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金屬鋼管的回火

一、回火定義

    回火是將工件淬硬后加熱到Ac1以下的某一溫度,保溫一定時(shí)間,然后冷卻到室溫的熱處理工藝?;鼗鹗构ぜ@得所需的使用性能。  

二、回火目的  

    淬火后的鋼一般很少直接使用,因?yàn)榇慊鸷蟮慕M織是馬氏體和殘余奧氏體,并且有內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生,馬氏體雖然強(qiáng)度、硬度高,但塑性差,脆性大,在內(nèi)應(yīng)力作用下容易產(chǎn)生變形和開裂;此外,淬火后組織是不穩(wěn)定的,在室溫下就能緩慢分解,產(chǎn)生體積變化而導(dǎo)致工件變形。因此,淬火后的零件必須進(jìn)行回火才能使用。

     回火的目的是:

    (1)減少或消除淬火內(nèi)應(yīng)力;

    (2)穩(wěn)定組織,穩(wěn)定尺寸;

    (3)降低脆性、獲得所需要的力學(xué)性能。  

三、回火時(shí)組織與性能的變化 

    淬火鋼的組織轉(zhuǎn)變可分為四個(gè)階段:馬氏體的分解(200℃以下)→殘余奧氏體分解(200~300℃)→滲碳體的形成(250~400℃)→滲碳體聚集長大(400℃以上)。隨著回火溫度升高,淬火內(nèi)應(yīng)力不斷下降或消除,硬度逐漸下降,塑性、韌性逐漸升高。     
四、回火脆性

回火

回火脆性(temper brittleness)淬火鋼在某些溫度區(qū)間回火或從回火溫度緩慢冷卻通過該溫度區(qū)間的脆化現(xiàn)象,回火脆性可分為第一類回火脆性和第二類回火脆性。

回火脆性,是指淬火鋼回火后出現(xiàn)韌性下降的現(xiàn)象。淬火鋼在回火時(shí),隨著回火溫度的升高,硬度降低,韌性升高,但是在許多鋼的回火溫度與沖擊韌性的關(guān)系曲線中出現(xiàn)了兩個(gè)低谷,一個(gè)在 200~400℃之間,另一個(gè)在450~650℃之間。隨回火溫度的升高,沖擊韌性反而下降的現(xiàn)象,回火脆性可分為第一類回火脆性和第二類回火脆性。

第一類回火脆性

第一類回火脆性又稱不可逆回火脆性,低溫回火脆性,主要發(fā)生在回火溫度為 250~400℃時(shí),  特征 ?。?)具有不可逆性;

(2)與回火后的冷卻速度無關(guān);

(3)斷口為沿晶脆性斷口。  

 1、產(chǎn)生的原因三種觀點(diǎn):

(1)殘余A轉(zhuǎn)變理論

(2)碳化物析出理論

(3)雜質(zhì)偏聚理論

2、防止方法

  無法消除,不在這個(gè)溫度范圍內(nèi)回火,沒有能夠有效抑制產(chǎn)生這種回火脆性的合金元素

  (1)降低鋼中雜質(zhì)元素的含量;

  (2)用Al脫氧或加入Nb、V、Ti等合金元素細(xì)化A晶粒;

 ?。?)加入Mo、W等可以減輕;

 ?。?)加入Cr、Si調(diào)整溫度范圍(推向高溫);

    (5)采用等溫淬火代替淬火回火工藝。

 

第二類回火脆性

  第二類回火脆性又稱可逆回火脆性,高溫回火脆性。發(fā)生的溫度在 400~650℃,

  特征  

(1)具有可逆性;  

(2)與回火后的冷卻速度有關(guān);

(3)回火保溫后,緩冷出現(xiàn),快冷不出現(xiàn),出現(xiàn)脆化后可重新加熱后快冷消除?!?/p>

(4)在脆化區(qū)內(nèi)回火,回火后脆化與冷卻速度無關(guān); 

(5)斷口為沿晶脆性斷口。

  3、影響第二類回火脆性的因素

(1)化學(xué)成分

(2)A晶粒大小

(3)熱處理后的硬度

  4、產(chǎn)生的機(jī)理

(1)出現(xiàn)回火脆性時(shí),Ni、Cr、Sb、Sn、P等都向原A晶界偏聚,都集中在2~3個(gè)原子厚度的晶界上,回火脆性隨雜質(zhì)元素的增多而增大。Ni、Cr不僅自身偏聚,而且促進(jìn)雜質(zhì)元素的偏聚。

(2)淬火未回火或回火未經(jīng)脆化處理的,均未發(fā)現(xiàn)合金元素及雜質(zhì)元素的偏聚現(xiàn)象。

(3)合金元素Mo能抑制雜質(zhì)元素向A晶界的偏聚,而且自身也不偏聚。

  以上說明:Sb、Sn、P等雜質(zhì)元素向原A晶界偏聚是產(chǎn)生第二類回火脆性的主要原因,而Ni、Cr不僅促進(jìn)雜質(zhì)元素的偏聚,且本身也偏聚,從而降低了晶界的斷裂強(qiáng)度,產(chǎn)生回火脆性。

  5、防止方法

 ?。?)提高鋼材的純度,盡量減少雜質(zhì);

 ?。?)加入適量的Mo、W等有益的合金元素;

 ?。?)對尺寸小、形狀簡單的零件,采用回火后快冷的方法;

 ?。?)采用亞溫淬火(A1~A3):細(xì)化晶粒,減少偏聚。加熱后為A+F(F為細(xì)條狀),雜質(zhì)會(huì)在F中富集,且F溶解雜質(zhì)元素的能力較大,可抑制雜質(zhì)元素向A晶界偏聚。

 ?。?)采用高溫形變熱處理,使晶粒超細(xì)化,晶界面積增大,降低雜質(zhì)元素偏聚的濃度。 

五、常出現(xiàn)哪些回火缺陷?如何進(jìn)行補(bǔ)救?

(1)硬度過高及其補(bǔ)救措施

1)主要是回火不足造成的,一方面可能是回火溫度太低,別一方面也可能是何溫時(shí)間太短,導(dǎo)致辭組織轉(zhuǎn)變未能完成或不完全造成的。

2)補(bǔ)救措施

調(diào)整工藝,重新回火,或延長回火保溫時(shí)間。

(2)硬度不足及其補(bǔ)救措施

1)主要是回火溫度超過了正?;鼗饻囟确秶虮貢r(shí)間太長,使工件組織轉(zhuǎn)變?yōu)橛捕容^低的組織,從而造成硬度不足。

2)補(bǔ)救方法

對低溫、中溫回火的工件應(yīng)在退火或正火后重新淬火、回火;對高溫回火工件,可重新直接淬火、回火。

(3)變形與開裂及其補(bǔ)救措施

對滲碳鋼件,淬火后必須及時(shí)進(jìn)行回火,否則在室溫下停留時(shí)間過長,零件應(yīng)力較大,將會(huì)有自行形裂的危險(xiǎn)。對形狀復(fù)雜的工件,回火加熱時(shí)應(yīng)采用較慢的加熱速度,加熱過急,容易造成工件的變形與開裂。

(4)回火脆性及其補(bǔ)救措施

對于低溫回火的工件,回火溫度應(yīng)避開第一類回火脆性區(qū);對于高溫回火,如果具有第二類回火脆性的鋼材,回火后應(yīng)注意采取快速冷卻,如水冷或油冷,嚴(yán)防停電工件隨爐緩冷。

六、回火類型

1、低溫回火

    低溫回火(150-250攝氏度)目的是在保證淬火后的高硬度和耐磨性的基礎(chǔ)上,降低淬火應(yīng)力,提高工件韌性。低溫回火得到的是馬氏體組織,硬度可達(dá)58-64HRC。常用于處理高碳工具鋼、模具鋼、滾動(dòng)軸承及滲碳鋼等零件。
2、中溫回火

    中溫回火(350-500攝氏度)得到的組織為回火托氏體,他具有高的彈性極限、屈服強(qiáng)度及屈強(qiáng)比,同時(shí)具有一定的塑性和韌性,硬度一般為35~45HRC。常作為各種彈簧的熱處理。與中溫碳化物之形成無關(guān),因此對回火軟化無關(guān)。此類元素所造成之硬化效果,主要是靠固溶體硬化機(jī)構(gòu)所達(dá)成的。另一類合金元素,例如鉻、鉬、鎢、釩等,由于其為碳化物形成之一份子,因此他們的擴(kuò)散速率也就影響了回火軟化的速率。
3、高溫回火

    高溫回火(500-650攝氏度)通常把淬火后在進(jìn)行高溫回火處理稱為調(diào)質(zhì)處理。調(diào)質(zhì)處理得到的是回火索氏體組織,具有良好的綜合性能。在許多重要的機(jī)械結(jié)構(gòu)件中,如受力比較復(fù)雜的連桿,重要的螺栓、齒輪幾周類零件,得到了廣泛應(yīng)用。中高碳鋼調(diào)質(zhì)處理后的硬度一般為200~350HBW。調(diào)質(zhì)處理后的力學(xué)性能與正火相比,不僅強(qiáng)度高,而且塑性和韌性也較好。這是因?yàn)檎{(diào)制后得到的回火索氏體中的滲碳體呈顆粒狀,而正火得到的索氏體中的滲碳體則呈片狀,顆粒狀的滲碳體對阻止斷裂過程中裂紋的擴(kuò)展比片狀滲碳體更有利。


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