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        淬火鋼的回火轉變及其組織

        2017年06月06日09:00 青島豐東熱處理

        淬火碳鋼回火時,隨著回火溫度的升高和回火時間的延長,相應地要發生如下幾種轉變。

        (1)馬氏體中碳的偏聚

        在80℃以下很低的溫度回火時,鐵原子和合金元素難以進行擴散遷移,碳原子也只能作短距離的遷移。板條馬氏體內存在大量的位錯,碳原子傾向于偏聚在位錯線附近的間隙位置,降低馬氏體的彈性畸變能。片狀馬氏體的亞結構主要是孿晶,除少量碳原子向位錯線偏聚外,大量碳原子將向垂直于馬氏體c軸的(100)面富集,形成小片富碳區。碳原子的偏聚現象不能用金相方法直接觀察到,但可用電阻法或內耗法間接證實,因為碳在馬氏體一定晶面上富集造成晶格明顯畸變時,將使電阻率升高。

        (2)馬氏體分解

        當回火溫度超過80℃時,馬氏體開始發生分解,碳化物從過飽和的α固溶體中析出。馬氏體分解持續到350℃以上,在高合金鋼中甚至可持續到600℃?;鼗饻囟葘︸R氏體分解起決定作用。馬氏體的含碳量隨回火溫度的升高不斷降低,高碳鋼的馬氏體含碳量降低較快?;鼗饡r間對馬氏體中含碳量的影響較小。當回火溫度高于150℃后,在一定溫度下,隨回火時間的延長,在開始1~2h內,過飽和碳從馬氏體中析出很快,然后逐漸減慢,隨后再延長時間,馬氏體中的含碳量變化不大。因此鋼的回火保溫時間常在2h左右?;鼗饻囟仍礁?,回火初期碳含量下降越多,最終馬氏體碳含量越低。

        高碳鋼在350℃以下回火時,馬氏體分解后形成的低碳α相和彌散ε碳化物組成的雙相組織稱為回火馬氏體。這種組織較淬火馬氏體容易腐蝕,故在光學顯微鏡下呈黑色針狀組織?;鼗瘃R氏體中α相碳的質量分數為wc=0. 2%~0.3%,ε碳化物具有密排六方晶格。

        碳的質量分數wc<0. 2%的板條馬氏體在淬火冷卻時已發生自回火,析出碳化物,在100~200℃之間回火時,絕大部分碳原子都偏聚到位錯線附近,沒有ε-碳化物析出。

        (3)殘留奧氏體的轉變

        鋼淬火后總是或多或少地存在一些殘留奧氏體。碳的質量分數wc>0.5%的碳素鋼或低合金鋼淬火后,有數量可觀的殘留奧氏體。高碳鋼淬火后于250~300℃之間回火時,將發生殘留奧氏體分解。淬火高碳鋼在200~ 300℃回火時,殘留奧氏體分解為α相和ε-FexC組成的機械混合物,也稱為回火馬氏體或下貝氏體。

        (4)碳化物的轉變

        馬氏體分解及殘留奧氏體轉變形成的ε-碳化物是亞穩定的過渡相。當回火溫度升高至250~400℃時,ε-碳化物則向更穩定的碳化物轉變。碳素鋼中比ε-碳化物穩定的碳化物有兩種:一種是Χ-碳化物,化學式是Fe3C2,具有單斜晶格;另一種是更穩定的θ-碳化物,即為滲碳體(Fe3C)。碳化物的轉變主要取決于回火溫度,也與回火時間有關。隨著回火時間的延長,發生碳化物轉變的溫度降低。

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