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(diǎn)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(rèn)為是由于馬氏體分解時(shí)，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(qiáng)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(shí)，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(dāng)回火溫度高于400℃時(shí)，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(qiáng)度與韌性的佳配合不利。但目前尚未找到有效的江蘇大學(xué)碩士學(xué)論文方法完全消除這種回火脆性，只能盡量避免在這個(gè)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(jìn)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(diǎn)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?；鼗鸷罂炖洳怀霈F(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(rèn)為高溫回火脆性產(chǎn)生的主要原因，是在450～650"C回火時(shí)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(qiáng)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(shí)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(xì)晶粒鋼的回火脆性嚴(yán)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(gè)方面，即鋼的化學(xué)成分、熱處理工藝和組織狀態(tài)。

鋼的化學(xué)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(jìn)回火脆性的作用。當(dāng)單獨(dú)加入時(shí)，其作用大小按錳、鉻、鎳、硅、碳的順序遞減。但這類元素促進(jìn)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(dāng)兩種和兩種以上這類元素同時(shí)加入時(shí)。其促進(jìn)脆性的能力會大于單獨(dú)加入時(shí)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(jìn)回火脆性的作用，但這類元素只有與①類元素共存時(shí)，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(yàn)的結(jié)果看，磷和銻是兩個(gè)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(rèn)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(gè)佳值，高于或低于這個(gè)值，都不能很好地抑制回火脆性。據(jù)統(tǒng)計(jì)，佳含鉗量在0．5％左右，隨鋼的化學(xué)成分不同可能在0．2％～0．7％間變化，當(dāng)加入的鎢量為鉬的2倍左右時(shí)，大約能達(dá)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(dǎo)致回火脆性。當(dāng)然，不同的鋼這一溫度范圍有所不同?；鼗鸷蟮睦渌賹Τ霈F(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(shí)脆性嚴(yán)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(jìn)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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