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锻造厂淬火钢回火时的组织转变
- 2019-10-21-

  锻造厂进行淬火钢件回火时,按回火温度的髙低和组织转变的特征,可将钢的回火过程分为以下5个阶段。

  (1)马氏体中碳原子的偏聚

  马氏体是C在α-Fe中的过饱和间隙固溶体,C原子分布在体心立方的扁八面体间隙之中,造成了很大的弹性畸变,因此升高了马氏体的能量,使之处于不稳定的状态。

  在100℃以下回火时,C、N等间隙原子只能短距离扩散迁移,在晶体里部重新分布形成偏聚状态,以减低弹性应变能。对于板条马氏体,因有大量位错,C原子便偏聚于位错线附近,所以淬火钢在室温附近放置时,碳原子向位错线附近偏聚。对于片状马氏体,C原子则偏聚在预定晶面上,形成薄片状偏聚区。这些偏聚区的含碳量高于马氏体的平均含碳量, 为碳化物的析出创作了条件。

  (2)马氏体的分解

  当回火温度大于80℃时,马氏体将发生分解,马氏体中的碳浓度逐渐减低,晶格常数c减小,a增加,正方度c/a减小。马氏体的分解一直延续到350℃以上,在高合金钢中乃至可以延续到600℃。

  不同含碳量的马氏体的碳浓度随回火温度的变化规律。随着回火温度的升高,马氏体中含碳量不断减低。高碳钢的碳浓度随回火温度升髙减低很快,含碳量较低的钢中碳浓度减低较缓。

  马氏体的碳浓度与回火时间的关系:回火时间对马氏体中含碳量的影响较小,马氏体的碳浓度在回火初期下降很快,随后趋于平缓。回火温度越高,回火初期碳浓度下降越多。

  片状马氏体在100?250℃回火时,固溶于马氏体中的过饱和碳原子脱溶,沿着马氏体的预定晶面沉淀析出ε-FexC的碳化物(x≈2?3),其晶格结构为密排六方晶格,与母相之间有共格关系,并保持预定的晶体学位向关系。

  含碳量低于0.2%的板条马氏体,在淬火冷却时已经发生自回火,大部分碳原子都偏聚到了位错线附近,所以在200℃以下回火时没有ε-碳化物析出。

  高碳钢在350℃以下回火时,马氏体分解后形成的α相和弥散的ε-碳化物组成的复相组织称为回火马氏体。回火马氏体中的α相仍保持针状形态,由于它是两相组成的,较淬火马氏体容易腐蚀,故在金相显微镜下呈黑色针状组织,与下贝氏体很相似。

  (3)残余奥氏体的转变

  锻造厂在进行淬火的中、髙碳钢,组织中总含有少量残余奥氏体,在230?300℃温度区间回火时,残余奥氏体将发生分解,分解时遵循与过冷奥氏体分解相同的规律,转变产物为α相与碳化物,其中。

  α相的含碳量与同温下的回火马氏体是一样的,因此统称为回火马氏体。碳化物的粒子有所长大,但仍是很细很薄的片,并与母体保持着共格关系。残余奥氏体在越高温度(如600℃左右)恒温分解产物应是珠光体,而在这两个温度之间也有一奥氏体分解的稳定区,回火过程未能全分解的残余奥氏体在随后的冷却过程中有可能再一遍转变为马氏体,这就是二次淬火现象。

  这对高碳钢格外是高合金钢的热处理工艺有很大的实际意义,生产实践中往往利用这一原理来进一步增加钢的硬度。合金元索对残余奥氏体分解的影响和对过冷奥氏体的影响基本相同。

  (4)碳化物的转变

  在250?400℃温度区间回火时,马氏体里过饱和的碳原子差不多全脱溶,α相的含碳量基本已达到平衡含碳量(0.001%--0.02%),在低温下析出的碳化物(FexC)将转变为粒状碳化物化(Fe3C),α相在减低含碳量的同时,点阵晶格畸变开始消失。

  嵌镶块遂渐长大,变成多边形晶粒,也就是铁素体的恢复。这种由针状α相和与其无共格联系的细小颗粒与片状碳化物组成的机械混合物一般称为回火屈氏体。其组织特征是铁素体基体里分布着较细小的粒状碳化物。

  (5)渗碳体的聚集长大和α相回复、再结晶

  回火温度高于400℃后,析出的渗碳体开始聚集球化与粗化,这一过程是逋过小颗粒溶解,大颗粒沉积长大的机制进行的。在400℃以上回火时,α相已开始显明回复,即铁素体中的位错密度减低,剩下的位错通过重排、多边化形成位错网络、将铁素体晶粒分割成许多亚晶粒,

  但仍保持马氏体的外形。回火温度高于600℃时,α相开始再结晶,通过界面移动逐渐长大成等轴状晶粒,这时粒状渗碳体均勻分布在铁素体里面,同时,马氏体的针状形态消失。这种等轴状铁素体和细颗粒状渗碳体的机械混合物称为回火索氏体。

  综上所述,锻造厂进行碳钢或低合金钢的回火分为5个阶段,并主要得到:回火马氏体组织、回火屈氏体组织和回火索氏体组织。由于回火的各阶段受扩散因素所控制,因此其转变取决于回火温度和时间,其中温度是较为主要的因素。合金元素对回火转变有很大影响,一般都起妨碍作用,使回火转变的各阶段温度向高温推移。

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