回火脆性分析

回火脆性分析
如前所述，钢的韧性总的变化趋势是随回火温度提高而提高，但在350℃和500℃附近
回火时，冲击韧度值将明显下降(图9—10)。这种工件淬火后在某些温度区间回火产生的
瞻性明显增大现象，称回火脆性(temper brittleness)。
  1．第一类回火脆性
  在350％左右回火出现的回火脆性称为第一类回火脆性(embrittlement)(有时也称低温回
火脆性)。这种脆性几乎存在于所有的钢中。如果已经出现了第一类回火脆性，再加热到更高
温度回火，可以使冲击韧度值重新升高，此后再在此脆化温度区间回火，将不再产生脆性。所
以第一类回火脆性又被称为不可逆回火脆性。回火后的冷却速度对这类回火脆性没有影响。
    一般认为，低温回火脆性主要是马氏体分解时沿板条界、束界、孪晶带和原奥氏体晶界析
出脆性很大的渗碳体等碳化物薄膜(片)所致。杂质元素P、sn、sb、As等偏聚于晶界使晶
界弱化及板条间的残留奥氏体析出的碳化物薄膜则也使低温回火脆l生的程度增大。
    目前尚不能完全消除第一类回火脆性，但可采取以下方法防止或减轻：①降低钢中杂质
元素含量；②设法细化奥氏体晶粒(如采用A1脱氧或加入Nb、V、Ti等元素)；③加入
Mo、w等元素，可减轻第一类回火脆性；④采用等温淬火代替淬火加回火；⑤加入cr、si，
使发生回火脆性的温度避开所需进行的回火温度。
  2．第二类回火脆性
  第二类回火脆性(有时也称高温回火脆性)是指含cr、Mn、cr—Ni等元素的合金钢工
件淬火后，在脆化温度区(400—550％：)回火，或在更高温度回火后缓慢冷却所产生的回
火脆性。碳钢一般不出现第二类回火脆性。这种脆性可通过高于脆化温度的再次回火并快速
冷却予以消除。但消除后，如再次在脆化温度区间回火或在更高温度回火后缓慢冷却，则将重新脆化，故又称可逆回火脆性(revesible temper brittleness)。近年来，随着俄歇谱仪以及
电子探针等探测表面极薄层化学成分新技术的应用，人们发现，第二类回火脆性主要与杂质
元素P、sb、sn等在原奥氏体晶界及显微裂纹表面发生偏聚、使之脆化有关。对贝氏体组织
回火也会产生第二类回火脆性，但较弱。cr、Mn、Ni等合金元素与杂质元素的亲和力大于
Fe，其在向晶界偏聚时也促进杂质偏聚，因此含这类元素的合金钢对第二类回火脆性很敏
感。当cr、Mn、Ni复合加入时，回火脆性倾向就更为强烈。w、Mo等合金元素与杂质元素
的亲和力更大，在晶内与杂质元素形成化合物，从而避免杂质元素在晶界偏聚。钢中加入
Mo(wc=0．5％)或w(wc=1．0％)，便可基本防止回火脆性的产生。
    避免产生第二类回火脆性的关键在于设法消除有害杂质在晶界的偏聚。防止或减轻第二
类回火脆性的方法如下：①降低钢中杂质含量；②加入能抑制第二类回火脆性的合金元素
w、Mo等；③细化奥氏体晶粒，降低单位面积上的杂质偏聚量；④避免在脆化温度区间回
火，或在脆化温度以上回火加热后快冷；⑤对亚共析钢采用亚温淬火，使杂质元素分布于铁
素体中；⑥采用形变热处理，以增大晶界面积。
    由于回火脆性的存在，使可供选择的回火温度受到了限制，给调整力学性能和选材带来
一定困难。目前，人们仍在为回火脆性机理的研究不断努力着，以期找到有效的解决方法。
    五、非马氏体组织回火时的变化
    工件淬火时，由于各部位的冷却速度不同，其组织也不同，大于临界淬火速度的部位形
成马氏体，小于临界淬火速度的部位形成非马氏体组织(如下贝氏体、珠光体等)。回火
时，这些非马氏体组织发生的组织、性能变化如下：
    1．非马氏体组织回火时的转变
    贝氏体、珠光体等非马氏体组织的自由能虽低于马氏体，但高于粒状珠光体，所以这些
组织回火时，最终也趋于向最稳定的粒状珠光体状态转变。
    (1)珠光体组织的转变珠光体组织在回火时变化较小，因为它们已是稳定相组成的
组织。但是在较高温度下长时间回火，片状渗碳体将发生球化。片层越薄，球化的倾向越
大。例如，一般在450％：以上时托氏体中的渗碳体便开始球化并聚集长大；而珠光体则比较
稳定，在650~C以上长时间保温后，才能转变为粒状珠光体。
    (2)下贝氏体的转变下贝氏体与回火
马氏体相似，300％以下回火时，仅相与￡碳
化物都无变化；300％以上时，e碳化物开始
转变为渗碳体并聚集长大；400—500％时，
铁素体回复与再结晶，渗碳体聚集并球化。
    2．非马氏体组织在回火时的性能变化
    各种非马氏体组织的硬度随回火温度
提高而降低。图9一l l所示为1、9钢不同组
织在回火时的硬度变化情况，可以看出，
各种组织硬度开始下降的温度分别为：马
氏体一200％；下贝氏体一300％；托氏体一400％；索氏体一550~C。
    合金钢非马氏体组织硬度下降的温度一般较高，且下降的速度较慢。
    韧性、塑性随回火温度的变化一般具有如下规律：马氏体、贝氏体、珠光体组织在回火达到相同强度时(不出现回火脆性)，马氏体或贝氏体回火组织的韧性、塑性较好，珠光体
回火组织较差。