零讀雜談（熱處理十七）

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不知不覺地，已經寫到十七了。本以為可以在二十之前結束基本熱處理的，但現在看來是不太可能了。呵呵，到哪兒算哪兒吧。看到有大俠已經開始閱讀《材料工程基礎》了，挺好，那本書值得深讀。結構很好，從原子理論開始，到晶格結構，到固溶、擴散。當然，寫完基本熱處理之后，我也會開始寫那一部分。最近確實比較忙，如果沒更新，還望諸位多擔待。

讀書：《金屬材料及熱處理》　陸大纮　許晉堃　合編
" [6 N* o7 p& S4 q; f　　　人民鐵道出版社

2 l, M( T9 F& g& e, h　　　雜談十七
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回火鋼的性能變化
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7 l- b6 Z& Y3 @, f. s從前一雜談我們知道，淬火鋼的整個回火過程，其實就是馬氏體、殘余奧氏體組織分界，滲碳體顆粒長大并與鐵素體結合為新的組織的過程。而這一過程，同是會伴隨著一個總的機械性能變化趨勢。即，雖回火穩定升高，硬度、強度下降，而塑性和韌性提高。這其中也有一些特別情況。高碳工具鋼在100℃左右回火時，根據我們前面說的回火過程，碳原子大量偏聚，100℃以后，ε——碳化物大量析出。而ε——碳化物硬度比馬氏體更高，因此這一階段，鋼的硬度不僅不降，反而會出現一個增加。這個現象叫做彌散硬化。同樣，高碳工具鋼在200~250℃間，由于發生殘余奧氏體的馬氏體化，因此硬度又會有一次小幅的回升。
, ~1 H' H. F$ _; @現實使用中，當回火溫度較低時，鋼的強度和硬度主要決定于馬氏體的含碳量。而當回火溫度較高時，則主要決定于滲碳體的分散程度和，晶粒度。滲碳體質點越細小，分布越均勻，晶粒度越高，強度和硬度亦越高。
3 i# v2 {9 @  Z鋼的回火種性能變化，可以基本描述為下面兩圖。其中，第一幅描述整個回火過程中的主要變化。第二幅描述不同碳鋼硬度和回火溫度的關系。

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我們選擇使用材料，一方面要考慮其硬度和強度需求，另一方面，還要考慮韌性需求。回火工藝主要就是平衡和選擇合適的匹配的工藝。以40號鋼為例，硬度在200℃回火時，基本達到一個最大值。而強度會隨著回火繼續有一個小幅提升，在240℃左右達到最大（殘余奧氏體轉變）。隨后便會一直下降。但韌性，包括延展率、沖擊韌性、斷面收縮率都會在整個過程中表現出一直上升的狀態。40號鋼在回火到600~650℃時，會出現高塑性表現，此時的綜合機械性能最好。而此時得到的是回火索氏體組織。這個與退火、正火得到的直接索氏體組織不同。回火索氏體中的滲碳體為顆粒狀，而直接索氏體為細片狀。而往往來說，顆粒狀的機械性能要優于片狀。同樣的還有回火托氏體和直接托氏體組織，是類似的道理。如下圖。

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回火工藝。
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鋼的回火性能只與回火的溫度和時間有關，而與回火后的冷卻速度無關。（對于某些合金鋼不適用）。回火的溫度決定形態，回火時間決定均勻化程度和晶粒度。
* q  v" X  Y& g6 M! c& z. E3 ~在實際生產中，主要通過以下方法確定碳鋼的回火溫度。
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1。應用回火溫度和硬度的關系曲線，或者生產中總結出來的有關圖標，按照要求的硬度確定回火溫度。這里插一句，作為設計人員，經常會在圖紙的技術要求中注明基本熱處理工藝和硬度要求，或者直接注明硬度要求。即是為生產中選擇使用合適的熱處理工藝，達到設計者要求的材料組織性能而作的直接指示。從這點上說，我跟人很反感生產按個人理解發揮，雖然最終的硬度偏差可能很小，但是由于沒有選擇合理的工藝，其最終產品的性能是和設計者與其迥然的。因此，作為設計人員，一定要對自己的設計意圖和熱處理要求有一個清醒的認識。從認知原材料到最終成品形態，都要清洗明了。該堅持的堅持。下圖為這一方法的一個例表。

2。應用經驗公式進行計算。這里必須要說，經驗公式是生產中總結的結果，只針對特定的環境和材料。因此使用中要有清醒的認識。
如對于45號鋼，當要求硬度大于HRC30時，回火溫度（℃）=200+11x（60-要求的HRC硬度值）。
. j5 h9 M) W0 K& s6 }當要求硬度小于HRC30時，回火溫度（℃）=200+12x（60-要求的HRC硬度值）
當含碳量不為0.45%時，C%每增加或者減少0.05%，回火溫度應相應增加或減少10~15℃

生產中按工件性能要求的不同，通常將回火分為三類。
; W. X( n& @9 B) O1。低溫回火（150~250℃）
低溫回火的目的是消除淬火應力，降低淬火鋼中的殘余奧氏體的含量。在保持高硬度和耐磨性的同時，適當提升塑性、韌性。避免材料的時效開裂。低溫回火后組織是回火馬氏體。低溫回火主要用于高碳工具鋼與合金工具鋼的量具、刃具、冷沖壓模具以及軸承滾動體、滲碳件等。
對于高精密偶件（內燃機車燃油泵柱塞副）與量具的尺寸穩定性和耐磨性，可以在100~150℃進行長時間低溫回火（數十小時）。這種回火叫也被稱為時效處理或者尺寸穩定處理。必須要說，這種時效同自然時效不同。屬于人為干涉的快速時效處理。
由于人們對于板條馬氏體的認識加深、以及板條馬氏體的應用擴展，對于低碳合金鋼如20CrMn，20MnVB等，淬火+ 低溫回火得到的板條馬氏體，不僅強度高（1000~1600Mpa抗拉），而且依舊能保持良好的塑性和韌性。（ak可達6~7Kg*m/cm^2）另外，隨著對于細晶粒鋼和極細晶粒鋼的研究，一些低碳合金鋼再進行多次淬火回火工藝后，能得到更高的強度和韌性。這些板條馬氏體鋼目前已在很多領域有廣泛的應用。
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2。中溫回火（350~500℃）
2 e4 |- }+ Y3 g1 _4 a" u, N中溫回火的目的是得到回火托氏體組織（HRC38~50）。回火托氏體具有高彈性、高屈服極限、高強度極限和足夠的韌性，因此最適合用于彈簧等彈性體的熱處理。回火托氏體中的滲碳體呈顆粒狀，因此表現出很好的韌性。

3。高溫回火（500~650℃）
高溫揮霍適用于含碳量0.3~0.5%的中碳鋼，回火后得到綜合機械性能良好的回火索氏體。HRC25~35。具有良好的綜合機械性能。生產中廣泛應用于機械結構零件如軸、連桿、齒輪等制造中。一般生產上將淬火+高溫回火合稱為調質處理。
正如之間說淬透性時提到的，調質零件如果有截面一致性要求，則必須保證整個零件能淬透。因此隨著調質零件的尺寸與受力情況不同，要求的淬透性亦不同。另外，隨著新熱處理技術的應用，一些以前無法做到的局部熱處理工藝也在成熟。
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中溫及高溫回火可以適用井式爐或者鹽浴爐，低溫回火宜采用油浴，爐溫力求均勻。

繼續說昨天提到的回火脆性問題。回火脆性分兩種，第一類回火脆性和第二類回火脆性。
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第一類回火脆性是250~400℃之間，具備不可逆性，與回火后的冷卻速度無關，斷口為沿晶脆性斷裂。第一類回火脆性也稱不可逆回火脆性或者低溫回火脆性。
) F2 u) l! ^" ]7 h2 e目前對于這類脆性的成因大致有三種，殘余奧氏體轉變論，碳化物析出論，雜質偏聚論。
# y% g7 t# x: T正如其名稱中的不可逆一樣，第一類回火脆性無法防止和消除。因此生產中應避免這一回火溫度范圍。

第二類回火脆性發生在高溫區，400~650℃，又稱可逆回火脆性。
第二類回火脆性主要表現為，可逆性；與回火后冷卻速度有關（回火保溫后，緩冷出現，快冷不出現。出現脆化后，重新加熱快冷亦可消除）；斷口為沿晶脆性斷口。
( ]2 U' \2 U; W9 S. }9 [" f第二類回火脆性主要由材料中的Ni、Cr、Sb、Sn、P等元素的偏聚引起。因此第二類回火脆性伴隨雜質元素的增多而增大。其中，Ni，Cr不僅自身偏聚，而且促進雜質元素的偏聚。
  p; B( d0 }7 o因此對于第二類回火脆性的防止，一般有以下幾種方法。
1。提高材料純度，減少雜質。
; ^* b  i/ L0 `( x" f( b2。加入Mo、W等有益元素。Mo元素能有效抑制雜質元素的晶界偏聚，而且自身也不偏聚。
3。對尺寸小、形狀簡單的零件，采用回火后快冷的處理方法。
4。采用亞溫淬火（A1~A3）：細化晶粒，減少偏聚度。
5。采用高溫變形熱處理，使晶粒超細化。晶界面積增大，降低雜質偏聚度。
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0 W% s0 @' f# I6 d. w回火中常見的問題有兩種。
6 Y: l' m7 I- x5 K0 d1。硬度偏差。主要是油浴回火溫度控制不擋導致。硬度偏高可重新進行回火，提高控制回火溫度到合適范圍。偏低則必須重新淬火再回火。
, Y8 a/ d7 z# X7 g2 F4 l4 q2。回火后韌性不足。有時發現為磨削時發生裂紋。一般多為發生回火脆性導致。應檢查避開回火脆性區或者選擇合適的方法避免回火脆性。如不在回火脆性范圍內，可適當提高回火溫度或延長回火時間。

5 B) p' O6 y0 J$ L哈，努力了一下，把回火剩下的部分寫完了。下周是一個大章節，表面熱處理。可能一個周末說不完。感謝參與。

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學習學習

半途而廢

請問一下，你這些是只能用于普通鋼材的部分還是說可以對合金鋼之類的也能這樣子理解？另對于立方氮化硼之類的產品和合金鋼壓在一起做成的東西該怎么去理解一個相當于回火過程產生的耐熱不良現象？
  Y/ k! W, {  G; Z如圖：圖中右側產品中間部分有一不良顯示（熒光顯示），上層為立方氮化硼的東西，下層為合金（Co含量在13%），有時經過耐熱后（尤其是600℃180Min的時候)上下兩部分會有不良顯示，也就是可以看到熒光顯示。
這種現象能用你介紹的這些知識去進行粗略估計理解嗎？

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“回火托氏體中的滲碳體呈顆粒狀，因此表現出很好的韌性。”
  B; I$ h, w. K+ r# I
/ c! A8 q2 h, z2 p* S這個不太理解了，顆粒狀了還有高韌性？以我的常理有點難以理解。LZ能否稍加解釋？
9 F* ?1 C) k* b6 e  v4 @( S
支撐樓主深研技術！

機小妖

學習就是要從最基本學起，踏實，不至于往后出現問題天馬行空亂想一通，腦子疼

lfdc

大俠，我能整理您的成果，然后打印出來和我同學分享嗎

程一曦

謝謝分享

huqiang_cool

大俠，請教一下！
: p* M' r! x* X8 e' Z假如我知道一種材料的元素成分，能否分析出材料基本的力學性能！比如說焊接時，知道焊條，母材的材料成分，能夠推斷焊縫區材料的性能

漁夫機修工

我看到書上低溫回火脆性是250-350。

gzzhangxuanlong

好資料，學習了。