淬火钢的回火转变

淬火钢回火时组织转变介绍淬火钢回火是一种常见的热处理工艺，通过控制加热和冷却过程中的温度和时间，可以改善淬火后的钢材组织和性能。

淬火后的钢材通常具有硬度高、脆性大等特点，回火处理可以使其获得一定的韧性和塑性，提高其综合性能。

淬火钢回火的基本原理是通过加热淬火后的钢材到一定温度，然后进行恒温保温一段时间，最后再进行冷却。

在这个过程中，钢材的组织会发生转变，主要表现为马氏体分解、析出出现和晶粒长大。

以下将详细介绍这些组织转变的过程。

淬火后的钢材主要为马氏体，而马氏体是一种脆性组织，回火时需要改变其组织形态。

在回火过程中，钢材受热到一定温度，马氏体开始分解成为一种较为稳定的组织形态，称为回火组织。

回火组织主要由贝氏体、残余奥氏体和回火渗碳体组成。

其中，贝氏体是一种具有韧性和塑性的组织，可以提高钢材的韧性。

残余奥氏体主要是未完全转变的马氏体，其含有适量的碳和合金元素，也具有一定的韧性和塑性。

回火渗碳体是在回火温度下，一部分由马氏体转变而来，富含碳元素，具有一定的韧性。

在回火过程中，马氏体析出出现也是重要的组织转变现象。

大部分马氏体靠较高的回火温度和长时间的回火使其尽量析出出现，以增加钢材的韧性。

马氏体析出的主要方式有两种：一种是基于长时间回火，由于较高温度使马氏体逐渐转变为贝氏体和残余奥氏体，从而使马氏体开始析出出现；另一种是基于高回火温度和短时间回火，使马氏体内部的残余奥氏体转变为贝氏体，从而使马氏体开始析出出现。

无论是哪种方式，都可以通过在适当的时间和温度下进行回火处理来增加马氏体的析出出现，提高钢材的韧性。

晶粒长大是淬火钢回火过程中的另一种组织转变。

在淬火过程中，钢材的晶粒会因快速冷却而变小，而小晶粒往往与碳化物结合更紧密，导致材料更加脆性。

回火时，由于较高的温度和较长的时间，晶粒开始重新长大，形成较大的晶粒。

较大的晶粒可以形成多个晶界，使得材料更加具有韧性。

总结起来，淬火钢回火时组织转变主要包括马氏体分解、马氏体析出出现和晶粒长大。

碳钢淬火回火过程
碳钢淬火过程
1.加热：
-钢件首先被加热到高于其临界温度（Ac3或Ac1），使原始组织完全奥氏体化。

对于大多数碳钢而言，这个温度通常在700℃至900℃之间，具体取决于材料的碳含量和其他合金元素。

2.保温：
-在达到奥氏体化温度后，钢件会在炉内保持一段时间以确保整个截面都均匀地转变为奥氏体组织。

3.快速冷却：
-随后迅速将钢件移出加热炉，并放入一种冷却介质中进行淬火，如水、油、盐浴或者空气，以获得马氏体组织。

马氏体是一种高硬度但脆性的组织形态。

碳钢回火过程
4.再加热：
-经过淬火后的钢件，为了降低其内部应力和改善机械性能，需要再次加热到一个低于临界温度的特定回火温度。

5.回火保温：
-回火温度的选择依据所需的最终性能，可以分为低温回火（约150-250℃）、中温回火（约300-500℃）以及高温回火（大于500℃）。

在选定的温度下保持一段时间，让内部组织发生转变。

6.缓慢冷却：
-回火结束后，钢件通常在空气中自然冷却，或者根据需要采用缓冷的方式，而不是像淬火那样急剧冷却。

第7章淬火钢在回火时的转变Ø7.1 淬火钢在回火时的组织变化Ø7.2 淬火钢回火后的机械性能的变化Ø7.3 合金元素对回火的影响Ø7.4 回火脆性现象7.1 淬火钢在回火时的组织变化Ø淬火组织是高度不稳定的6M中的碳是高度过饱和的6M有很高的应变能和界面能6与M并存的还有一定量的ArØ回火目的6提高淬火钢的塑性和韧性，降低其脆性6降低或消除淬火引起的残余内应力Ø回火分为五个阶段：7.1 淬火钢在回火时的组织变化一、过渡碳化物（ε/η或ε`）的析出—回火第一阶段（100‾200 ℃）6M 中的碳原子发生偏聚，碳浓度降低，正方度减小，并析出碳化物h ε碳化物，密排六方，成分介于Fe2C 与Fe3C 之间（ε-FexC)，但低碳钢中沉淀ε碳化物可能性较小。

位向关系为h Fe2C(η或ε`碳化物），片状，正交晶系，与基底保持共格联系，位向关系为6薄片状ε碳化物分布在低过饱和度的M 中，此即回火M （M 回）二、残余A的分解—回火第二阶段（200‾300℃）6随着M→M 回转变时，由于压应力的减小，残余奥氏体发生分解生成B下（α相+ε-碳化物）6此时由于碳化物的析出，使M回极易腐蚀，在光镜下呈黑色，与B 下极相似，很难区分三、过渡碳化物（ε/η或ε`）转变为Fe3C —回火第三阶段（200‾350 ℃）6渗碳体（θ相）在M 板条中形核，位向关系为6高碳M 此阶段析出的是Х-Fe5C2,复杂斜方点阵，呈薄片状6α相的过饱和度明显减少转变为F ，内应力大大消除，这时的组织为在针状铁素体上均匀分布极细的渗碳体，称为回火屈氏体（T 回）。

7.1 淬火钢在回火时的组织变化四、Fe3C 的粗化和球化及等轴F 的形成—回火第四阶段（350℃以上）6400℃以上，Fe3C 聚集长大，600℃以上F 粗化，同时450℃以上α相开始再结晶形成多边形F ，固溶强化作用消失，HB 、σb ↓，AK ↑6得到平衡状的多边形铁素体中分布着颗粒状的碳化物混合组织，称为回火索氏体（S回）。

§6淬火钢在回火时的组织转变概述：一、回火定义：经淬火硬化的钢被加热至A1以下的某一温度，保温一段时间，然后以适当的冷速冷却至室温，这一工艺过程称回火二、回火的目的1.消除淬火应力，淬火应力（组织应力、热应力）>σs变形，>σb时引起裂纹，残余应力使钢的脆性上升2.改善钢的韧性和塑性，使片状M中的Sv↓，使M正方度下降，内应力↓（晶格间）↓3.调整钢的力性指标4.稳定组织，稳定尺寸，使A R→k；A R→M→M回→B下§6-1碳钢的淬火组织在回火时发生的转变钢中含碳量不同时，钢在淬火后的组织也不尽相同当<0.2﹪C,获得板条M+少量A R0.2-0.5﹪C 大部分为板条，少量为片状0.6-1.0﹪C混合M ①0.77﹪C M板+M片+A R②>0.8﹪C 75﹪M片+M板+A R>1.0﹪C 100M片+A R淬火组织为亚稳定组织，及相对稳定状态亚稳状态，一个系统内除可以出现一个稳定状态外，其他任何事件还可能发生，这种状态称之为亚稳状态，它是系统本身强制作用形成的，在一定条件下可转变为稳定状态淬火钢被重新加热（回火）时，随加热温度升高，其比容和体积均发生变化，说明系统有组织转变发生，而且不同温度阶段有不同变化发生，这是钢从亚温状态向稳定状态变化的过程一、碳原子的偏聚淬火时M的C、N原子被强制溶入α相中，位于体心立方点阵（或体心正方点阵）的扁八面体间隙中心位置，使α点阵畸变，使系统的能量上升，而处于不稳定状态另一方面淬火M中存在大量的缺陷，也使其处于不稳定状态在室温附近，Me和Fe原子已经不能扩散，但C、N原子尚可以做短距离扩散，计算表明在0℃时，在一分钟内C、N可以迁移2埃的距离由于间隙造成的应力场与晶体缺陷造成的应力场相互作用，C、N原子扩散到这些微观晶体缺陷处，可是系统的能量降低——C、N原子发生偏聚偏聚，M中的C、N原子在一定的温度下向点阵缺陷处聚积的过程，成为C、N原子的偏聚，偏聚过程是一个自发过程，可以表示为C+⊥<=>C⊥它是可逆过程，过程的方向取决于当时的系统能量状态1.板条M中碳原子的偏聚⑴发生温度范围，室温——250℃，约在250℃基本完成，碳原子有相当强的扩散能力，板条M的亚结构为位错，发生C+⊥<=>C⊥，可使系统能量下降⑵发生偏聚的条件：当不具备从M中直接析出k的条件时，（例如C﹪低或加热温度低）；或是形成碳化物的稳定性低于形成偏聚区时，偏聚可能发生在淬火的过程中，也可能发生在淬火后室温停留或回火过程当中⑶性质：碳原子偏聚发生在固溶体内部，M仍为单相，而非析出状态⑷影响偏聚过程的因素碳的偏聚时C原子向位错线附近扩散过程，因此偏聚过程与碳原子的扩散能力，M位错密度，及M中碳的含量有关a.马氏体中的位错密度增大，C⊥发生的可能性增大、b.当T升高时，Dα C升高，C往位错扩散，产生偏聚区，但温度过高，C的扩散能力很强，会使偏聚区的碳原子脱离，即“蒸发”，使偏聚区消失c.当M中碳含量<0.2%，碳原子完全处于偏聚区，则c/a=1，测不出c/a>1碳含量>0.2%,碳偏聚位置饱和，多余的碳原子存在于M中，故c/a>1∴0.2%正好是M中c/a最低碳含量⑸M的自回火当M中﹪C为0.2%时，Ms>300℃，当A被冷却至<Ms点时，将发生A→M板,冷却过程一方面T下降，M板增多，另一方面，碳原子发生偏聚，至室温时90%偏聚M的自回火：淬火中M的碳原子在自然条件下，发生重新分布，完成偏聚过程2.片状M中碳原子的偏聚⑴温度范围20-100℃⑵偏聚区的位置首先为位错线，其次为晶界，孪晶区{110}M晶界上⑶偏聚区的尺寸，1.0%C,偏聚在孪晶面的C原子组成一片片小富集区二、M的分解使单相M组织→低碳M′+k的两相组织，随着回火温度↑，τ↑，碳原子将发生有序化转变，形成碳化物1.板条M的分解当<0.2%时，在250-400℃回火时，在位错线附近的板条界的碳原子偏聚区形成θ-k，即cm 小薄片，与母相共格关系，母相M′随k析出，碳含量下降2.片状M的分解（80-250℃）⑴片状M的双相分解当T>80℃，M片中的偏聚区形成细小片状ε-k，碳的扩散可以使ε-k长大（η-k）Fe2.5C,由于T低，D C小，ε（η）-k附近很小范围内做短距离扩散，扩散使ε（η）-k长大，使其周围的M含碳量下降，形成M′,在较远的地方仍为高碳M,即测量时，分别是两种正方度M,当T↑，τ↑，ε-k不断增加长大，是高碳M继续分解，直到高碳区域全部消失故称为双相分解M′的含碳量与M的原始碳含量及分解温度无关，为恒定值0.25-0.3%⑵片状M的连续分解当T>150℃, D C↑，M′区分部整个片，使c/a变为一致，碳原子可做远距离扩散，ε-k可以从较远处M获得C原子长大；当T=300℃，M的c/a=1，此时M+ε（η）-k组织，称为回火M,M分解完成，ε-k的位置即为原偏聚区，其惯习面（100）M，且与M保持共格和一定的位向关系影响M分解速度的因素i回火时间的影响<0.5h，随τ升高，C%↓↓,≥0.5h，α中C%下降缓慢，长时间保温α中碳含量趋于一定值ii回火温度的影响回火温度越高，M分解速度越快，α相中的C%下降的越多iii M中C%高时，M的分解速度快，T回=250-300℃，α相中C%达到0.2-0.3%iv Me的影响Me的加入对双相分解基本无影响，因Me不扩散，C作近距离扩散Me对M连续分解有明显影响a、强碳化物形成元素，使D↓,能延缓M的分解，使M的分解温度被推向高温b、非碳化物形成元素，Si和Co能溶入ε-k，可以阻止ε-k长大c、Ni、Mn影响不大合金中加入一定量的Cr，Si可以使M分解温度延缓至350℃三、碳化物的转化温度范围250-400℃1.板条M>250℃分解是在碳原子偏聚区和M板条边界形成θ-k小薄片，并与母相共格，当温度为300-400℃，θ-k长大到一定尺寸，因共格畸变能太大，使其与母相的共格关系遭到破坏，成为与母相非共格关系的渗碳体，也就是从母相中析出2.片状M 回火时碳化物的转化I当0.4-0.6%时，<250℃,M分解首先生成过渡相ε（η）-k（ε-k：Fe2.4C η-k ：Fe2.5C）>250℃，ε（η）-k溶入M中，分别在{112}M析出与母相共格的θ-k>400-500℃时，θ-k脱离母相，形成渗碳体～350℃时，α′中含碳量为0.2%，接近平衡成分II C%>0.6%<250℃ M分解为ε-k>250℃, ε（η）-k重新溶解，在{112}M析出χ-k(Fe5C2)>350-450℃, χ-k有两种去向原位析出，在χ-k形核长大，形成θ-k与母相共格离位析出{112}M χ-k溶入M中，另在{111}M面上析出θ-k>450℃，θ-k脱离与α共格形成cm3.影响转化因素⑴温度和回火时间见图T↑ε-k→ε（η）+χ→ε（η）+χ+θ→χ+θ→θτ↑转化温度下降⑵Me成分不同影响ε-k稳定化程度，从而影响k的转化温度①Me含量低时，碳化物形成元素，Ti、Zr、Ni、V、W、Mo、Cr（P94）使Dc↓，推迟转化，移向高温其中Si溶入ε-k，提高其稳定性，使ε-k溶解温度由250℃提高到350℃四、碳化物聚积球化和长大温度范围（400-700℃）对一般的碳钢（Me含量低时），>400℃,原子扩散Q↑↑,θ脱离母相共格为cm，开始球化当颗粒大小不均一，小颗粒周围的母相溶解速度大，大颗粒周围α相的溶解速度小，导致小颗粒溶解，大颗粒长大——聚积长大从界面能考虑，小颗粒的界面相对多，使界面能升高，聚积大颗粒后，使相界面下降，界面能下降，系统总能量下降当k呈针状，杆状，层片状，由于各处曲率半径不同，而使周围的溶解度不同，尖角处溶解，平滑处长大，直至曲率半径相同，k呈球形由化学位考虑，直到？当T回>600℃,聚积球化过程加快Me的存在将强烈推迟k聚积长大的过程Si溶入ε-k但不溶于θ-k，形成高Si墙五、α相的回复与再结晶1.α相的回复与再结晶的驱动力①相变硬化使晶体的缺陷增多，使位错密度增多，使孪晶增多②淬火应力：组织应力、热应力③k与母相共格造成晶格间应力（引起α点阵畸变造成内应力）2.低碳板条M回火时α相回复与再结（400-700℃）①α相回复，温度范围（400-500℃）当T>400℃时，α相发生回复，位错密度下降，位错包消失，发生？，位错线排成网络，但仍保持原M的轮廓，此时得到的组织称为回火屈氏体，即板条M轮廓+其上细小k②当T>500-600℃时，α板条轮廓逐渐消失，逐渐形成等轴晶，此时位错密度更低，此时组织为等轴的晶粒α+其上细小分布粒状k为回火索氏体，当温度升高时，α相晶粒将长大（粗化）3.片状M中α相的回复与再结晶①α相的回复（250-500℃）>250℃回火时，M片中的孪晶开始消失，出现位错线，位错包。

共析钢淬火后回火
共析钢在淬火后进行回火是一种常见的热处理工艺，目的是改善淬火后钢的组织性能，减少内应力，提高钢的韧性和塑性，同时保持一定的硬度和耐磨性。

回火过程中，淬火产生的马氏体和残余奥氏体会发生相应的组织转变。

具体来说，共析钢淬火后，随着回火温度的不同，组织的转变也不同。

1.低温回火（200°C以下）：主要发生的是马氏体的回火，马氏体分解为回火马氏体，保持了一定的硬度和耐磨性。

2.中温回火（400°C左右）：回火马氏体进一步转变为回火托氏体，这个温度范围内的回火可以有效减少淬火产生的内应力，提高钢的韧性。

3.高温回火（600°C以上）：回火托氏体进一步转变为回火索氏体，这个温度下的回火能够进一步提高钢的塑性和韧性，但硬度会有所下降。

需要注意的是，不同类型的共析钢（如亚共析钢、过共析钢等）在回火时的组织转变可能会有所不同，具体组织组成物会随着钢的化学成分和热处理工艺的不同而变化。

此外，回火过程中还可能会涉及到碳化物的析出和溶解，影响钢的性能。

总体而言，共析钢在淬火后通过回火处理，可以得到具
有优良综合性能的组织，广泛应用于各种要求高强度、高韧性、耐磨损的工业领域。