零读杂谈（热处理十七）

bkljp02 · 发表于 2015-11-23 03:48:02

本帖最后由 bkljp02 于 2015-11-23 23:22 编辑

不知不觉地，已经写到十七了。本以为可以在二十之前结束基本热处理的，但现在看来是不太可能了。呵呵，到哪儿算哪儿吧。看到有大侠已经开始阅读《材料工程基础》了，挺好，那本书值得深读。结构很好，从原子理论开始，到晶格结构，到固溶、扩散。当然，写完基本热处理之后，我也会开始写那一部分。最近确实比较忙，如果没更新，还望诸位多担待。

读书：《金属材料及热处理》　陆大纮　许晋堃　合编
　　　人民铁道出版社

　　　杂谈十七

回火钢的性能变化

从前一杂谈我们知道，淬火钢的整个回火过程，其实就是马氏体、残余奥氏体组织分界，渗碳体颗粒长大并与铁素体结合为新的组织的过程。而这一过程，同是会伴随着一个总的机械性能变化趋势。即，虽回火稳定升高，硬度、强度下降，而塑性和韧性提高。这其中也有一些特别情况。高碳工具钢在100℃左右回火时，根据我们前面说的回火过程，碳原子大量偏聚，100℃以后，ε——碳化物大量析出。而ε——碳化物硬度比马氏体更高，因此这一阶段，钢的硬度不仅不降，反而会出现一个增加。这个现象叫做弥散硬化。同样，高碳工具钢在200~250℃间，由于发生残余奥氏体的马氏体化，因此硬度又会有一次小幅的回升。
现实使用中，当回火温度较低时，钢的强度和硬度主要决定于马氏体的含碳量。而当回火温度较高时，则主要决定于渗碳体的分散程度和，晶粒度。渗碳体质点越细小，分布越均匀，晶粒度越高，强度和硬度亦越高。
钢的回火种性能变化，可以基本描述为下面两图。其中，第一幅描述整个回火过程中的主要变化。第二幅描述不同碳钢硬度和回火温度的关系。

我们选择使用材料，一方面要考虑其硬度和强度需求，另一方面，还要考虑韧性需求。回火工艺主要就是平衡和选择合适的匹配的工艺。以40号钢为例，硬度在200℃回火时，基本达到一个最大值。而强度会随着回火继续有一个小幅提升，在240℃左右达到最大（残余奥氏体转变）。随后便会一直下降。但韧性，包括延展率、冲击韧性、断面收缩率都会在整个过程中表现出一直上升的状态。40号钢在回火到600~650℃时，会出现高塑性表现，此时的综合机械性能最好。而此时得到的是回火索氏体组织。这个与退火、正火得到的直接索氏体组织不同。回火索氏体中的渗碳体为颗粒状，而直接索氏体为细片状。而往往来说，颗粒状的机械性能要优于片状。同样的还有回火托氏体和直接托氏体组织，是类似的道理。如下图。

回火工艺。

钢的回火性能只与回火的温度和时间有关，而与回火后的冷却速度无关。（对于某些合金钢不适用）。回火的温度决定形态，回火时间决定均匀化程度和晶粒度。
在实际生产中，主要通过以下方法确定碳钢的回火温度。

1。应用回火温度和硬度的关系曲线，或者生产中总结出来的有关图标，按照要求的硬度确定回火温度。这里插一句，作为设计人员，经常会在图纸的技术要求中注明基本热处理工艺和硬度要求，或者直接注明硬度要求。即是为生产中选择使用合适的热处理工艺，达到设计者要求的材料组织性能而作的直接指示。从这点上说，我跟人很反感生产按个人理解发挥，虽然最终的硬度偏差可能很小，但是由于没有选择合理的工艺，其最终产品的性能是和设计者与其迥然的。因此，作为设计人员，一定要对自己的设计意图和热处理要求有一个清醒的认识。从认知原材料到最终成品形态，都要清洗明了。该坚持的坚持。下图为这一方法的一个例表。

2。应用经验公式进行计算。这里必须要说，经验公式是生产中总结的结果，只针对特定的环境和材料。因此使用中要有清醒的认识。
如对于45号钢，当要求硬度大于HRC30时，回火温度（℃）=200+11x（60-要求的HRC硬度值）。
当要求硬度小于HRC30时，回火温度（℃）=200+12x（60-要求的HRC硬度值）
当含碳量不为0.45%时，C%每增加或者减少0.05%，回火温度应相应增加或减少10~15℃

生产中按工件性能要求的不同，通常将回火分为三类。
1。低温回火（150~250℃）
低温回火的目的是消除淬火应力，降低淬火钢中的残余奥氏体的含量。在保持高硬度和耐磨性的同时，适当提升塑性、韧性。避免材料的时效开裂。低温回火后组织是回火马氏体。低温回火主要用于高碳工具钢与合金工具钢的量具、刃具、冷冲压模具以及轴承滚动体、渗碳件等。
对于高精密偶件（内燃机车燃油泵柱塞副）与量具的尺寸稳定性和耐磨性，可以在100~150℃进行长时间低温回火（数十小时）。这种回火叫也被称为时效处理或者尺寸稳定处理。必须要说，这种时效同自然时效不同。属于人为干涉的快速时效处理。
由于人们对于板条马氏体的认识加深、以及板条马氏体的应用扩展，对于低碳合金钢如20CrMn，20MnVB等，淬火+ 低温回火得到的板条马氏体，不仅强度高（1000~1600Mpa抗拉），而且依旧能保持良好的塑性和韧性。（ak可达6~7Kg*m/cm^2）另外，随着对于细晶粒钢和极细晶粒钢的研究，一些低碳合金钢再进行多次淬火回火工艺后，能得到更高的强度和韧性。这些板条马氏体钢目前已在很多领域有广泛的应用。

2。中温回火（350~500℃）
中温回火的目的是得到回火托氏体组织（HRC38~50）。回火托氏体具有高弹性、高屈服极限、高强度极限和足够的韧性，因此最适合用于弹簧等弹性体的热处理。回火托氏体中的渗碳体呈颗粒状，因此表现出很好的韧性。

3。高温回火（500~650℃）
高温挥霍适用于含碳量0.3~0.5%的中碳钢，回火后得到综合机械性能良好的回火索氏体。HRC25~35。具有良好的综合机械性能。生产中广泛应用于机械结构零件如轴、连杆、齿轮等制造中。一般生产上将淬火+高温回火合称为调质处理。
正如之间说淬透性时提到的，调质零件如果有截面一致性要求，则必须保证整个零件能淬透。因此随着调质零件的尺寸与受力情况不同，要求的淬透性亦不同。另外，随着新热处理技术的应用，一些以前无法做到的局部热处理工艺也在成熟。

中温及高温回火可以适用井式炉或者盐浴炉，低温回火宜采用油浴，炉温力求均匀。

继续说昨天提到的回火脆性问题。回火脆性分两种，第一类回火脆性和第二类回火脆性。

第一类回火脆性是250~400℃之间，具备不可逆性，与回火后的冷却速度无关，断口为沿晶脆性断裂。第一类回火脆性也称不可逆回火脆性或者低温回火脆性。
目前对于这类脆性的成因大致有三种，残余奥氏体转变论，碳化物析出论，杂质偏聚论。
正如其名称中的不可逆一样，第一类回火脆性无法防止和消除。因此生产中应避免这一回火温度范围。

第二类回火脆性发生在高温区，400~650℃，又称可逆回火脆性。
第二类回火脆性主要表现为，可逆性；与回火后冷却速度有关（回火保温后，缓冷出现，快冷不出现。出现脆化后，重新加热快冷亦可消除）；断口为沿晶脆性断口。
第二类回火脆性主要由材料中的Ni、Cr、Sb、Sn、P等元素的偏聚引起。因此第二类回火脆性伴随杂质元素的增多而增大。其中，Ni，Cr不仅自身偏聚，而且促进杂质元素的偏聚。
因此对于第二类回火脆性的防止，一般有以下几种方法。
1。提高材料纯度，减少杂质。
2。加入Mo、W等有益元素。Mo元素能有效抑制杂质元素的晶界偏聚，而且自身也不偏聚。
3。对尺寸小、形状简单的零件，采用回火后快冷的处理方法。
4。采用亚温淬火（A1~A3）：细化晶粒，减少偏聚度。
5。采用高温变形热处理，使晶粒超细化。晶界面积增大，降低杂质偏聚度。

回火中常见的问题有两种。
1。硬度偏差。主要是油浴回火温度控制不挡导致。硬度偏高可重新进行回火，提高控制回火温度到合适范围。偏低则必须重新淬火再回火。
2。回火后韧性不足。有时发现为磨削时发生裂纹。一般多为发生回火脆性导致。应检查避开回火脆性区或者选择合适的方法避免回火脆性。如不在回火脆性范围内，可适当提高回火温度或延长回火时间。

哈，努力了一下，把回火剩下的部分写完了。下周是一个大章节，表面热处理。可能一个周末说不完。感谢参与。

sjh1234 · 发表于 2015-11-23 08:17:54

学习学习

半途而废 · 发表于 2015-11-23 08:38:36

请问一下，你这些是只能用于普通钢材的部分还是说可以对合金钢之类的也能这样子理解？另对于立方氮化硼之类的产品和合金钢压在一起做成的东西该怎么去理解一个相当于回火过程产生的耐热不良现象？
如图：图中右侧产品中间部分有一不良显示（荧光显示），上层为立方氮化硼的东西，下层为合金（Co含量在13%），有时经过耐热后（尤其是600℃180Min的时候)上下两部分会有不良显示，也就是可以看到荧光显示。
这种现象能用你介绍的这些知识去进行粗略估计理解吗？

781995655 · 发表于 2015-11-23 09:07:46

“回火托氏体中的渗碳体呈颗粒状，因此表现出很好的韧性。”

这个不太理解了，颗粒状了还有高韧性？以我的常理有点难以理解。LZ能否稍加解释？

支撑楼主深研技术！

机小妖 · 发表于 2015-11-23 10:26:41

学习就是要从最基本学起，踏实，不至于往后出现问题天马行空乱想一通，脑子疼

lfdc · 发表于 2015-11-23 10:50:46

大侠，我能整理您的成果，然后打印出来和我同学分享吗

程一曦 · 发表于 2015-11-23 18:38:29

谢谢分享

huqiang_cool · 发表于 2015-11-23 19:34:07

大侠，请教一下！
假如我知道一种材料的元素成分，能否分析出材料基本的力学性能！比如说焊接时，知道焊条，母材的材料成分，能够推断焊缝区材料的性能

渔夫机修工 · 发表于 2015-11-23 22:41:36

我看到书上低温回火脆性是250-350。

gzzhangxuanlong · 发表于 2015-11-24 11:04:31

好资料，学习了。

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