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金属钢管的回火

一、回火定义

    回火是将工件淬硬后加热到Ac1以下的某一温度,保温一定时间,然后冷却到室温的热处理工艺。回火使工件获得所需的使用性能。  

二、回火目的  

    淬火后的钢一般很少直接使用,因为淬火后的组织是马氏体和残余奥氏体,并且有内应力产生,马氏体虽然强度、硬度高,但塑性差,脆性大,在内应力作用下容易产生变形和开裂;此外,淬火后组织是不稳定的,在室温下就能缓慢分解,产生体积变化而导致工件变形。因此,淬火后的零件必须进行回火才能使用。

     回火的目的是:

    (1)减少或消除淬火内应力;

    (2)稳定组织,稳定尺寸;

    (3)降低脆性、获得所需要的力学性能。  

三、回火时组织与性能的变化 

    淬火钢的组织转变可分为四个阶段:马氏体的分解(200℃以下)→残余奥氏体分解(200~300℃)→渗碳体的形成(250~400℃)→渗碳体聚集长大(400℃以上)。随着回火温度升高,淬火内应力不断下降或消除,硬度逐渐下降,塑性、韧性逐渐升高。     
四、回火脆性

回火

回火脆性(temper brittleness)淬火钢在某些温度区间回火或从回火温度缓慢冷却通过该温度区间的脆化现象,回火脆性可分为第一类回火脆性和第二类回火脆性。

回火脆性,是指淬火钢回火后出现韧性下降的现象。淬火钢在回火时,随着回火温度的升高,硬度降低,韧性升高,但是在许多钢的回火温度与冲击韧性的关系曲线中出现了两个低谷,一个在 200~400℃之间,另一个在450~650℃之间。随回火温度的升高,冲击韧性反而下降的现象,回火脆性可分为第一类回火脆性和第二类回火脆性。

第一类回火脆性

第一类回火脆性又称不可逆回火脆性,低温回火脆性,主要发生在回火温度为 250~400℃时,  特征  (1)具有不可逆性;

(2)与回火后的冷却速度无关;

(3)断口为沿晶脆性断口。  

 1、产生的原因三种观点:

(1)残余A转变理论

(2)碳化物析出理论

(3)杂质偏聚理论

2、防止方法

  无法消除,不在这个温度范围内回火,没有能够有效抑制产生这种回火脆性的合金元素

  (1)降低钢中杂质元素的含量;

  (2)用Al脱氧或加入Nb、V、Ti等合金元素细化A晶粒;

  (3)加入Mo、W等可以减轻;

  (4)加入Cr、Si调整温度范围(推向高温);

    (5)采用等温淬火代替淬火回火工艺。

 

第二类回火脆性

  第二类回火脆性又称可逆回火脆性,高温回火脆性。发生的温度在 400~650℃,

  特征  

(1)具有可逆性;  

(2)与回火后的冷却速度有关;

(3)回火保温后,缓冷出现,快冷不出现,出现脆化后可重新加热后快冷消除。 

(4)在脆化区内回火,回火后脆化与冷却速度无关; 

(5)断口为沿晶脆性断口。

  3、影响第二类回火脆性的因素

(1)化学成分

(2)A晶粒大小

(3)热处理后的硬度

  4、产生的机理

(1)出现回火脆性时,Ni、Cr、Sb、Sn、P等都向原A晶界偏聚,都集中在2~3个原子厚度的晶界上,回火脆性随杂质元素的增多而增大。Ni、Cr不仅自身偏聚,而且促进杂质元素的偏聚。

(2)淬火未回火或回火未经脆化处理的,均未发现合金元素及杂质元素的偏聚现象。

(3)合金元素Mo能抑制杂质元素向A晶界的偏聚,而且自身也不偏聚。

  以上说明:Sb、Sn、P等杂质元素向原A晶界偏聚是产生第二类回火脆性的主要原因,而Ni、Cr不仅促进杂质元素的偏聚,且本身也偏聚,从而降低了晶界的断裂强度,产生回火脆性。

  5、防止方法

  (1)提高钢材的纯度,尽量减少杂质;

  (2)加入适量的Mo、W等有益的合金元素;

  (3)对尺寸小、形状简单的零件,采用回火后快冷的方法;

  (4)采用亚温淬火(A1~A3):细化晶粒,减少偏聚。加热后为A+F(F为细条状),杂质会在F中富集,且F溶解杂质元素的能力较大,可抑制杂质元素向A晶界偏聚。

  (5)采用高温形变热处理,使晶粒超细化,晶界面积增大,降低杂质元素偏聚的浓度。 

五、常出现哪些回火缺陷?如何进行补救?

(1)硬度过高及其补救措施

1)主要是回火不足造成的,一方面可能是回火温度太低,别一方面也可能是何温时间太短,导致辞组织转变未能完成或不完全造成的。

2)补救措施

调整工艺,重新回火,或延长回火保温时间。

(2)硬度不足及其补救措施

1)主要是回火温度超过了正常回火温度范围,或保温时间太长,使工件组织转变为硬度较低的组织,从而造成硬度不足。

2)补救方法

对低温、中温回火的工件应在退火或正火后重新淬火、回火;对高温回火工件,可重新直接淬火、回火。

(3)变形与开裂及其补救措施

对渗碳钢件,淬火后必须及时进行回火,否则在室温下停留时间过长,零件应力较大,将会有自行形裂的危险。对形状复杂的工件,回火加热时应采用较慢的加热速度,加热过急,容易造成工件的变形与开裂。

(4)回火脆性及其补救措施

对于低温回火的工件,回火温度应避开第一类回火脆性区;对于高温回火,如果具有第二类回火脆性的钢材,回火后应注意采取快速冷却,如水冷或油冷,严防停电工件随炉缓冷。

六、回火类型

1、低温回火

    低温回火(150-250摄氏度)目的是在保证淬火后的高硬度和耐磨性的基础上,降低淬火应力,提高工件韧性。低温回火得到的是马氏体组织,硬度可达58-64HRC。常用于处理高碳工具钢、模具钢、滚动轴承及渗碳钢等零件。
2、中温回火

    中温回火(350-500摄氏度)得到的组织为回火托氏体,他具有高的弹性极限、屈服强度及屈强比,同时具有一定的塑性和韧性,硬度一般为35~45HRC。常作为各种弹簧的热处理。与中温碳化物之形成无关,因此对回火软化无关。此类元素所造成之硬化效果,主要是靠固溶体硬化机构所达成的。另一类合金元素,例如铬、钼、钨、钒等,由于其为碳化物形成之一份子,因此他们的扩散速率也就影响了回火软化的速率。
3、高温回火

    高温回火(500-650摄氏度)通常把淬火后在进行高温回火处理称为调质处理。调质处理得到的是回火索氏体组织,具有良好的综合性能。在许多重要的机械结构件中,如受力比较复杂的连杆,重要的螺栓、齿轮几周类零件,得到了广泛应用。中高碳钢调质处理后的硬度一般为200~350HBW。调质处理后的力学性能与正火相比,不仅强度高,而且塑性和韧性也较好。这是因为调制后得到的回火索氏体中的渗碳体呈颗粒状,而正火得到的索氏体中的渗碳体则呈片状,颗粒状的渗碳体对阻止断裂过程中裂纹的扩展比片状渗碳体更有利。


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