| 标题 | 浅谈淬火碳钢在回火时的转变 |
| 范文 | 庞勃 摘 要：淬火是金属材料加工处理过程中非常重要的一项工艺，在现代机械制造工业得到广泛的应用，本文简要阐述了淬火碳钢在不同温度条件下回火时各项组织的转变。 关键词：淬火碳钢；回火；转变 中图分类号：TG156 文献标识码：A 马氏体和残余奥氏体是淬火后钢的的两大组成部分，有自发转变为铁素体和渗碳体平衡组织倾向的马氏体和残余奥氏体都不是稳定的，而淬火钢的回火就是促使马氏体和残余奥氏体转变为铁素体和渗碳体平衡组织易于进行的方法，我们把这种转变称之为回火转变。 在淬火钢中的马氏体和奥氏体分别是比容最大和最小的组织。体积的变化将伴随整个转变过程，并且根据这种体积变化，就可了解回火时的相变情况。例如当马氏体发生转变导致钢的体积将减小；当残余奥氏体发生转变导致钢的体积将增大。因此，在出现明显的体积变化时，必然是转变所导致的。 在小于等于100℃回火时，钢的体积没有变化，经过X射线分析证明，此时只发生马氏体中碳原子的偏聚，而没有开始分解，证明淬火钢中没有明显的转变。在100℃～200℃回火时，即发生回火的第一次转变（回火第一阶段）。在此阶段，钢的体积发生收缩。在此温度范围内，通过X射线分析证明可以看出，马氏体由于正方度减小开始分解，固溶在马氏体中的过饱和碳原子脱溶沉淀而析出ε碳化物（晶体结构为正交晶格，分子式为Fe2.4C），这种ε碳化物与马氏体保持共格联系的。ε碳化物不是向Fe3C转变前的一个平衡相，而是一个过度相。同时马氏体中的碳由于温度较低导致未全部析出，以致于它们仍然含有饱和的碳。所以在回火第一次转变后，钢的组织此时由两部分组成，分别是过饱和α固溶体和与母相晶格联系的ε碳化物。这种碳化物与马氏体保持共格联系， 回火马氏体即是指回火第一次转变后钢的组织。此时与过饱和固溶体的母相共格联系的碳化物极为细小， 它们所析出的碳化物数量较多、弥散硬化的效果较大，故钢的硬度在回火后不至于降低，而且对共析和过共析碳钢的硬度还略有升高。 在第一次转变后，继续加热到200℃ ～300℃时钢的体积又发生膨胀。主要是因为比容最小的残余奥氏体在钢的组织中发生分解所致。回火第二次转变或回火第二阶段是指淬火碳钢中残余奥氏体从200℃～300℃区间发生分解并分解完毕，一般转变为下贝氏体。在回火第二次转变终止时（300℃左右），在α固溶体中仍然含有约0.15%～0.20%C。在回火第二阶段中，马氏体继续分解会降低钢的硬度，但是同时出现软的残余奥氏体分解为较硬的下贝氏体可以弥补降低的硬度，因此钢的硬度降低并不显著。 若使过饱和碳从α固溶体内继续析出，同时ε碳化物也逐渐转变为Fe3C，需继续加热，一直延续至400℃而告终，导致钢的体积又发生收缩。这种转变称为第三次转变或回火第三阶段。显然，由于过饱和碳自α固溶体内析出，并出现稳定的与母相不再有晶格联系的Fe3C相，因而内应力大量消除。经第三次转变后，钢即由铁素体和渗碳体所组成。继续升高温度，发生回火第四次转变，此时将使渗碳体质点发生聚合从而得到较粗的组织。在回火的第四阶段（温度超过400℃），α固溶体的碳含量已降至平衡浓度此时，同时由体心正方晶格变为体心立方晶格，内部亚结构发生回复与再结晶，所产生的固溶强化作用已完全消失。而钢的硬度和强度则与渗碳体质点的尺寸和弥散度成正相关，回火温度愈高，弥散度愈小，则钢的硬度和强度愈低。 综上所述，淬火碳钢在回火时的转变，大致包括四个阶段，分别是：马氏体分解；残余奥氏体转变；碳化物聚集长大；α固溶体的回复与再结晶。 在碳钢回火各阶段所形成的组织大致为： （1）回火马氏体 高碳淬火钢在150～250℃低温回火时，由于ε碳化物的析出和残余奥氏体的部分分解而获得回火马氏体、残余奥氏体和下贝氏的混合组织，其中主要是回火马氏体。在电子显微镜下观察，可见到回火马氏体保持片状形态，其上分布有细小的ε碳化物。 中碳钢淬火后和低温回火后得到板条状和片状马氏体的混合组织；低碳钢淬火后得到低碳板条状马氏体组织，无论自回火还是低温回火，其形态保持不变，是因为只有碳原子的偏聚而无碳化物析出。 （2）回火屈氏体 在350℃～500℃温度范围内回火所得到的组织为回火屈氏体，它的渗碳体是粒状的。含0.90%C钢815℃淬火后，425℃回火的组织。在425℃回火1分钟，还存在较长的渗碳体片。425℃回火1小时以后，渗碳体已经聚集球化成颗粒状。 （3）回火索氏体 在500℃～600℃温度范围内回火所得的组织为回火索氏体，它的渗碳体颗粒比回火屈氏体粗，弥散度较小。 回火组织与一般组织相比，具有较优的性能。如硬度相同时，回火屈氏体和回火索氏体比一般屈氏体（油淬）和索氏体（正火）具有较高的强度、塑性和韧性。这主要是因为组织形态不同所致。 参考文献 [1]史美堂.金属材料及热处理[M] .上海：上海科技出版社，1983. [2]王德尊.金属力学性能[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1993. [3]周澍，张柯，顾剑锋，戎咏华. 淬火-碳分配-回火钢的低温组织和性能[J].材料热处理学报，2012（06）. [4]许峰云，白秉哲，方鸿生.低碳Mn系水淬贝氏体钢的组织和力学性能[J].材料热处理学报，2010（09）. [5]余伟，陈银莉，徐立善，蔡庆伍.直接淬火-碳分配处理后高强度钢的组织与力学性能[J].材料热处理学报，2012（04）. [6]徐祖耀.淬火-碳分配-回火（Q-P-T）工艺浅介[J].金属热处理， 2009（06）. |
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