钢的回火温度与性能变化

工件淬硬后再加热到Ac₁点以下某一温度，保温一定时间，然后冷却至室温的热处理工艺，称为回火。

1.回火的目的

（1）减少或消除淬火冷却应力 钢淬火后存在着很大的淬火冷却应力，如不及时消除，往往会造成变形和开裂，使用时也易发生脆断。通过及时回火，可减少或消除内应力，以保证钢件正常使用。

（2）满足使用性能要求 钢淬火后硬度较高，脆性较大，韧性较差，为满足使用性能的要求，可通过回火来消除脆性，改善韧性，以获得所需要力学性能。

（3）稳定组织和尺寸 使亚稳定的淬火马氏体和残留奥氏体进一步转变成稳定的回火组织，从而稳定钢件的组织和尺寸。

2.回火时的组织与性能的变化

钢淬火组织中的马氏体和残留奥氏体在室温下都处于亚稳定状态，都存在向稳定状态转变的趋向。回火是采用加热等手段，使亚稳定的淬火组织向相对稳定的回火组织转化的工艺过程。随着回火温度的不同，将发生以下转变：

（1）马氏体的分解 淬火钢回火加热到80～350℃时，马氏体中的过饱和碳会以极细微的过渡相碳化物（ε碳化物）析出，并均匀分布在马氏体基体中，使马氏体的过饱和度下降，形成回火马氏体。在此温度回火时，钢的淬火冷却应力减小，马氏体的脆性下降，但依然保持高硬度。

（2）残留奥氏体的分解 淬火钢回火加热到200～300℃范围时，残留奥氏体开始分解成下贝氏体或马氏体，其产物随即又分解成回火马氏体，因而淬火冷却应力进一步减小，硬度则无明显降低。

（3）渗碳体的形成 淬火钢回火加热到300～400℃范围内时，过渡相ε碳化物逐渐向渗碳体转变，并从过饱和马氏体中析出，形成更为稳定的碳化物。此时的组织由铁素体（其形态仍保留针状马氏体的形状）和极细小的碳化物组成，称为回火托氏体。此时淬火冷却应力基本消除，硬度降低。

（4）碳化物的聚集长大和α相的再结晶 淬火钢回火加热到400℃以上时，极细小的渗碳体颗粒将逐渐形成较大的粒状碳化物，并且铁素体（α相）将发生再结晶，其形态由针状转变为块状组织。这种由多边形铁素体和粗粒状碳化物组成的组织称为回火索氏体。此时淬火冷却应力完全消除，硬度明显下降。(www.xing528.com)

淬火钢在不同温度回火时，将得到不同的组织，性能也将随之发生变化。性能变化的一般规律是：随回火温度的升高，钢的强度、硬度下降，塑性、韧性升高。淬火40钢的回火力学性能的变化规律如图4-15所示。值得注意的是淬火钢在250～350℃回火时，冲击吸收能量明显下降，出现脆性，这种现象称为不可逆回火脆性。一般应避开在该温度范围内回火。

图4-15 淬火40钢回火时的力学性能变化

3.回火方法

在实际生产中，按回火温度的不同，通常将回火方法分为三类：

（1）低温回火（＜250℃）低温回火得到回火马氏体（M_回）组织。在保证淬火钢具有高硬度和高耐磨性的同时，低温回火可消除或减小淬火冷却应力，降低钢的脆性。低温回火主要用于要求硬而耐磨的滚动轴承、量具、刃具、冷作模具、渗碳淬火件等。这类钢经淬火、低温回火后，硬度一般为58～64HRC。

（2）中温回火（350～500℃）中温回火得到回火托氏体（T_回）组织，可获得高的弹性极限、屈服强度和韧性。中温回火主要用于弹性零件、热锻模具等，经淬火、中温回火后，硬度为35～50HRC。

（3）高温回火（＞500℃）高温回火得到回火索氏体（S_回）组织，获得良好的综合力学性能。淬火加高温回火的复合热处理工艺称为调质处理。调质处理主要用于要求具有良好综合力学性能，硬度为200～350HBW的各种重要结构零件，如螺栓、连杆、齿轮及轴类等。

常用钢的回火温度与硬度对照表见附录C。