3.淬火钢回火时力学性能的变化淬火钢回火时,由于组织发生了变化,故其力学性能也发生了相应的变化(1)硬度淬火钢回火时硬度的变化规律总的变化趋势是随着回火温度升高,钢的硬度连续下降但含碳量大于的高碳钢在100℃左右回火时,硬度反而略有升高,这是由于马氏体中碳原子的偏聚及ε-碳化物析出引起弥散硬化造成的。
在200〜300℃回火时,硬度下降平缓这是由于一方面马氏体分解,使硬度降低,另一方面残余奥氏体转变为下贝氏体或回火马氏体,使硬度升高,二者综合影响的结果回火温度超过300℃以后,由于ε-碳化物转变为渗碳体,共格关系被破坏,以及渗碳体聚集长大,使钢的硬度呈直线下降。
钢中合金元素能在不同程度上减小回火过程中硬度下降的趋势,提高回火稳定性强碳化物形成元素还可在髙温回火时析出弥散的特殊碳化物,使钢的硬度显著升高,造成二次硬化(2)强度和韧性随着回火温度的提高,一般来说,钢的强度指标屈服点(σ s )、抗拉强度(σ b )不断下降,而塑性指标伸长率(δ)、断面收缩率(ψ)不断上升。
在350℃左右回火时,钢的弹性极限达到极大值,在400℃以上回火时,钢的伸长率(δ)、断面收缩率(ψ)上升最显著45钢淬火后的强度并不高,且塑性很差如在200〜300℃回火得到回火马氏体,且由于内应力消除,使其强度达到极大值;在350〜500℃回火,组织为回火屈氏体,弹性极隈最高,韧性也较好!在450〜600℃回火,得到的组织为回火索氏体,具有良好的综合力学性能,即较高的强度与良好的塑性、韧性相配合。
4.二次硬化铁碳合金在一次或多次回火后提髙了硬度的现象称为二次硬化,这种硬化现象是由于特殊碳化物的离位析出和(或)残余奥氏体转变为马氏体或贝氏体所致某些髙合金钢(如髙速钢、高辂模具钢等)尤为突出,它们在一定温度回火后,工件硬度不仅不降低,反而比其淬火态要髙得多。
产生二次硬化的原因有以下两个方面(1)马氏体转变过程中的弥散强化作用钢中含有强烈碳化物形成元素如Cr、Mo、W、V、Ti、Nb等,富集于渗碳体中当回火温度较高时(400℃以上),这些强烈碳化物形成元索在渗碳体中富集到超过其饱和浓度后,便发生由渗碳体转变为特殊碳化物的过程。
这些特珠碳化物比渗碳体更为坚硬,而且它形成时,以高度弥散的粒子析出于基体中,不易聚集长大,引起α相固溶碳量增大并钉扎位错阻碍运动,起着弥散强化作用(2)残余奥氏体转变成回火马氏体或下贝氏体这类钢中的残余奥氏体在回火加热、保温过程中不发生分解,而在随后的回火冷却过程中转变为马氏体或下贝氏体,这种现象称为二次淬火。
二次淬火也是二次硬化的原因之一,但它与析出特殊碳化物的弥散强化相比,其作用较小,只有当淬火钢中残余奥氏体量很高时,其作用才较显著
5.回火脆性一般情况下,随着回火温度的提髙,总的趋势是钢的强度、硬度降低,而塑性、韧性增高但在许多钢(主要是结构钢)中发现,回火温度升高时,钢的冲击韧性并非连续提髙,而是在某些温度区间回火时,冲击韧性反而显著下降,这种脆化现象称为钢的回火脆性。
(1)第一类回火脆性淬火钢在250〜400℃范围回火出现冲击韧性显著降低的现象,称为第一类回火脆性,也称低温回火脆性几乎所有工业用钢都在一定程度上具有这类回火脆性,而且脆性的出现与回火时冷却速度的快慢无关。
产生低温回火脆性的原因尚未十分淸楚,一般认为与马氏体分解时渗碳体的初期形核有关,并且认为是由于具有某种临界尺寸的薄膜状碳化物在马氏体晶界和亚晶界上形成的结果也有人认为,脆性的出现与S、P、Sb、As等微量元素在晶界、相界或亚晶界的偏聚有关。
此外,残余奥氏体分解时沿晶界、亚晶界或其他界面析出脆性的碳化物,以及韧性的残余奥氏体的消失,也是导致脆性的重要原因这类回火脆性产生以后无法消除,故又称为不可逆回火脆性为了避免低温回火脆性,一般应不在脆化温度范围(特别是韧性最低值所对应的温度)回火,或改用等温淬火工艺,或加入从Mo、W等合金元素减轻第一类回火脆性。
(2)第二类回火脆性淬火钢在450〜650℃范围回火后缓冷出现冲击韧性显著降低的现象,称为第二类回火脆性,也称髙温回火脆性将这类已产生回火脆性的钢重新加热到650℃以上回火,然后快速冷却,则脆性消失,若再次于脆化温度区间回火,然后缓冷,则脆性又重新出现,故又称之为可逆回火脆性。
这类脆性的产生与否和钢的化学成分、回火温度、回火时间以及回火后的冷却速度有密切关系第二类回火脆性主要在合金结构钢中出现,碳素钢一般不出现这类回火脆性第二类回火脆性的产生机制至今尚未彻底摘清楚,近年来的研究指出,是由于回火时Sb、Sn、As、P等微量杂质元素在原奥氏体晶界上偏聚或以化合物形式析出所致,钢中的Cr、Mn、Ni等合金元素不但能促进上述杂质元素向晶界偏聚,而且本身也向晶界偏聚,进一步降低晶界的强度,增大脆性傾向。
6.回火稳定性淬火钢在回火时抵抗硬度下降的能力称回火稳定性由于合金元索对淬火钢在回火时的组织转变起阻碍或延缓作用,可推迟马氏体的分解和残余奥氏体的转变,提髙铁素体的再结晶温度,使碳化物不易聚集长大,而保持较大的弥散度。
因此合金钢的回火稳定性较碳钢为好具有较高回火稳定性的钢可采用较髙的回火温度,淬火应力消除得更彻底一些,其回火后的综合力学性能也能好一些7.时效现象把有浓度变化的固溶体单相合金(如铁素体)加热到某一高温后迅速冷却,便可得到过饱和的面溶体,它与淬火所不同的是在这一冷却中并不产生相变。
这种把合金加热到溶解度线以上保温后迅速冷却而得到单相过饱和固溶体的处理称为面溶处理固溶处理后的组织处于亚稳定状态,在一定条件下将发生分解,析出第二相质点,同时使固溶体贫化,这一过程就是时效过程,时效可在室温下进行(称为自然时效、也可加热以加速时效过程〔称为人工时效〕。
时效对金属材料性能有很大影响,对很多特殊钢、髙温合金、特殊性能合金及有色合金,往往用来提髙其强度和永磁性能,而对低碳钢则往往产生不利的作用。