回火分类及其应用场景

2023-06-24 理论教育版权反馈

【摘要】：中温回火温度区间处于一般碳钢及低合金钢回火的第三阶段。为了避免第一类回火脆性，不应采用300℃左右的温度回火。

制定回火工艺，就是根据对工件使用性能的要求，依据钢的化学成分、淬火条件、淬火后的组织和性能，正确选择回火温度、保温时间和冷却方法。前已述及，工件回火后的硬度主要取决于回火温度。回火时间从保证组织转变、消除内应力及提高生产效率两方面考虑，一般为1～2h，通常采用空冷。因此，回火工艺的制定主要是回火温度的选择和确定，而回火温度的选择和确定主要取决于工件使用性能、技术要求、钢种及淬火状态。

在生产中通常按所采用的温度将回火分成三类，即低温回火(150～250℃)、中温回火(350～500℃)和高温回火(>500℃)。

1.低温回火(指温度低于250℃的回火)

对要求具有高的强度、硬度、耐磨性及一定韧性的淬火工件，通常要进行低温回火，获得以回火马氏体组织为主的组织，淬火内应力得到部分消除，淬火产生的裂纹大部分得到愈合。因此，低温回火可以在很少降低硬度的同时使钢的韧性得到明显提高。低温回火一般用于以下几种情况。

(1)由中高碳钢制造的工具、模具、量具和滚动轴承钢都采用低温回火。

一般工具、模具、量具要求硬度高、耐磨及有足够的强度和韧性。此外，如滚动轴承，除上述要求外，还要求有高的接触疲劳强度，从而有高的使用寿命。对这些工具、模具、量具和机器零件一般均用碳素工具钢或低合金工具钢制造，淬火后具有较高的强度和硬度，其淬火组织主要为韧性极差的孪晶马氏体，有较大的淬火内应力和较多的微裂纹，故应及时回火。这类钢一般采用180～200℃的温度回火。因为在200℃回火能使孪晶马氏体中过饱和固溶的碳原子沉淀析出弥散分布的ε-碳化物，既可提高钢的韧性，又可保持钢的硬度、强度和耐磨性；在200℃回火大部分微裂纹已经焊合，可大大减轻工件脆裂倾向，低温回火以后得到隐晶的回火马氏体及在其上分布的均匀细小的碳化物颗粒，硬度为61～65HRC。对高碳轴承钢，如GCr15、GCrSiMnV等钢通常采用(160±5)℃的低温回火，可保证一定硬度条件下有较好的综合力学性能及尺寸稳定性，对有些精密轴承，为了进一步减少残留奥氏体量以保持工作条件下尺寸和性能稳定性，可采用较高温度(200～250℃)和较长回火时间(约8h)的低温回火来代替冷处理取得良好的效果。

(2)精密量具和高精度配合的结构零件采用低温长时间回火。

精密量具和高精度配合的结构零件在淬火后进行120～150℃下较长时间(12h，甚至几十小时)的回火，目的是稳定组织及最大限度地减少内应力，从而使尺寸稳定。这种低温回火，常被称作时效。

(3)低碳马氏体的低温回火。

低碳位错型马氏体具有较高的强度和韧性，经低温回火后，可以减少内应力，进一步提高强度和韧性。因此，低碳钢淬火以获得板条(位错型)马氏体为目的，淬火后均经低温回火。

(4)渗碳钢淬火后的低温回火。

渗碳淬火工件要求表面具有高碳钢性能和心部具有低碳马氏体的性能。这两种情况都要求低温回火，一般回火温度不超过200℃。回火后其表面具有高的硬度，而心部具有高的强度、塑性和韧性。

2.中温回火(350～500℃)

中温回火主要用于处理弹簧钢，回火后得到回火托氏体组织。

中温回火温度区间处于一般碳钢及低合金钢回火的第三阶段。此时，碳化物已经开始集聚，基体也开始恢复，第二类内应力基本消失，因而有较高的弹性极限，又有较高的韧性和疲劳强度。

应该根据所采用的钢种选择回火温度，以获得最高弹性的极限，较高的强度和硬度，良好的塑、韧性和疲劳强度。例如，65碳钢在380℃回火，可得最高弹性极限；而55SiMn在480℃回火，可获得疲劳极限、弹性极限及强度与韧性的良好配合。

为了避免第一类回火脆性，不应采用300℃左右的温度回火。

3.高温回火(＞500℃)

在这一温度区间回火的工件，常见的有以下几类。

(1)调质处理，即淬火加高温回火，以获得回火索氏体组织。这种处理主要用于中碳碳素结构钢或低合金结构钢，以获得良好的综合力学性能，一般调质处理的回火温度选择600℃以上。

与正火处理相比，钢经调质处理后，在硬度相同条件下，钢的屈服强度、韧性和塑性明显地提高。

一般中碳钢及中碳低合金钢的淬透性有限，在调质处理淬火时常不能完全淬透。因此，在高温回火时，实际上为混合组织的回火。前已述及，非马氏体组织在回火加热时仍发生变化，仅其速度比马氏体慢，见图3-48。这种变化对于片状珠光体来说，就是其中的渗碳体片球化。众所周知，在单位体积内渗碳体相界面积相同的情况下，球状珠光体的综合力学性能优于片状珠光体，因此对未淬透部分来说，经高温回火后其综合力学性能也应高于正火。

调质处理一般用于发动机曲轴、连杆、连杆螺栓、汽车和拖拉机半轴、机床主轴及齿轮等要求具有综合力学性能的零件。

(2)二次硬化型钢的回火。对一些具有二次硬化作用的高合金钢，如高速钢等，在淬火以后，需要利用高温回火来获得二次硬化的效果。从产生二次硬化的原因考虑，二次硬化必须在一定温度和时间条件下发生，因此有一最佳回火温度范围，此范围需视具体钢种而定。

(3)高合金渗碳钢的回火。高合金渗碳钢渗碳以后，由于其奥氏体非常稳定，即使在缓慢冷却条件下也会转变成马氏体，并存在着大量残留奥氏体。渗碳后进行高温回火的目的是使马氏体和残留奥氏体分解，使渗碳层中的一部分碳和合金元素以碳化物形式析出，并集聚球化，得到回火索氏体组织，使钢的硬度降低，便于切削加工，同时还可减少后续淬火后渗层中的残留奥氏体量。

高合金钢渗碳层中残留奥氏体的分解可以按两种方式进行：一种是按奥氏体分解成珠光体的形式进行，此时回火温度应选择在珠光体转变“C”曲线的鼻部，以缩短回火时间，如20Cr2Ni4钢渗碳后在600～680℃温度内进行回火；另一种是以二次淬火方式使残留奥氏体转变成马氏体，如渗碳18Cr2Ni4WA钢。因为18Cr2Ni4WA钢没有珠光体转变，故其残留奥氏体不能以珠光体转变的方式分解，此时若考虑残留奥氏体的转变，应该选用有利于促进马氏体转变的温度回火。

回火分类及其应用场景

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