回火的实质

出处：按学科分类—工业技术 北京工业大学出版社《热加工手册》第1062页（2052字）

钢经过淬火后，组织是不稳定的，它会自发地向稳定组织转变．回火的实质就是为了加速这一自发过程，得到稳定的、能满足使用要求的组织．为此，从分析碳钢回火时发生的过程和形成的组织四个阶段中，可得到进一步的理解．

第1阶段：约200℃以下，淬火马氏体开始分解，回火马氏体形成．淬火钢在100～200℃回火时，马氏体开始分解．此时，由于温度较低还不能直接析出Fe₃C，马氏体中过饱和的碳原子以ε碳化物(Fe_2．4C)的形式析出，极为细小并与母相保持共格关系，得到回火马氏体．但α固溶体仍处于过饱和状态，性能变化不大，硬度仍很高．所谓共格关系，是指两相界面上的原子恰好位于两晶格的共格结点上，见图15-14．

图15-14 共格关系示意图

回火马氏体由过饱和α固溶体和与其共格相联系的e碳化物(Fe_2．4C)组成．回火马氏体与淬火马氏体，是两种不同的组织形态，不是相同的组织，见图15-15．回火马氏体易腐蚀，在显微照片上高碳钢呈黑色针状，见图15-15(b)，低碳钢呈暗板条状．这种组织由于Fe_2·4C析出，晶格畸变降低，使淬火应力在一定程度上减小．

第2阶段：约200～300℃，残余奥氏体分解．淬火钢中的残余奥氏体在200～300℃回火时，迅速转变为下贝氏体，到300℃转变基本结束．组织亦由过饱和α固溶体和弥散分布的并保持共格的ε碳化物所组成．随着温度继续升高，下贝氏体将转变为铁素体和渗碳体两相混合物．与此同时，马氏体仍在分解，马氏体分解造成硬度降低．为残余奥氏体分解带来的硬度升高所补偿，钢的硬度降低不大，但淬火应力进一步减小．

图15-15 淬火马氏体与回火马氏体

(a)淬火马氏体；(b)回火马氏体

第3阶段：约250～400℃，回火屈氏体形成．马氏体快速分解，碳从过饱和固溶体中析出转变为铁素体，同时ε碳化物转变为稳定的细粒状渗碳体，到400℃转变基本结束．内应力大部分消除．钢的硬度、强度下降，塑性上升．此时的组织为铁素体+细粒状渗碳体的混合物，称为回火屈氏体．

第4阶段：400℃以上，渗碳体的聚集长大和铁素体的再结晶．此时渗碳体颗粒逐渐聚集长大．聚集长大的过程是通过小颗粒渗碳体不断溶入铁素体，而铁素体中的碳原子通过扩散不断向大颗粒的Fe₃C上沉积来实现的．在第3阶段回火后，铁素体仍保留着原来马氏体的板条状或片状．

当温度升到450℃以上时，铁素体逐渐发生再结晶，由原来的板条状或片状变成多边形等轴状；当温度继续升到700℃以上时又变为球状．此时，钢由粗大球状Fe₃C与奥氏体组成．其硬度及强度较低，塑性较高．

在温度为500～650℃范围内，回火钢的组织是由多边形的铁素体+细粒状渗碳体组成的细的两相混合物，称为回火索氏体．在650℃～A₁之间，回火钢组织为多边形铁素体+更大粒状渗碳体组成的两相混合物，称为回火珠光体．

回火屈氏体和回火索氏体比由过冷奥氏体直接转变的屈氏体和索氏体性能要好，如强度更高，塑性和韧性更好．

总之，随着回火温度的升高，钢的强度、硬度逐渐降低，塑性、韧性逐渐增加．在600℃左右回火时，韧性最大，而弹性则随回火温度升高而增高，到300～400℃达最大值

另外，要特别指出的是，淬火钢的不稳定性是必须采取回火的重要原因．其不稳定性主要表现在以下几个方面：

(1)淬火马氏体处于含碳过饱和状态，不稳定，要分解．

(2)残余奥氏体处于过冷状态，不稳定，也要分解．

(3)淬火组织中存在大量缺陷，如过饱和空位、高密度位错、大量相界面和亚晶界，都不稳定，也要分解．

(4)淬火钢中存在淬火应力，不稳定，要松弛．

以上几方面就构成了淬火钢的不稳定性，要变化，要向稳定的组织状态自发地趋近，这就是淬火钢的回火过程．