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            鍛造廠淬火鋼回火時的組織轉變
            - 2019-10-21-

              鍛造廠進行淬火鋼件回火時,按回火溫度的髙低和組織轉變的特征,可將鋼的回火過程分為以下5個階段。

             ?。?)馬氏體中碳原子的偏聚

              馬氏體是C在α-Fe中的過飽和間隙固溶體,C原子分布在體心立方的扁八面體間隙之中,造成了很大的彈性畸變,因此升高了馬氏體的能量,使之處于不穩定的狀態。

              在100℃以下回火時,C、N等間隙原子只能短距離擴散遷移,在晶體里部重新分布形成偏聚狀態,以減低彈性應變能。對于板條馬氏體,因有大量位錯,C原子便偏聚于位錯線附近,所以淬火鋼在室溫附近放置時,碳原子向位錯線附近偏聚。對于片狀馬氏體,C原子則偏聚在預定晶面上,形成薄片狀偏聚區。這些偏聚區的含碳量高于馬氏體的平均含碳量, 為碳化物的析出創作了條件。

              (2)馬氏體的分解

              當回火溫度大于80℃時,馬氏體將發生分解,馬氏體中的碳濃度逐漸減低,晶格常數c減小,a增加,正方度c/a減小。馬氏體的分解一直延續到350℃以上,在高合金鋼中乃至可以延續到600℃。

              不同含碳量的馬氏體的碳濃度隨回火溫度的變化規律。隨著回火溫度的升高,馬氏體中含碳量不斷減低。高碳鋼的碳濃度隨回火溫度升髙減低很快,含碳量較低的鋼中碳濃度減低較緩。

              馬氏體的碳濃度與回火時間的關系:回火時間對馬氏體中含碳量的影響較小,馬氏體的碳濃度在回火初期下降很快,隨后趨于平緩?;鼗饻囟仍礁?,回火初期碳濃度下降越多。

              片狀馬氏體在100?250℃回火時,固溶于馬氏體中的過飽和碳原子脫溶,沿著馬氏體的預定晶面沉淀析出ε-FexC的碳化物(x≈2?3),其晶格結構為密排六方晶格,與母相之間有共格關系,并保持預定的晶體學位向關系。

              含碳量低于0.2%的板條馬氏體,在淬火冷卻時已經發生自回火,大部分碳原子都偏聚到了位錯線附近,所以在200℃以下回火時沒有ε-碳化物析出。

              高碳鋼在350℃以下回火時,馬氏體分解后形成的α相和彌散的ε-碳化物組成的復相組織稱為回火馬氏體?;鼗瘃R氏體中的α相仍保持針狀形態,由于它是兩相組成的,較淬火馬氏體容易腐蝕,故在金相顯微鏡下呈黑色針狀組織,與下貝氏體很相似。

             ?。?)殘余奧氏體的轉變

              鍛造廠在進行淬火的中、髙碳鋼,組織中總含有少量殘余奧氏體,在230?300℃溫度區間回火時,殘余奧氏體將發生分解,分解時遵循與過冷奧氏體分解相同的規律,轉變產物為α相與碳化物,其中。

              α相的含碳量與同溫下的回火馬氏體是一樣的,因此統稱為回火馬氏體。碳化物的粒子有所長大,但仍是很細很薄的片,并與母體保持著共格關系。殘余奧氏體在越高溫度(如600℃左右)恒溫分解產物應是珠光體,而在這兩個溫度之間也有一奧氏體分解的穩定區,回火過程未能全分解的殘余奧氏體在隨后的冷卻過程中有可能再一遍轉變為馬氏體,這就是二次淬火現象。

              這對高碳鋼格外是高合金鋼的熱處理工藝有很大的實際意義,生產實踐中往往利用這一原理來進一步增加鋼的硬度。合金元索對殘余奧氏體分解的影響和對過冷奧氏體的影響基本相同。

              (4)碳化物的轉變

              在250?400℃溫度區間回火時,馬氏體里過飽和的碳原子差不多全脫溶,α相的含碳量基本已達到平衡含碳量(0.001%--0.02%),在低溫下析出的碳化物(FexC)將轉變為粒狀碳化物化(Fe3C),α相在減低含碳量的同時,點陣晶格畸變開始消失。

              嵌鑲塊遂漸長大,變成多邊形晶粒,也就是鐵素體的恢復。這種由針狀α相和與其無共格聯系的細小顆粒與片狀碳化物組成的機械混合物一般稱為回火屈氏體。其組織特征是鐵素體基體里分布著較細小的粒狀碳化物。

             ?。?)滲碳體的聚集長大和α相回復、再結晶

              回火溫度高于400℃后,析出的滲碳體開始聚集球化與粗化,這一過程是逋過小顆粒溶解,大顆粒沉積長大的機制進行的。在400℃以上回火時,α相已開始顯明回復,即鐵素體中的位錯密度減低,剩下的位錯通過重排、多邊化形成位錯網絡、將鐵素體晶粒分割成許多亞晶粒,

              但仍保持馬氏體的外形?;鼗饻囟雀哂?00℃時,α相開始再結晶,通過界面移動逐漸長大成等軸狀晶粒,這時粒狀滲碳體均勻分布在鐵素體里面,同時,馬氏體的針狀形態消失。這種等軸狀鐵素體和細顆粒狀滲碳體的機械混合物稱為回火索氏體。

              綜上所述,鍛造廠進行碳鋼或低合金鋼的回火分為5個階段,并主要得到:回火馬氏體組織、回火屈氏體組織和回火索氏體組織。由于回火的各階段受擴散因素所控制,因此其轉變取決于回火溫度和時間,其中溫度是較為主要的因素。合金元素對回火轉變有很大影響,一般都起妨礙作用,使回火轉變的各階段溫度向高溫推移。

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