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鋼的回火脆性是什么意思?有什么對策?

指淬火鋼在某些溫度區間回火或從回火溫度緩慢冷卻通過該溫度區間的脆化現象。回火脆性可分為第一類回火脆性和第二類回火脆性。

第一類回火脆性又稱不可逆回火脆性,主要發生在回火溫度為250~400℃時,在重新加熱脆性消失后,重復在此區間回火,不再發生脆性。

第二類回火脆性又稱可逆回火脆性,發生的溫度在400~650℃,當重新加熱脆性消失后,應迅速冷卻,不能在400~650℃區間長時間停留或緩冷,否則會再次發生催化現象。回火脆性的發生與鋼中所含合金元素有關,如錳,鉻,硅,鎳會產生回火脆性傾向,而鉬,鎢有減弱回火脆性傾向。


彈簧第一類回火脆性合金鋼淬火后于250℃~400℃范圍回火后產生的回火脆性,呈晶間型斷裂特征,且不能用重新加熱的方法消除,故又稱為不可逆回火脆性。主要產生在合金結構鋼中。
  在200~350℃之間回火時出現的第一類回火脆性又稱低溫回火脆性。如在出現第一類回火脆性后再加熱到更高溫度回火,可以將脆性消除,使沖擊韌性重新升高。此時若再在200~350℃溫度范圍內回火將不再會產生這種脆性。由此可見,第一類回火脆性是不可逆的,故又可稱之為不可逆回火脆性。
  幾乎所有的鋼均存在第一類回火脆性。如含碳不同的Cr-Mn鋼回火后的沖擊韌性均在350℃出現一低谷。第一類回火脆性不僅降低室溫沖擊韌性,而且還使冷脆轉變溫度50%FATTe[鋼料的沖擊韌性隨測試溫度的下降而出現顯著下降時所對應的溫度,即使鋼料由韌性狀態轉變為脆性狀態的溫度稱為冷脆轉變溫度,用50%FATT(℃)表示,詳見金屬力學性能]升高,斷裂韌性KIe下降。如Fe-0.28 C-0.6 4Mn-4.82Mo鋼經225℃回火后KIe為117.4MN/m,而經300℃回火后由于出現了第一類回火脆性,使KIe降至73.5MN/m。出現第一類回火脆性時大多為沿晶斷裂,但也有少數為穿晶解理斷裂。

高溫回火溫度為500~600°C,保溫適當時間后冷卻。主要用于在淬火或正火后調整鑄鋼的組織,使之兼有高強度和良好韌性的碳鋼和低、中合金鋼鑄件。回火脆性是制定合金鋼鑄件回火工藝時必須注意的問題。在下列兩個溫度范圍內均可發生。在250~400°C發生的脆性:經淬火成為馬氏體組織的鑄鋼,在此溫度范圍內都會產生回火脆性。如稍高于此脆性溫度區回火,則可消除此回火脆性。而且以后再在上述溫度范圍內回火時,也不會再出現回火脆性, 故常稱之為第一類回火脆性。在400~500°C(甚至650°C)發生的脆性:這對多數低合金鑄鋼都會發生,即發生鑄鋼的高溫回火脆性。如將已在此溫度范圍內產生脆性的鑄鋼件再加熱到600°C(或650°C)以上,之后在水或油中快冷,即可消除此種脆性。然而已消除脆性的鑄件,如又加熱到產生回火脆性的溫度,脆性又會出現。這常稱之為第二類回火脆性。


一、 第一類回火脆性(又叫低溫回火脆性或不可逆回火脆性)
溫度范圍:200~350oC

產生原因:
1.有害雜質元素S、P、As、Sn、Sb、Cu、H、O導致第一類回火脆性
2.Mn、Si、Cr、Ni、V促進第一類回火脆性,鎳-硅共存也起促進作用,鉻硅進步回火脆性溫度
3.奧氏體晶粒越大,殘余奧氏體越多,第一類回火脆性越嚴重
4.奧氏體晶界偏聚雜質元素和碳化物薄殼的形成,使晶界強度降低

對策
1.不在該溫度范圍內回火
2.用等溫淬火代替
3.降低鋼中雜質元素
4.細化奧氏體晶粒

二、第二類回火脆性(高溫回火脆性、可逆回火脆性)
溫度范圍:450~650oC

產生原因:
1.雜質元素P、Sn、Sb、As、B、S引起脆性
在鎳-鉻鋼中以銻影響最大,錫次之
在鉻-錳鋼中,磷作用最大,銻、錫次之
對于低碳鋼磷作用比錫大
對于中碳鋼錫作用比磷大
2.促進第二類回火脆性元不是Ni、Cr、Mn、Si、C,這些元素與雜質元素同時存在引起脆性
鋼中含有一種元素時,錳引起脆性最高,鉻次之,鎳再次之
兩種元素同時存在,脆化作用更大
3.Mo、W、V、Ti、稀土元素能抵制回火脆性
4.回火后冷卻速度太慢引起脆性
5.奧氏體晶粒粗大
6.形成脆性的機理是晶界析出和晶界偏聚理論

對策:
1.降低鋼中雜質元素
2.加進細化奧氏體晶粒的鈮、釩、鈦
3.加進扼制第二類回火脆性的元素鉬、鎢
4.避免在450~650oC回火,在此溫度回火后應快冷
5.用亞溫淬火及鑄造余熱淬火來減輕和扼制第二類回火脆性(end)


回火脆性是指鋼在淬火后進行回火的過程中,隨著回火溫度的提高,鋼的基體硬度和強度降低,而塑性和韌度得到提高和改善。但在某一溫度范圍內回火時,出現韌度隨回火溫度的升高而存在低谷或降低的現象,這種現象稱為回火脆性。一般脆性是由于回火溫度偏低或回火時間不足造成的,可采取選擇合理的回火溫度與充分回火加以預防和補救。圖4-4所示為結構鋼的脆性示意圖。   在普通鎳鋼和鉻鋼中,回火脆性十分明顯。鋼在回火過程中,可能發生兩種類型的脆性:一種脆性通常在200~400℃回火溫度范圍區間內,時間越長則愈明顯,而與回火后的冷卻速度無關,通常在碳鋼和合金鋼中出現,該類回火脆性即使回火后快冷或重新加熱回火均無法避免,稱為第一類回火脆性,也稱不可逆回火脆性、低溫回火脆性或馬氏體回火脆性等。另一種脆性發生在某些合金結構鋼中,為直接在450~550℃溫度區間加熱回火或高于600℃回火而在450~550℃區間內緩慢冷卻,與保溫時間無關,而與冷卻速度有關,對于這類脆性的消除方法是重新加熱到600℃以上,迅速冷卻可予以消除,能防止回火脆性的發生,這種脆性為第二類回火脆性,又稱為可逆回火脆性、高溫回火脆性或回火脆性等。 

鋼的回火脆性是什么意思?有什么對策? 技術信息 第1張

   圖4-4  結構鋼的回火脆性示意   

(1)第一類回火脆性   鋼鐵零件淬火后的夏比沖擊功隨著回火溫度的變化曲線在第一類回火脆性區出現了低谷,鋼的力學性能指標對第一類回火脆性有不同的敏感程度,同時與加載方式有關。應當注意如零件存在應力集中、承受的沖擊或扭轉載荷較大,而要求較大的塑性和韌度與強度的配合時,則第一類回火脆性的出現將增大零件脆性開裂的危險性,因此是一種熱處理缺陷。該類補救措施為按熱處理工藝規范重新淬火,一般認為是由于馬氏體分解出碳化物,從而降低了晶界的斷裂強度,避開回火脆性區。適當提高材料中硅的含量可降低低溫回火脆性,這一點在材料的選擇上要認真考慮。  

 (2)第二類回火脆性   第二類回火脆性主要產生于含鉻、鎳、錳、硅等合金元素的合金結構鋼中,由于晶界上富集了銻、磷、錫、砷等雜質元素,故加強了晶界的脆性造成回火脆性。該類鋼具有的特點如下。  

 ①淬火鋼在脆性溫度范圍內(500~650℃)回火或緩慢通過時,即會出現回火脆性,停留或保溫時間越長則脆化現象明顯。   

②導致零件在室溫下沖擊值明顯下降。   

③回火脆性與回火后的冷卻速度有關,迅速冷卻則可抑制或減弱脆性。   

④該類回火脆性是可逆的,對于產生脆性的鋼重新高溫回火后快冷可消除脆性,而對已經消除回火脆性的鋼在脆性溫度范圍內回火,又將出現回火脆性。  

 ⑤該類回火脆性將造成鋼沿晶界脆斷。   

第二類回火脆性的抑制和防止措施如下。  

 ①在鋼的冶煉過程中,減少鋼水中P、Sb、Sn、As等有害雜質的含量,防止其在晶界的偏聚。  

 ②向鋼中添加0.2%~0.5%Mo或0.4%~1.0%W元素,鉬用來減緩P等雜質的元素向晶界的偏聚和擴散,或選用含鉬或鎢的鋼種,兩種元素通過阻止雜質元素的擴散而削弱它們在晶界的富集。   

③高溫回火結束后快速冷卻,或盡量縮短零件在脆性溫度下的停留時間以及回火后快冷。   

④采用不完全淬火或兩相區淬火,可獲得細小的晶粒,減輕和消除回火脆性,另一方面是雜質能夠集中于鐵素體內,避免了向晶界的偏聚。   

⑤進行奧氏體晶粒的細化。   

⑥采用高溫形變熱處理,可消除鋼的回火脆性,從圖4-5中可以看出作用比較明顯。 

鋼的回火脆性是什么意思?有什么對策? 技術信息 第2張

   圖4-5  40CrNi4鋼的沖擊韌度隨回火溫度的變化關系   

1-一般的淬火工藝;2-高溫形變熱處理   

⑦零件進行長時間滲氮處理時,應選用回火脆性敏感程度較低的鉬鋼。零件的氣體滲氮是在500~550℃范圍內進行的,時間長(40~70h),滲層較厚,通常在0.3~0. 6mm。氮化用做要求耐磨性好、疲勞強度高的精密零件的熱處理工藝,但需要注意的是為了降低零件的表面脆性,在達到要求的滲層后,應進行退氮處理(540~560℃×2~3h,氨的分解率在80%以上),這一過程是十分重要的環節,否則將造成零件的早期失效,直接影響到零件的正常使用。

鋼的回火脆性是什么意思?有什么對策? 技術信息 第3張


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