淬火钢回火时力学性能的变化

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。

简述淬火钢回火时力学性能与回火温度之间的关系⑴ 硬度与回火温度之间的关系中、低碳钢在250C一下回火时，机械性能无明显变化。

这是因为只有碳的偏聚，而无其他组织变化。

高碳钢那么不同，由丁c相共格析出，引起弥散强化，硬度略有升高。

250-400C回火时，一方面由丁马氏体分解、正方度减小以及碳化物转变和聚集长大，硬度趋丁降低；另一方面，由丁剩余奥氏体转变为下贝氏体，硬度那么有所升高。

二者综合影响，使得中、低碳钢硬度下降，而高碳钢硬度升高。

回火温度在400C以上升高时，产生a相的回复与再结晶及碳化物聚集并球化，均使硬度下降。

⑵强度和塑性与回火温度的关系高、中、低碳钢回火时，弹性极限随回火温度上升而增加，大约在350C左右出现峰值。

这与回火过程中碳的偏聚、£碳化物的析出、a相中碳过饱和度下降以及渗碳体析出a相回复等组织结构变化相联系。

钢的塑性一般随回火温度的升高而加大。

⑶冲击韧性与回火温度之间的关系随着回火温度的升高，碳钢冲击值〔a k〕变化的总趋势是增加的。

但是，高碳钢经扭转冲击试验，可测出250C左右回火后冲击值下降的脆化现象。

⑷断裂韧性与回火温度之间的关系在400C以下，随回火温度增高，断裂韧性和冲击韧性均降低。

400C以上回火时，断裂韧性增大。

解释碳钢回火脆性的定义、原因及消除或改善方法在250-400C和450-650C区域存在着冲击韧显著下降的现象，这种脆化现象称为回火脆性。

⑴其中在250-400C范围内回火时出现的脆性称为第一类回火脆性，存在丁一切钢种之中。

此后假设重新加热至第一类回火脆化温区，也不再出现脆性。

故乂称不可逆回火脆性。

因其出现与低温回火温度范围，故乂称低温回火脆性。

发生第一类回火脆性的钢件，断口呈晶间断裂；无第一次回火脆性的钢件，呈穿晶断裂。

消除或改善的方法：①以极快的速度加热和冷却以及高温形变热处理。

②以非碳化合物形成元素〔Si〕来合金化，一起有效地推迟马氏体脱溶的作用，使低温回火脆性温度区上移，从而使钢获得高强韧性。

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）。

金属热处理判断试题+参考答案一、判断题（共100题，每题1分，共100分）1、所谓本质细晶粒钢就是一种在任何加热条件下晶粒均不发生粗化的钢。

（）A、正确B、错误正确答案：B2、球墨铸铁的疲劳极限接近中碳钢,而小能量多次冲击抗力则高于中碳钢。

（）A、正确B、错误正确答案：B3、炼铁原料中,焦炭作为燃料产生大量的热量,使铁熔化,石灰石作为熔剂,使氧化铁还原。

（）A、正确B、错误正确答案：B4、不包括气孔在内的单位体积耐火制品的重量叫做真比重。

（）A、正确B、错误正确答案：A5、水作为淬火冷却介质，水温越高，其冷却能力越弱。

（）A、正确B、错误正确答案：A6、取向硅钢的出炉温度应以光学高温计实测为准。

（）A、正确B、错误正确答案：A7、碳素工具钢都是优质或高级优质钢。

（）A、正确B、错误正确答案：A8、型材、板材、管材、线材和金属制品五大类主要是根据钢材的断面形状划分的。

（）A、正确B、错误正确答案：A9、在相同的加热条件下,片状珠光体比球状珠光体转变成奥氏体的速度慢。

（）A、正确B、错误正确答案：B10、晶体具有各异性的特点。

（）A、正确B、错误正确答案：A11、莱氏体的性能接近于渗碳体。

（）A、正确B、错误正确答案：A12、各种牌号的碳素工具钢经淬火后的硬度相差不大,但随着碳质量分数的增加,未溶的二次渗碳体增多,钢的硬度、耐磨性增加,而韧性降低。

（）A、正确B、错误正确答案：A13、去应力退火一般在油浴中进行;低温田时效多采用箱式或井式电阻炉。

（）A、正确B、错误正确答案：B14、孪生变形所需要的切应力要比滑移变形时所需的小得多。

（）A、正确B、错误正确答案：B15、间隙固溶体一定是无限固溶体。

（）A、正确B、错误16、再结晶退火只用于产品的最终热处理工艺。

（）A、正确B、错误正确答案：B17、再结晶过程是有晶格类型变化的结晶过程。

（）A、正确B、错误正确答案：B18、大多数合金元素溶入奥氏体中都能够提高钢的淬透性和淬硬性。

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。

§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）>ζs变形，>ζb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 错误！未找到引用源。

0.77﹪C M板+M片+A R错误！未找到引用源。

>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中碳原子的偏聚错误！未找到引用源。

淬火和回火淬火可以加强硬度，回火可以加强韧性淬火是将钢加热到临界温度以上,保温一段时间,然后快速冷却下来,进行淬硬工件的热处理方法.其实质是通过加热使钢组织结构中的铁素体和珠光体充分转变为成分均匀的奥氏体,然后急冷下来得到硬度很高的马氏体.回火是紧接于淬火之后的热处理工序,淬火钢在不同的温度下回火,所得的组织不同,因而其机械性能差别很大,总的趋势是:随着回火温度升高,其强度、硬度降低，而塑性、韧性提高。

淬火钢中的马氏体和残余奥氏体都是不稳定的组织，加热就会发生转变。

随着温度升高，碳原子逐渐以渗碳体的形式析出，引起组织转变。

最后渗碳体聚合而分散在铁素体基体上，形成各种回火组织回火是钢淬火后必须进行的一道工序，其目的和作用是减少和消除钢在淬火时所造成的内应力，降低脆性。

回火油具有良好的热氧化安定性、闪点高、传热性能好，分1号、2号两个牌号，其中1号使用温度为15 0℃左右，2号使用温度为200℃左右。

回火是将经过淬火的工件重新加热到低于下临界温度的适当温度，保温一段时间后在空气或水、油等介质中冷却的金属热处理。

钢铁工件在淬火后具有以下特点：①得到了马氏体、贝氏体、残余奥氏体等不平衡（即不稳定）组织。

②存在较大内应力。

③力学性能不能满足要求。

因此，钢铁工件淬火后一般都要经过回火。

回火的作用在于：①提高组织稳定性，使工件在使用过程中不再发生组织转变，从而使工件几何尺寸和性能保持稳定。

②消除内应力，以便改善工件的使用性能并稳定工件几何尺寸。

③调整钢铁的力学性能以满足使用要求。

回火的目的是减小或消除工件在淬火时产生的内应力，降低淬火钢的脆性，使工件获得较好的强度、韧性、塑性、弹性等综合力学性能。

回火之所以具有这些作用，是因为温度升高时，原子活动能力增强，钢铁中的铁、碳和其他合金元素的原子可以较快地进行扩散，实现原子的重新排列组合，从而使不稳定的不平衡组织逐步转变为稳定的平衡组织。

内应力的消除还与温度升高时金属强度降低有关。

关于钢中的脆冷脆：某些钢在低温时，其塑、韧性显著下降的现象。

回火脆性：一般而言，淬火钢回火时，其机械性能变化的基本规律是随回火温度升高，强度降低而塑韧性提高。

但有些合金钢在某一温度范围回火时，其冲击韧度反而明显低于其在较低温度回火时的数值，这种随回火温度升高而冲击值下降的现象称为回火脆性。

蓝脆：钢在300℃上下时，由于应变时效，其塑性及韧性降低或基本上消失的现象。

冷脆：某些钢在低温时，其塑、韧性显著下降的现象。

铝脆性：在用铝处理的细晶粒钢中，当奥氏体晶界上存在有氮化铝（AlN）时，钢的变形能力在800~1000℃的加工区间内显著地降低而呈现热脆性。

这时，必须在比这个温度区间更高的温度下进行加工或者先在这个温度区间以上加热使氮化铝固溶之后，再降至所规定的温度下进行加工。

据说，向钢中加入0.02％以下的钛以使氮得到固定便可消除铝脆性。

氢脆：由于吸收和固溶氢原子而导致的脆性。

习惯上把氢对钢的物理作用（氢溶解于金属中形成固溶体，氢原子在金属的缺陷中形成氢分子等）所引起的损伤叫钢的氢脆；而把氢与钢的化学作用（如氢与金属作用生成氢化物，氢与金属中的第二相作用生成气体产物等）引起的损伤叫氢腐蚀。

热脆：热脆有如下两种定义和解释：（1）金属在热加工变形温度范围内变脆的现象。

具体讲，对钢而言，硫在钢中与铁形成FeS，其熔点为1190℃，FeS与Fe形成低熔点共晶体（熔点为989℃），分布在奥氏体晶界上，由于钢材的热压力加工温度均高于此共晶温度，故一经锻、轧，钢就会沿晶界碎裂，这种现象称为钢的热脆或红脆，也有称之为硫脆的。

（2）金属在较高温度长期停留或使用时，由于某些元素在晶界的析集和析出新相而变脆的现象。

或氧化物脆性的，但不管材质如何，通常约在900℃以上的高温区，这两种脆性的差别便消失了。

含硫量越高的钢，脆性温区越向高温区方向扩展，而且在高温区的回复也消失了。

为了消除这类脆性，可用锰进行充分的脱氧和脱硫。

热脆性：如果晶界上存在有脆弱的硫化物或氧化物，在锻造时就会沿晶界发生开裂。

金属热处理判断考试模拟题+答案一、判断题（共100题，每题1分，共100分）1、当形成树枝状晶体时，枝晶的各次晶轴将具有不同的位向，故结晶后形成的枝晶是一个多面体。

（）A、正确B、错误正确答案：B2、奥氏体和铁素体都是碳溶于铁的固溶体。

（）A、正确B、错误正确答案：B3、过冷度的大小取决于冷却速度和金属的本性。

（）A、正确B、错误正确答案：A4、钢的锻造属于热加工，锻件没有加工硬化，所以锻件的力学性能和原钢材一样。

（）A、正确B、错误正确答案：B5、煤油的产气量高,但易产生碳黑,由于价格便宜是目前采用的主要气体渗碳剂。

（）A、正确B、错误正确答案：A6、表面淬火的关键是必须要有较快的加热速度。

（）A、正确B、错误正确答案：A7、对于过烧的工件,可用正火或退火的返修方法来消除过烧组织。

（）A、正确B、错误正确答案：B8、莱氏体的性能接近于渗碳体。

（）B、错误正确答案：A9、常温下随着塑性变形的增加，金属材料的强度、硬度下降，而塑性、韧性提高。

（）A、正确B、错误正确答案：B10、一般高碳钢的最终热处理工艺是球化退火。

（）A、正确B、错误正确答案：B11、一个合金的室温组织为α+βⅡ+（α+β），它由三相组成。

（）A、正确B、错误正确答案：B12、轧机上的液压压下响应速度比电动压下的响应速度快。

（）A、正确B、错误正确答案：A13、在工频感应加热完毕后切断电源，并且必须立即关闭各种冷却水装置以防触电。

（）A、正确B、错误正确答案：B14、当物体的温度降到零度时,物体的辐射传热过程也就终止了。

（）A、正确B、错误正确答案：B15、有焰燃烧需要很高的煤气压力。

（）A、正确B、错误正确答案：B16、材料的伸长率、断面收缩率数值越大表明其塑性越好。

（）B、错误正确答案：A17、工装夹具在每次用完之后，都要经过喷砂或酸洗及中和处理，以除掉表面上的铁锈和脏物，并放在干燥通风的地方备用。

（）A、正确B、错误正确答案：A18、以镍为主要合金元素的铜合金称为黄铜。