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第六章钢的回火转变回火是把淬火钢件加热到低于A1的某一温度，保温一段时间，然后冷却至室温的热处理工艺。一、马氏体中碳原子的偏聚100℃以下回火，马氏体中的碳原子将短距离迁移到微观缺陷处，使系统能量降低。由于含碳量不同，马氏体中可能出现两种不同的偏聚过程：§6-1淬火钢在回火时的组织变化(1)含碳量小于0.2%的马氏体中，间隙碳原子全部偏聚到高密度的位错线上，形成柯氏气团。这是碳原子与位错的弹性应力场交互作用，被弹性地吸引到位错线上的结果，故称为弹性偏聚。此时，马氏体为体心立方点阵，不出现正方度。当马氏体的含碳量为0.2%时，偏聚达饱和状态。(2)含碳量大于0.2%的马氏体中，多余的碳原子不再偏聚到位错线附近，而是在垂直c轴的(001)α′面上偏聚，伴随有化学自由能降低，正方度c/a增大，强度、硬度提高，称为化学偏聚。二、马氏体的分解与亚稳碳化物的形成在100℃以上回火时，马氏体将发生较为明显的分解，使其碳浓度降低，点阵常数c减小，a增大，正方度c/a减小，并析出碳化物。图6-10.96%C钢回火时马氏体的含碳量、晶格常数(c/a)比与回火温度及回火时间的关系片状马氏体的分解分为两个阶段：在100~150℃之间回火为马氏体分解的第一阶段，称为二相式分解；在150℃以上回火为马氏体分解的第二阶段，称为连续式分解。ε图6-2马氏体二相式分解(a)和连续式分解(b)示意图图6-3不同含碳量的碳钢中马氏体的含碳量与回火温度的关系(回火时间1小时)图6-41.09%C钢在不同温度回火时马氏体的含碳量与回火时间的关系在150~250℃回火时，片状马氏体将分解为片状α固溶体和薄片状ε碳化物的两相组织，称为回火马氏体。由于ε碳化物的弥散析出，使得回火马氏体比淬火马氏体易于腐蚀，因而回火马氏体在光学显微镜下呈暗黑色片状组织。对于含碳量0.2%的板条状马氏体，在100~200℃之间回火时，马氏体一般不析出ε碳化物，碳原子仍偏聚在位错线附近。三、残余奥氏体的转变含碳量超过0.5%的碳钢或低合金钢，淬火后才有一定数量的残余奥氏体存在。在200~300℃温度区间回火时，残余奥氏体将分解为过饱和α固溶体和薄片状ε碳化物的两相组织，一般认为是回火马氏体或下贝氏体，可用下式表示：γR→M′或B(α+ε-Fe2.4C)四、碳化物的转变在250~400℃之间回火时，碳素钢马氏体中过饱和的碳原子几乎全部析出，形成比ε碳化物更加稳定的χ碳化物和θ碳化物。铁碳化合物化学式结构稳定性εFe2.4C六方晶系亚稳定χFe5C2单斜晶系亚稳定θFe3C斜方晶系稳定表6-1铁碳化合物的组成、结构与稳定性铁碳化合物惯习面位向关系ε{100}α′(0001)ε∥(011)α′；(10-11)ε∥(101)α′；[11-20]ε∧[100]α′=5ºχ{112}α′(100)χ∥(-1-21)α′；[010]χ∥[101]α′；[011]χ∥[-111]α′θ{110}α′{112}α′(001)θ∥(-112)α′；[010]θ∥[11-1]α′；[100]θ∥[1-10]α′表6-2铁碳化合物与母相的位向关系碳化物转变也是通过形核与长大方式进行的，依据原有碳化物和新形成碳化物与母相的惯习面和位向关系的异同，可以分为两类：(1)“原位”转变：如果原有碳化物和新形成碳化物与母相的惯习面和位向关系相同，则可原位转变；即通过原有碳化物成分的变化和点阵的重构转化为新碳化物。(2)“独立”形核长大转变：如果原有碳化物和新形成碳化物与母相的惯习面和位向关系不同，则以独立形核长大方式转变；即原有碳化物溶解，新碳化物在其它部位重新形核和长大。含碳量碳化物转变情况C%0.2%α′▬▬▬▬▬▬→θ-Fe3C0.2%C%0.4~0.6%α′→ε-Fe2.4C▬▬▬→θ-Fe3CC%0.4~0.6%α′→ε-Fe2.4C→χ-Fe5C2→θ-Fe3C表6-3回火时含碳量不同的马氏体中碳化物的转变情况图6-51.34%C钢回火时三种碳化物析出的范围(虚线表示未确定界限)五、碳化物的聚集长大与α相的回复、再结晶回火温度高于400℃后，渗碳体明显聚集长大并球化，无论是片状渗碳体的球化还是粒状渗碳体的长大，均按小颗粒溶解，大颗粒长大的机理进行。回火温度超过400℃后，α相将发生回复。在回复过程中，α相中的位错密度逐渐降低，剩下的位错重新排列成二维位错网络，并将α相分割成许多亚晶粒。回火温度高于600℃后，α相将发生再结晶。在再结晶过程中，等轴状铁素体逐步取代了板条状或针状α相。淬火钢在回火过程中的组织变化为：在150~250℃之间回火时，片状马氏体将分解为片状α固溶体和薄片状ε碳化物的两相组织，称为回火马氏体；在350~500℃之间回火时，碳钢与低合金钢将得到板条状或片状铁素体与细颗粒渗碳体组成的混合物，称为回火屈氏体；在500℃~A1之间回火时，碳钢与低合金钢将得到颗粒状渗碳体分布于等轴状铁素体基体上的组织，称为回火索氏体。淬火态200℃回火400℃回火600℃回火40钢回火转变光学金相组织实例§6-2钢的回火脆性一、淬火钢回火时机械性能的变化图6-6淬火钢回火后硬度与回火温度的关系图6-7中碳钢(0.41%C，0.72%Mn)的机械性能与回火温度的关系二、钢的回火脆性图6-8含0.3%C，1.47%Cr，3.4%Ni钢的冲击韧性与回火温度的关系回火脆性：随着回火温度升高，钢的冲击韧性反而降低的现象。1.低温回火脆性在250~400℃范围内回火时出现的脆性，称为低温回火脆性。几乎所有淬成马氏体的钢，在300℃左右回火后都将或轻或重地出现这种脆性。如果将已产生这种脆性的工件，在更高温度回火，其脆性将消失；若再将这个工件在300℃左右回火，其脆性不再出现，故这类回火脆性又称为“不可逆回火脆性”。不可逆回火脆性与回火后的冷却速度无关。低温回火脆性产生的主要原因是ε碳化物转变成的χ及θ碳化物沿马氏体板条或片的界面呈薄膜状析出。韧性的残余奥氏体分解成回火马氏体或下贝氏体也促进此类脆性。2.高温回火脆性在450~650℃范围内回火时出现的脆性，称为高温回火脆性。如果将已产生这种脆性的工件，重新加热到650℃以上保温，然后快冷，其脆性可以消失；若再次将这个工件加热到650℃以上慢冷，其脆性又将出现，故这类回火脆性又称为“可逆回火脆性”。高温回火脆性主要是由锑、磷、锡、砷等微量杂质元素在原奥氏体晶界偏聚所引起。合金钢中铬、锰、镍等元素，不但促进上述微量杂质元素的偏聚，本身也产生晶界偏聚，故增加脆化倾向。图6-90.35%C，0.52%Mn，3.44%Ni，1.05%Cr钢的冲击韧性与回火温度的关系1-回火10小时后水冷2-回火30分钟后水冷3-回火10小时后炉冷4-回火30分钟后炉冷三、回火产物与奥氏体直接分解产物的性能比较图6-10含0.84%C的碳钢片状与粒状组织的力学性能对比回火索氏体(粒状组织)的性能明显优于索氏体(片状组织)图6-1130CrMnSi钢等温淬火和淬火回火后的冲击韧性下贝氏体的性能明显优于回火马氏体思考题1.默绘出Fe-Fe3C相图。据此图描述共析钢、亚共析钢和过共析钢从单相奥氏体区随炉冷却至室温时可能发生的基本相变过程。2.逐一解释如下钢铁材料专业术语：(1)A1；(2)A3；(3)Acm；(4)AC1；(5)AC3；(6)Ar1；(7)Ar33.简述奥氏体形成过程。4.默绘出过冷奥氏体恒温转变动力学曲线和连续冷却转变曲线，并比较两者的区别。5.比较珠光体、贝氏体和马氏体转变的异同点。6.简述淬火钢在回火过程中的组织转变。