馬氏體耐熱鋼的回火脆性

1低溫回火脆性

通常將在200～400"C回火后發(fā)生的脆性稱為低溫回火脆性，即類回火脆性。其主要特點是：(1)所有淬火鋼，只要在250～400℃溫度范圍回火后，都會不同程度的出現(xiàn)脆性；(2)回火脆性的出現(xiàn)與回火方式和回火后的冷卻速度無關(guān)，凡是在此溫度范圍回火，無論快冷還是慢冷，都會出現(xiàn)脆性Ⅲ；(3)具有不可逆性，即如果將己產(chǎn)生該脆性的鋼置于更高溫度回火后，其脆性逐漸消失，再置于250～400℃回火后，脆性也不會重新出現(xiàn)，所以這種回火脆性也稱為不可逆回火脆性。產(chǎn)生這種回火脆性的原因，一般認為是由于馬氏體分解時，沿著馬氏體條或片的界面析出碳化物薄片所引起的，這種硬而脆的碳化物薄片顯著的降低了氏體界面的斷裂強度，因而使鋼的脆性明顯增加。此外，回火過程中殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變也加重了這種回火脆性。

在低于250"C回火時，由于不發(fā)生碳化物析出，故不會引起沖擊韌性急劇下降。當回火溫度高于400℃時，碳化物開始聚集和球化，對基體的割裂作用減少，因而鋼的沖擊韌性又重新升高。而在250～400℃回火后，正是由于析出了碳化物薄片，故產(chǎn)生回火脆性。低溫回火脆性對于鋼件強度與韌性的佳配合不利。但目前尚未找到有效的江蘇大學碩士學論文方法完全消除這種回火脆性，只能盡量避免在這個溫度范圍回火，或采用等溫淬火代替。在鋼中加入I～3％Si，可以使碳化物的析出移向較高溫度進行，從而使脆性產(chǎn)生的溫度范圍升高，這對改善鋼回火后的沖擊韌性有利。

2高溫回火脆性

在450～650"C回火后出現(xiàn)的脆性，通常稱為高溫回火脆性，或稱第二類回火脆性。這種回火脆性的主要特點是：(1)回火脆性主要在含有cr、Ni、Mn、si等元素的合金結(jié)構(gòu)鋼中出現(xiàn)。(2)回火脆性的出現(xiàn)與回火后的冷卻速度有關(guān)，通常回火后快冷不出現(xiàn)回火脆性。(3)具有可逆性。如果把已經(jīng)出現(xiàn)這種回火脆性的鋼重新加熱到脆性區(qū)溫度回火，再快冷到室溫，其回火脆性即可消除。已經(jīng)消除了回火脆性的鋼，如果重新加熱到脆性區(qū)溫度回火，隨后緩慢冷卻到室溫，則脆性又會出現(xiàn)。因此這種回火脆性具有可逆性，也稱為可逆回火脆性。(4)其斷口呈晶間斷裂。

多數(shù)人認為高溫回火脆性產(chǎn)生的主要原因，是在450～650"C回火時微量雜質(zhì)元素(P、Sb、sn、As等)或合金元素向原來的奧氏體晶界偏聚或析出，削弱了晶粒之『自J的結(jié)合強度，從而使鋼出現(xiàn)脆性。它可以用來解釋一些高溫回火脆性的現(xiàn)象，例如：這種脆性的出現(xiàn)是由于晶界變脆引起的[81，所以回火脆性試樣的斷口為晶間斷裂。又如，雜質(zhì)元素在晶界的偏聚是在一定的溫度和條件下產(chǎn)生的，也可以在另外的溫度、時問條件下消除，因此這種回火脆性是可逆的。再如，晶粒越粗，晶界越少，雜質(zhì)元素在晶界偏聚的濃度越高，故粗晶粒鋼比細晶粒鋼的回火脆性嚴重。

3影響回火脆性的因素

影響回火脆性的因素可以分成以下三個方面，即鋼的化學成分、熱處理工藝和組織狀態(tài)。

鋼的化學成分

成分是影響回火脆性的根本的因素。例如碳鋼，它不含合金元素，便沒有這類脆性。根據(jù)鋼中成分對回火脆性的作用，大體可以把它們分為三類：①包括鉻，鎳、錳、碳等．它們都有不同程度促進回火脆性的作用。當單獨加入時，其作用大小按錳、鉻、鎳、硅、碳的順序遞減。但這類元素促進脆性的作用必須有磷、錫、銻、砷等雜質(zhì)存在才能表現(xiàn)出來。如不含上述雜質(zhì)的高純鎳鋼就不顯示回火脆性。當兩種和兩種以上這類元素同時加入時。其促進脆性的能力會大于單獨加入時兩者的作用之和。②包括磷、硫、錫、砷、硼等雜質(zhì)。它們也具有促進回火脆性的作用，但這類元素只有與①類元素共存時，才能引起回火脆性，所以碳鋼中雖含有以上某峰雜質(zhì)，卻不存在回火脆性。從試驗的結(jié)果看，磷和銻是兩個影響大的雜質(zhì)元素。其余的影響較?。阂话銇碚f，含量在lOppm數(shù)量級，影響較小，但如果含量在lOOppm以上，則認為是高含量。并往往會引起明顯的回火脆性。⑨包括鎢、鉬、釩，鈦等，對回火脆性有抑制作用，其中以鉬的作用為明顯，鎢次之。研究表明，鉬量有一個佳值，高于或低于這個值，都不能很好地抑制回火脆性。據(jù)統(tǒng)計，佳含鉗量在0．5％左右，隨鋼的化學成分不同可能在0．2％～0．7％間變化，當加入的鎢量為鉬的2倍左右時，大約能達到與鉬相同的抑制效果。

熱處理工藝

若在回火脆化溫度范圍內(nèi)回火。或在更高的溫度回火并慢冷通過此溫度區(qū)間，均會導致回火脆性。當然，不同的鋼這一溫度范圍有所不同。回火后的冷速對出現(xiàn)回火脆性有很大的影響，脆化后的鋼可用脫脆處理加以改善。

組織狀態(tài)

這里主要指的是回火前的組織狀態(tài)。不論鋼材具有什么原始組織(珠光體、貝氏體、馬氏體)。經(jīng)脆化處理后都出現(xiàn)回火脆性。對鎳鉻鋼而言，馬氏體回火時脆性嚴重，貝氏體次之，珠光體輕。原奧氏體晶粒大小對回火脆性也有明顯的影響。一般來說，原奧氏體晶粒越租大，鋼的脆化程度也越大，其原因可能是粗大的奧氏體晶粒使單位體積內(nèi)晶界面積減小，因而增大了弓l起回火脆性的碳化物和雜質(zhì)元素在晶界上的濃度，從而促進了晶問斷裂。鋼在熱處理后的硬度對回火脆性也有影響。硬度高的比硬度低的具有較大的回火脆化傾向。

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