锻造回火时是如何进行组织转变的?

       大型锻件经淬火、正火处理后,还需进行回火处理,回火是最后一道热处理工艺,大锻件回火的目的是:1.消除或降低淬火、正火冷却过程中产生的内应力;2.获得稳定的回火组织,达到所要求的力学性能技未指标;3.进一步去除锻件中的氢气或使其分布更为合理;4.如前所述进一步完成冷却过程中的心部组织转变。

       为满足大锻件不同的硬度等力学性能的要求,淬火后需要选用不同的温度回火。根据回火温度的不同,在生产中往往将回火过程分为低温回火,回火温度在150-250℃之间, 其目的是稳定或降低淬火应力,减少钢的并保持钢的高硬度,如要求HS90以上的高硬冷轧工作辊,表面淬火后应进行低温回火。中温回火时回火温度一般选择在350-500℃,可以获高的弹性极限,同时有高的韧性。在500-650℃的回火称为高温回火,主要是为获得强度,塑性和韧性良好配合的综合力学性能,所以一般结构钢大锻件经淬火或正火后都进行高温回火处理。

       对于一般焊接件,铸铁(钢)件,以及被校直的轴类零件,均存在着较大的内应力,为消除这些零、部件的内应力,达到稳定形状和几何尺寸的目的,往往也需要进行高(中)温回火处理,有些工厂将这类零部件的回火人工时效处理,有时也称为低温退火。

       钢在淬火或正火之后的回火过程中,性能发生了很大的变化,这是在回火过程中组织变化的宏观反映,所以要了解回火过程必须首先要知道回火时的组织变化规律。

       回火时的组织转变:

       回火是在大锻件经淬火或正火之后进行的工序,所以回火时的组织转变与淬火或正火之后得到的组织有关。如前所述,大锻件经淬火或正火之后可以得到马氏体、贝氏体或珠光体组织,或是几种混合组织,下面就各种组织在回火过程中的转变情况作一简略的介绍。


锻造加工


       (一)马氏体回火。

       马氏体是碳在《相中的过饱和固溶体,这是一种不稳定的亚稳相。马氏体转变一般不能进行到底,即使将过冷奥氏体冷却到Mf点以下时,还有一些奥氏体被保留下来,对于一些高合金钢其Mf点可能被降到室温以下,当过冷奥氏体被冷却到室温时,还有一部分奥氏体不能转变为马氏体,一般将这两部分残存的奥氏体都称为残余奥氏体。对低中碳钢 和低合金钢,残余奥氏体量一般比较少,但对高碳或高合金钢来说,残余奥氏体量就可能比较多。对于大锻件用钢常见的马氏体形态主要有板条马氏体和透镜片马氏体。板条马氏体的亚结构主要是由高密度位错组成,所以也称为位错马氏体,而透镜片马氏体的亚结构主要是由孪晶组成,所以也称为孪晶马氏体。马氏体形态主要决定于奥氏体的化学成分,其中以碳为最重要。

       在回火过程中发生的转变主要是马氏体的分解及残余及残余奥氏体的转变。随温度升高,在四个温度范围内有热效应,这表明,在这四个温度范围内发生了放热转变。现在已弄清,对应于第一个热效应的转变是马氏体分解。这一过程开始于100℃左右, 在150-170℃左右转变速度达到最大。用X射线结构分析方法证明,此时固溶于马氏体的碳以碳化物的形式自马氏体中析出,使马氏体的碳含量及正方度下降,碳含量直所降低的马氏体称为回火马氏体。随着温度的升高,马氏体的碳含量不断减少化物的析出速度也随之而降低。这一析出过程一直延续到350℃左右。对应于第二个热效应的转变是残余奥氏体的转变。这一转变在190-200℃开始,在240-270℃左右转变速度达到最快,在300℃左右结束。在这一温度范围内,除残余奥氏体发生转变外,马氏体还继续分解。由于两个效应的叠加,故使热效应非常明显。对应于第三个热效应的转变是碳化物转变,因马氏体分解初期析出的是亚稳碳化物,在此温度范围内将转变为稳定的碳化物。最后在440-550℃之间相将发生回复与再结晶,已析出的碳化物将发生聚集长大。在第四个转变之后,亦即在再结晶终了之后,碳化物的聚集长大还将继续进行,直至下临界点。由此可见,马氏体的回火转变是相当复杂的。必须指出,回火转变的复杂性还在于:

       1)四个转变不是彼此分隔的而是相互重叠的,一个转变还未结束,另一个转变已经开始。四个由热效应引起的低谷不是由某一个转变而是几个转变的综合结果,只是其中的一个是主导的。

       2)虽然大部分钢在回火时都具有上述四种转变,但各种钢回火转变还与其成分及淬火工艺的不同,这四种转变出现的温度范围也将有所不同。如低碳钢淬火后残余奥氏体很少,故第二个转变就很不明显;合金钢由于溶于奥氏体的合金元素显著提高了残余奥氏体的稳定性,故将残余奥氏体的转变推向高温。

       综上所述,马氏体的回火过程中主要发生四种转变即马氏体的分解、残余奥氏体的转变、相的回复和再结晶、碳化物的析出,转变和聚集长大。

      (二)珠光体型原始组织的回火。

       大锻件为避免锻造加工淬火时的过大的内应力,特别是一些碳钢和低合金钢锻件经常采用油淬或正火处理,所以基本上得到的是珠光体型的组织。这时得到的珠光体中的渗碳体是片状的,比较分散,在回火过程中,铁素体和渗碳体没有成分的变化,只会发生渗碳体的聚集和球化。淬火珠光体在回火时,片状珠光体会变为球状珠光体,回火温度越高,保温时间越长,得到的珠光体球也越大。这样的组织比淬火珠光体的综合力学性能要好。完全球化需要很长时间。 在重机厂生产的45钢大锤头,淬火之后只能得到珠光体,它的回火主要是为消除淬火应力,使渗碳体产生部分的聚集长大,降低一些硬度,提高塑韧性。合金元素特别是碳化物形成元素,阻碍碳化物的球化过程,提高了回火抗力。

       (三)淬火(正火)贝氏体的回火.

       贝氏体是过饱和碳的固溶体和很细的渗碳体的混合物,在回火时会发生如下转变:

       1.渗碳体的球化,由于贝氏体中的渗碳体分散度很大,可以在较低的温度开始球化,由于球化的结果使钢的

硬度强度降低,塑性韧性升高。

       2.合金碳化物的形成和析出,在回火过程中,碳化物形成元素在500℃以上就向碳化物中转移,并形成特殊的额合金碳化物,这种特殊的碳化物以高度弥散的形式分布,可使钢的硬度和强度升高,这对高合金很明显,对低合金钢不太明显,由于合金元素的作用,明显地提高回火抗力。


车轮锻件


       所以在回火的过程中,通过对上述的了解后,一定要注意回火的组织转变,面对不同的组织转变应对相应的措施,在这方面,山西永鑫生锻造有限公司面对不同的转变,实施不同的方案,尽最大可能保证产品的完好。



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