在1000～l200℃高温条件下加工时，硫化铁—铁的共晶体会先于钢熔化，使晶体脱开而造成钢材的脆断。 钢材的冷脆性主要是由磷元素引起的。磷在钢中形成脆性很大的化合物磷化三铁P)。即使在常温状态下，含磷量高的钢材在外力作用下也很容易发生脆断。(Fe 3 钢材的脆性特征可通过不同条件下的弯曲试验来测定。 试件在规定的弯曲角度、弯心直径以及反复弯曲次数后，试件弯曲处不产生裂纹、断裂和起层等现象时即认为合格。 （六）焊接性能 焊接性能是指钢材的连接部分焊接后力学性能不低于焊件本身，能防止产生硬化脆裂和内应力过大等现象的性能。
常用钢号热处理淬火回火温度对照表(生产经验) 常用钢号热处理淬火回火温度对照表，热处理工作十五年的经验总结，此为实际生产所用，可能与教科书太一样，生产经验，仅做参考。以下HB代表布氏硬度值，HRC代码洛氏硬度C标尺。 1.45# 淬火温度830℃ 水冷硬度要求 HB229-269 回火温度 570 硬度要求 HB197-235， 回火温度 620 2.40Cr 淬火温度850℃ 油冷硬度要求 HB260-300，回火温度 520 硬度要求 HB229-269， 回火温度 580 硬度要求 HB197-235，回火温度 640 3.35SiMn 淬火温度870℃ 油(水)冷硬度要求 HB330-360，回火温度 360 硬度要求 HB260-300，回火温度 500 硬度要求 HB229-269，回火温度 560 硬度要求 HB197-235，回火温度 620 4.35CrMo 淬火温度870℃ 油(水)冷硬度要求 HB330-360，回火温度 360 硬度要求 H B260-300，回火温度 500 硬度要求 HB229-269，回火温度 560 硬度要求 HB197-235，回火温度 620 5.30Cr2Ni2Mo 淬火温度870℃ 油冷硬度要求 HB290-341，回火温度 560 硬度要求 HB2 60-300，回火温度 600 硬度要求 HB229-269，回火温度 640 6.34Cr2Ni2Mo 淬火温度870℃油硬度要求 HB290-341，回火温度 560硬度要求 HB260-300， 回火温度 600硬度要求 HB229-269，回火温度 640 7.34Cr2Ni3Mo 淬火温度870℃ 油冷硬度要求 HB330-360，回火温度 380 硬度要求 H B290-341，回火温度 560 硬度要求 HB260-300，回火温度 600 硬度要求 HB229-269，回火温度 640 8.34CrMo1A 淬火温度870℃油冷硬度要求 HB260-300，回火温度 590 硬度要求 HB22 9-269，回火温度 630 9.35CrMoSi 淬火温度930℃ 油冷硬度要求 HB260-300，回火温度 600 硬度要求 HB2 29-269，回火温度 640 10.38CrMoA1 淬火温度930℃ 油冷硬度要求 HB260-300，回火温度 600 硬度要求 HB 229-269，回火温度 690 11.40CrMnMo860℃油硬度要求 HB330-360，回火温度 480硬度要求 HB290-341，回火温度 520硬度 要求 HB260-300，回火温度 580硬度要求 HB229-269，回火温度 640
防止和消除钢板仓低温冷脆现象的措施 在长期的钢板仓工程实践中, 德通钢板仓总结出一整套防止和消除钢板仓低温冷脆现象的措施。这些措施是建立在大量理论试验研究成果及钢板仓工程经验的基础上, 并涉及钢板仓设计制作加工安装和运输的各个阶段。下面就选材、结构类型的选择、降低应力集中法、制作加工和安装工艺等主要方面进行讨论。 1. 钢材的选用：在选材上应考虑以下因素: 构件的重要性、构件制作加工及安装的温度条件和工艺条件等。有时还取决于所采用钢材的极限厚度以及构件的结构型式。 2. 结构型式的选择：钢板仓构件结构型式的选择应遵循以下原则: 1 )尽量减小由结构型式和加工工艺引起的应力集中; 2）降低应力集中区由于焊接热影响造成的局部塑性变形; 对组合截面的构件应保证其截面的完整性; 3）. 尽量选用较薄的板材等。随着厚度的增大, 沿厚度方向的应力逐渐增加并使该处处于三向受拉状态, 并且逐步向平面应变状态过渡。这同样提高了钢板仓构件发生脆性破坏的可能性。研究成果表明, 对含较高应力集中的低碳钢和低合金钢构件, 其厚度宜限制在40mm 以内。 3.降低应力集中法：降低应力集中法也就是从提高抗低温冷脆性能角度出发人为地调整构件的应力状态。有利于降低应力集中结构型式的改变都能使其韧脆转变温度降低, 即降低构件产生脆性裂纹的危险性。 4.制作加工和安装技术措施：有关制作加工和安装工艺方面的技术措施是建立在以下原则基础上的: 1) 钢材冷加工会引起冷变形, 因此在加工过程中不允许使钢材过分硬化和产生裂纹、擦痕等等缺陷; 2）. 对焊接构件尽量排除未焊实和其它的焊缝及被连接构件中 的焊接缺陷; 3）. 在焊接过程中不允许在焊件中遗留较大的热塑性变形及其残余应力。 5.晶粒度的影响：钢的晶粒越细，其韧性越好，可以降低韧脆转变温度。钢中晶粒越小，滑移线越短，组织中的螺位错和滑移面长生的裂纹也就越小，应力集中夜宵，裂纹越不容易扩展。所以可提高钢材的韧性。 总之，北方冬季天气寒冷，而钢铁在低温下的性质会发生很大的变化，脆性增加，因此会发生突然地脆性断裂，这对实际的钢板仓工程应用带来很大的麻烦。从钢材力学性能随温度的变化趋势可以看出, 对于防止脆性断裂的设计, 最危险的温度范围是在韧脆转变温度区间。在这个区间里, 随着温度的变化, 钢材的一些韧性指标会发生急剧的变化。在实际生产使用过程中，应充分考虑温度的影响。