简述淬火钢回火时力学性能与回火温度之间的关系.docx

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简述淬火钢回火时力学性能与回火温度之间的关系

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250℃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。

高碳钢则不同，由于ε相共格析出，引起弥散强化，硬度略有升高。

250-400℃回火时，一方面由于马氏体分解、正方度减小以及碳化物转变和聚集长大，硬度趋于降低；另一方面，由于残余奥氏体转变为下贝氏体，硬度则有所升高。

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400℃以上升高时，产生α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350℃左右出现峰值。

这与回火过程中碳的偏聚、ε碳化物的析出、α相中碳过饱和度下降以及渗碳体析出α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（αk）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250℃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400℃以下，随回火温度增高，断裂韧性和冲击韧性均降低。

400℃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250-400℃和450-650℃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250-400℃范围内回火时出现的脆性称为第一类回火脆性，存在于一切钢种之中。

此后若重新加热至第一类回火脆化温区，也不再出现脆性。

故又称不可逆回火脆性。

因其出现与低温回火温度范围，故又称低温回火脆性。

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。

导致第一类回火脆性的原因是ε相转变θ相或χ相，沿板条马氏体的条间、束界或片状马氏的孪晶带和晶界上析出，引起钢的韧性明显降低。

⑵淬火的合金钢在450-650℃范围内回火后，进行慢冷所出现的脆性，称为高温回火脆性。

已产生脆性的工件，重新加热到600℃以上保温，然后快冷，则可消除此类脆性。

如在600℃以上再次加热慢冷，脆性又将出现，故也称为可逆回火脆性。

产生第二类回火脆性的原因是：

锑、锡、砷、磷等杂质元素在原奥氏体晶界上偏聚或以化合物方式析出，是导致第二类回火脆性的主要原因。

为了防止高温回火脆性，可在钢中加入0.5%钼或1%钨，抑制杂质元素向晶界偏聚，这种方法适用于大工件。

对于中小工件，可采用高温回火后快冷，抑制杂质元素偏聚。

介绍几种常见的退火工艺、目的及应用

1完全退火

将亚共析钢加热至Ac3以上20-30℃，保温足够时间奥氏体化后，随炉缓慢冷却，从而接近平衡的组织，这种热处理工艺称为完全退火。

经浇注并模冷后的钢锭和铸钢件，或终轧终止温度过高的热锻轧件，晶粒粗大，易得魏氏组织，并存在着内应力。

可通过完全退火来细化晶粒、均匀组织、消除内应力、降低硬度，便于切削加工，并为加工后零件的淬火做好组织准备。

完全退火只适用于亚共析钢，不宜用于过共析钢。

过共析钢若加热至Acm以上单相奥氏体区，缓冷后会析出网状二次渗碳体，使钢的强度、范性和韧性大大降低。

2不完全退火

亚共析钢在Ac1-Ac3之间或过共析钢在Ac1-Accm之间两相区加热，保温足够时间，进行缓慢冷却的热处理工艺，称为不完全退火。

如果亚共析钢的终轧终止温度适当，并未引起晶粒粗化，铁素体和珠光体的分布又无异常现象，采用不完全退火，可以进行部分重结晶，起到细化晶粒，改善组织，降低硬度和消除内应力的作用。

亚共析钢的不完全退火温度一般为740-780℃，其优点是加热温度低，操作条件好，节省燃料和时间。

过共析钢退火是为了细化和均匀组织，降低硬度和消除内应力。

3等温退火

等温退火是将钢件加热到临界温度（过共析钢Ac1或亚共析钢Ac3）以上奥氏体化，然后将钢件移入另一温度稍低于Ar1的炉中等温停留，不可太高也不宜过低。

太高则等温时间过长，且硬度偏低；过低则硬度偏高。

原则是在保证硬度合格的条件下，尽量选用较低的等温温度，以缩短等温时间，提高劳动生产率。

当转变完成后，出炉空冷至室温。

等温退火时转变易于控制，更适用于过冷奥氏体稳定性高的合金钢，可以节省钢件在炉内的时间，提高退火炉的周转率。

 4球化退火

球化退火是使钢中的碳化物球化，获得粒状珠光体的热处理工艺，主要用于过共析钢，如碳素工具钢、低合金工具钢和滚珠轴承钢。

球化退火的目的是降低硬度，改善切削加工性能，以及获得均匀的组织，并为最后的淬火处理做组织准备。

其加热温度范围一般取Ac1以上20-30℃

 经球化退火后组织的优点：

⑴由片状变成粒状珠光体，降低硬度，改善切削加工性能。

⑵粒状珠光体加热时奥氏体晶粒不易长大，允许有较宽的淬火温度范围，淬火时变形开裂倾向小，即淬火的工艺性能好。

⑶能获得最佳的淬火组织，即马氏体片细小，残余奥氏体量少，并保留一定量均匀分布的粒状碳化物。

另外具有明显网状碳化物结构的钢材，必须先进行正火消除碳化物网，再进行球化退火。

5扩散退火

扩散退火也称均匀化退火，主要用于合金钢钢锭或铸件，它们在浇注后凝固过程中总会产生合金元素的枝晶偏析，即化学成分不均匀性。

扩散退火是通过高温长时间加热奥氏体化，使分布不均匀的元素通过扩散，以消除或者减弱枝晶偏析。

常用扩散退火温度是1100℃-1200℃，保温时间为10-15小时。

钢中合金元素含量越高，所采用的加热温度越高。

经高温长时间加热扩散退火后，奥氏体晶粒已经过度长大，如不再进行热加工，必须进行一次完全退火或正火以细化晶粒。

6低温退火

低温退火是把钢件加热到低于Ac1温度退火，又叫消应力退火，主要用于消除铸件、锻件、焊接件、冷冲压件和机加工件中的残余应力，提高稳定性，防止淬火变形开裂。

它包括软化退火和再结晶退火。

常用的软化退火温度为650-720℃，保温后出炉空冷。

钢锭经软化退火后，消除了内应力，避免钢锭开裂，并降低硬度便于钢锭表面清理。

合金结构钢的锻轧钢材，经软化退火后能消除内应力和降低硬度，对于过冷奥氏体稳定性高的合金钢，降低硬度效果更为显著。

再结晶退火是将冷加工硬化的钢材，加热至T再-Ac1之间进行，通常为650-700℃。

其目的是通过再结晶使变形晶粒恢复成等轴状晶粒，从而消除加工硬化。

简述热处理工艺中的正火、退火、淬火、回火的定义、目的及应用

1正火是将钢加热到Ac3或Acm以上约30-50℃,或者更高的温度，保温足够时间，然后在静止空气中冷却的热处理工艺，得到的显微组织为珠光体。

正火的目的：

⑴对于大锻件、截面较大的钢材、铸件，用正火来细化晶粒，均匀组织。

如消除魏氏组织或带状组织，为下一步淬火处理做好组织准备，它相当于退火的效果。

⑵低碳钢退火后硬度太低，切削加工中易粘刀，光洁度较差。

改用正火，可提高硬度，改善切削加工性。

⑶可作为某些中碳钢或中碳低合金钢工件的最终热处理，以代替调质处理，具有一定的综合力学性能。

⑷用于过共析钢，可以消除网状碳化物，便于球化退火

正火的用途：

正火操作方便、成本较低、生产周期短、生产效率高，主要用于改善低碳非合金钢（低碳钢）的切削加工性能，消除中碳非合金钢的热加工缺陷，消除过共析钢的网状碳化物，也可用于某些低温化学热处理件的预处理及某些结构钢的最终热处理。

2退火：

将钢加热到临界点Ac1以上或以下的一定温度，保温一定时间，然后缓慢冷却，以获得接近平衡状态的组织，这种热处理工艺称为退火。

退火的目的是：

⑴消除钢锭的成分偏析，使成分均匀化。

⑵消除铸、锻件存在的魏氏组织或带状组织，细化晶粒和均匀组织。

⑶降低硬度，提高塑性，改善组织，以便于切削加工和冷变形加工。

⑷改善高碳钢中碳化物形态和分布，为淬火做好准备

⑸消除组织遗传，淬火过热组织。

⑹消除零件的加工应力，稳定零件尺寸。

⑺脱除氢气，消除白点。

3淬火：

将钢加热到临界点Ac1或Ac3以上的一定温度，保温一段时间，然后在水或油等冷却介质中快速冷却，这种热处理工艺称为淬火。

淬火的主要目的，是把奥氏体化工件淬成马氏体，以便在适当温度回火，获得所需要的力学性能。

4回火是将淬火后的钢在A1温度下加热，使之转变成稳定的回火组织的工艺过程。

此过程不仅保证组织转变，而且要消除内应力，故应有足够的保温时间

回火的目的就是消除应力、稳定组织、调整性能。

介绍几种常见的回火工艺，目的及应用

1低温回火

在150-250℃之间进行，回火后组织为回火马氏体。

其目的是降低淬火内应力，使其具有一定韧性，并保持高的硬度。

低温回火一般用来处理要求高硬度、高耐磨性工件，如模具、刀具、滚动轴承和渗碳件等。

低碳合金钢淬火后，经低温回火具有高的综合力学性能。

2中温回火

在350-500℃之间进行，回火后组织为回火屈氏体。

中温回火后具有高的弹性极限，并具有足够的韧性，中温回火主要用来处理各种弹簧，也可用于处理要求高强度的工件，如刀杆、轴套等。

3高温回火

在500-650℃之间进行，回火后组织为回火索氏体。

习惯上把这种淬火加高温回火的双重处理称为调质处理。

调质处理后钢件具有高的范性和韧性，强度也较高，即具有高的综合力学性能。

调质处理广泛用于要求高强度并受冲击或交变负荷的重要工件，如连杆、轴等。

合金元素对铁碳相图的影响

1扩大γ相区的元素：

就是指在铁与合金元素组成的二元相图中，是A3点温度降低，A4点温度升高，并在相当宽的温度范围内与γ-Fe可以无限固溶或有相当大的溶解度。

⑴开启γ相区元素：

在这类元素与铁组成的二元相图中，γ相区存在的温度范围变宽，相应的α和δ相区缩小，并在一定范围内铁与该元素可以无限固溶。

Mn、Co、Ni和Fe组成的二元相图属于此类。

 ⑵扩大γ相区的元素：

与⑴相似，但是不能无限固溶。

C、N、Cu等元素属于这类。

 2缩小γ相区的元素:

就是指这类元素在二元相图中，可以使A3温度升高，A4点温度降低；合金元素在γ-Fe中的溶解度较小。

 ⑴封闭γ相区的元素：

这类元素使A3升高，A4降低，γ相区被α相区所封闭，在相图上形成γ圈。

V、Cr、Ti、W、Mo、Al、Si、P、Sn、Sb、As等属于这类元素，其中V和Cr与α-Fe在一定温度范围可无限互溶，其余元素与α-Fe都是有限互溶。

 ⑵缩小γ相区的元素：

这类元素与封闭γ相区的元素相似，但由于在一定浓度范围出现了金属化合物，破坏了γ圈，使γ相可以在相当大的浓度范围内与化合物共存。

B、Zr、Nb、Ta、S、Ce等属于这类元素。

综述合金元素（包括碳）在各种钢的作用（结合钢种详细说明要具体到某一型号的钢）

一结构钢：

1调质钢 30CrMoC（0.26-0.34）MnCrMo

合金元素的作用：

碳：

保证形成足够的碳化物，其中一部分碳化物在加热至高温时溶入奥氏体中，使固溶体中含碳量达到饱和，从而保证淬火后马氏体的硬度；另一部分碳化物起细化晶粒的作用，并提高钢的耐磨性。

锰：

可显著增大钢的淬透性和强度，与碳配合可以增大钢的加工硬化率，提高钢的耐磨性。

铬：

增大钢的淬透性，并使过剩碳化物增多和变细，以增大钢的耐磨性。

铬还可以提高钢的回火稳定性、抗氧化和抗气体腐蚀能力。

2渗碳钢 18Cr2Ni4WA C（0.13-0.19）W CrSiMn Ni

合金元素在渗碳钢中的作用

碳：

保证形成足够的碳化物，其中一部分碳化物在加热至高温时溶入奥氏体中，使固溶体中含碳量达到饱和，从而保证淬火后马氏体的硬度；另一部分碳化物起细化晶粒的作用，并提高钢的耐磨性。

锰：

可显著增