回火及回火脆性 

回火脆性！ 回火 tempering

将经过淬火的 工件重新加热到低于下临界温度的适当温度，保温一段时间后在空气或水、油等介质中冷却的金属热处理。钢铁工件在淬火后具有以下特点：①得到了马氏体 、贝氏体、残余奥氏体等不平衡（即不稳定）组织。②存在较大内应力。③力学性能不能满足

要求。因此，钢铁工件淬火后一般都要经过回火。

作用 回火的作用在于：①提高组织稳定性，使工件在使用过程中不再发生组织转变，从而使工件几何尺寸和性能保持稳定。②消除内应力，以便改善工件的使用性能并稳定工件几何尺寸。③调整钢铁

的力学性能以满足使用要求。

回火之所以具有这些作用，是因为温度升高时，原子活动能力增强，钢铁中的铁、碳和其他合金元素的原子可以较快地进行扩散，实现原子的重 新排列组合，从而使不稳定的不平衡组织逐步转变为稳定的平衡组织。内应力的消除还与温度升高时金属强度降低有关。一般钢铁回火时，硬度和强度下降，塑性提 高。回火温度越高，这些力学性能的变化越大。有些合金元素含量较高的合金钢，在某一温度范围回火时，会析出一些颗粒细小的金属化合物，使强度和硬度上升。

这种现象称为二次硬化。

要求 用途不同的工件应在不同温度下回火，以满足使用中的要

求。①刀具、轴承、渗碳淬火零件、表面淬火零件通常在250℃以下进行低温回火 。低温回火后硬度变化不大，内应力减小 ，韧性稍有提高 。②弹簧在 350～500℃下中温回火，可获得较高的弹性和必要的韧性。③中碳结构钢制作的零件通常在500～600℃进行高温回火，以获得适宜的强度与韧性的良好 配合。淬火加高温回火的热处理工

艺总称为调质。

钢在300℃左右回火时 ，常使其脆性增大，这种现象称为第一类回火脆性。一般不应在这个温度区间回火。某些中碳合金结构钢在高温回火后，如果缓慢冷至室温，也易于变脆。这种现象 称为第二类回火脆性。在钢中加入钼，或回火时在油或水中冷却，都可以防止第二类回火脆性。将第二类回火脆性的钢重新加热至原来的回火温

度，便可以消除这种 脆性。

________________________________________

回火 tempering

将淬火成 马氏体的钢加热到临界点A1以下某个温度，保温适当时间，再冷到室温的一种热处理工艺。回火的目的在于消除淬火应力，使钢的组织转变为相对稳定状态。在不 降低或适当降低钢的硬度和强度的条件下改善钢的塑性和韧性，以获得所希望的性能。中碳和高碳钢淬火后通常硬度很高，但很脆，一般需经回火处理才能使用。钢 中的淬火马氏体，是碳在α-Fe中的过饱和固溶体,具有体心正方结构，其正方度c/a随含碳量的增加而增大(c/a=1+0.045wt％C)。马氏

体组 织在热力学上是不稳定的，有向稳定组织过渡的趋势。许多钢淬火后还有一定量的残留奥氏体，也是不稳定的，回火过程中将发生转变。因此，回火过程本质上是在 一定温度范围内加热粹火钢，使钢中的热力学不稳定组织结构向稳定状态过渡的复杂转变过程。转变的内容和形式则视淬火钢的化学成分和组织，以及加热温度而有 所

不同（见马氏体相变。

碳钢的回火过程 淬火碳钢回火过程中的组织转变对于各种钢来说都有代表性。回火过程包括马氏体分解，碳化物的析出、转化、聚集和长大，铁素体回复和再结晶，残留奥氏体分解等四类反应。低、中碳钢回火过程中的转变示意地归纳在图1中。根据它们的反应温

度，可描述为相互交叠的四个阶段。

第一阶段回火（250℃以下） 马氏体在室温是不稳定的,填隙的碳原子可以在马氏体内进行缓慢的移动,产生某种程度的碳偏聚。随着回火温度的升高，马氏体开始分解,在中、高碳钢中沉淀出 ε-碳化物（图2），马氏体的正方度减小。高碳钢在 50～100℃回火后观察到的硬度增高现象，就是由于ε-碳化物在马氏体中产生沉淀硬化的结果（见脱溶）。 ε-碳化物具有密排六方结构，呈狭条状或细棒状，和基体有一定的取向关系。初生的 ε-碳化物很可能和基体保持共格。在250℃回火后，马氏体内仍保持含碳约0.25％。含碳低于 0.2％的马氏体在200℃以下回火时不发生ε-碳化物沉淀，只有碳的

偏聚，而在更高的温度回火则直接分解出渗碳体。

第二阶段回火(200～300℃) 残留奥氏体转变。回火到200～

300℃的温度范围，淬火钢中原来没有完全转变的残留奥氏体，此时将会发生分解，形成贝氏体组织。在中碳和高碳钢中这个 转变比较明显。含碳低于 0.4％的碳钢和低合金钢，由于残留奥氏体量很少，

所以这一转变基本上可以忽略不计。

第三阶段回火(200～350℃) 马氏体分解完成,正方度消失。ε-碳化物转化为渗碳体 (Fe3C)。这一转化是通过 ε-碳化物的溶解和渗碳体重新形核长大方式进行的。最初形成的渗碳体和基体保持严格的取向关系。渗碳体往往在ε-碳化物和基体的界面上、马氏体界面上、高碳马氏体片中的孪晶界上和原始奥氏体晶粒界上形核（图3）。形成的渗碳体开始时呈薄膜状，然后逐渐球化成为颗粒状的Fe3C。 第四阶段回火(350～700℃) 渗碳体球化和长大,铁素体回复和再结晶。渗碳体从400℃开始球化，600℃以后发生集聚性长大。过程进行中，较小的渗碳体颗粒溶于基体，而将碳输送给选 择生长的较大颗粒。位于马氏体晶界和原始奥氏体晶粒间界上的碳化物颗粒球

化和长大的速度最快，因为在这些区域扩散容易得多。 铁素体在350～600℃发生回复过程。此时在低碳和中碳钢中，板条马氏体的板条内和板条界上的位错通过合并和重新排列，使位错密度显著降低，并形成 和原马氏体内板条束密切关联的长条状铁素体晶粒。原始马氏体板条界可保持稳定到600℃；在高碳钢中,针状马氏体内孪晶消失而形成的铁素体，此时也仍然保 持其针状形貌。在600～700℃间铁素体内发生明显的再结晶，形成了等轴铁素体晶

粒。此后，Fe3C颗粒不断变粗，铁素体晶粒逐渐长大。

合金元素的影响 对一般回火过程的影响 合金元素硅能推迟碳化物的形核和长大,并有力地阻滞ε-碳化物转变为渗碳体；钢中加入2％左右硅可以使ε-碳化物保持到400℃。在碳钢中，马氏体的正方 度于300℃基本消失，而含Cr、Mo、W、V、Ti和Si等元素的钢,在450℃甚至 500℃回火后仍能保持一定的正方度。说明这些元素能推迟铁碳过饱和固溶体的分解。反之，Mn和Ni促进这个分解过

程（见合金钢）。

合金元素对淬火后的残留奥氏体量也有很大影响。残留奥氏体围绕马氏体板条成细网络;经300℃回火后这些奥氏体分解，在板条界产生渗碳体薄膜。残留奥 氏体含量高时，这种连续薄膜很可能是造成回火马氏体脆性(300～350℃)的原因之一。合金元素,尤其是Cr、Si、W、Mo等，进入渗碳体结构内,把 渗碳体颗粒粗化温度由350～400℃提高到500～550℃，从而抑制回火软化过程,同时也阻碍铁素

体的晶粒长大。

特殊碳化物和次生硬化 当钢中存在浓度足够高的强碳化物形成元素时，在温度为450～650℃范围内，能取代渗碳体而形成它们自己的特殊碳化物。形成特殊碳化物时需要合金元素的 扩散和再分配，而这些元素在铁中的扩散系数比C、N等元素要低几个数量级。因此在形核长大前需要一定的温度条件。基于同样理由，这些特殊碳化物的长大速度 很低。在450～650℃形成的高度弥散的特殊碳化物,即使长期回火后仍保持其弥散性。图4表明，在450～650℃之间合金碳化物的形成对基体产生强化 作用，使钢的硬度重新升高，出现峰

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ftmf.html