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非馬氏體組織及其回火轉變
鋼從奧氏體區域冷卻的條件不同,還可能得到下列組織:馬氏體和貝氏體、馬氏體和珠光體、珠光體和貝氏體以及彌散度不同的珠光體等一系列的混合組織。實際上,一定尺寸的鋼件摔火時,常常不會在整個截面上得到完全的馬氏體組織,鋼件表層可能得到馬氏體和殘留奧氏體,次層可能得到馬氏體和貝氏體或者馬氏體和珠光體,而心部則可能是珠光體和貝氏體或完全是珠光體型組織,這樣回火后鋼件截面上性能的均勻性將受到影響。因此,有必要對原始組織為非馬氏體組織的回火轉變加以討論。
珠光體型組織在回火時沒有顯著的變化,只是細珠光體(托氏體)在600℃~Ac1之間會發生片狀滲碳體的聚集球化。原始組織分散度越大,回火效果越明顯。
在含有碳化物形成元素的合金鋼中,如果奧氏體在珠光體轉變區域的低溫區發生分解,形成的碳化物中合金元素比較貧乏。當高溫經長時間回火后,碳化物中的合金元素逐步富集,然后由亞穩相合金滲碳體轉變為穩定的特殊碳化物。
貝氏體是鐵素體和極細的粒狀和片狀碳化物組成的混合物,在300℃以下形成的貝氏體中彌散分布著碳化物。當回火溫度超過300℃后,就會發生碳化物向滲碳體的轉變。另外,隨著回火時間的延長,細片狀碳化物逐漸球化,因此貝氏體回火后韌性將有所提高。由于貝氏體轉變的不完全性,在貝氏體組織中常夾雜有馬氏體和殘留奧氏體,這些組織在回火過程中的變化規律與具有馬氏體原始組織的回火轉變一樣。
實驗證明,原始組織不同,回火時鋼的性能隨回火溫度提高而變化的情況也就不同。其中,貝氏體回火可提高鋼件的韌性和降低常性轉折溫度,因此在生產中具有實用意義。最新研究表明,與高強度和超高強度的馬氏體擁相比,硅的質量分數為1.4%~2.5%的無碳化物貝氏體/馬氏體復相組織,降低了第一類國火脆性轉折溫度,使該鋼材可以在更高溫度下回火。無碳化物貝氏體/馬氏體復相鋼具有較高的回火抗力,經中溫回火后具有較高的強韌性。
回火產物與奧氏體直接分解產物的性能比較
鋼件經濟火、回火處理后,可以得到回火托氏體和回火索氏體組織,同一鋼件由過冷奧氏體直接分解則得到托氏體和索氏體組織。這兩類轉變產物都是鐵素體加碳化物的珠光體類型組織,但回火托氏體和回火索氏體中的碳化物呈顆粒狀,而托氏體和索氏體中的碳化物呈片狀。碳化物呈顆粒狀使鋼的許多性能得到改善,尤其是使鋼的塑性和韌性提高了,因此鋼的綜合力學性能較好。工程上凡是承受沖擊并要求優良綜合力學性能的工件,一般都要進行摔火加高溫回火處理,即所謂的調質處理,以得到具有優良綜合力學性能的回火索氏體組織。
對于具有回火脆性的鋼種,進行等溫澤火獲得的下貝氏體比摔火后回火獲得的回火馬氏體的性能優越得多。在硬度、強度相同時,貝氏體組織的沖擊韌性比回火馬氏體高。當等溫處理溫度低于400℃時,獲得下貝氏體組織,則其沖擊韌性顯著高于摔火后的回火組織。當等溫處理溫度高于400℃時,獲得上貝氏體組織,不僅強度降低,而且沖擊韌性也明顯下降,甚至低于淪火加回火處理后的值。由此可見,當回火溫度處于第一類回火脆性溫度區域時,采用等溫澤火獲得下貝氏體加殘留奧氏體的組織,可使鋼件具有較高的沖擊韌性和低的脆性轉折溫度。因此,生產上在條件可能的情況下一般采用等溫澤火方法,使鋼材具有比鋅火加回火工藝更高更優良的綜合力學性能。