材料过热与过烧：特征与影响

过热与过烧是金属材料热加工及热处理时的常见缺陷，过热引起晶粒过分长大（可达1～2级以上），过烧则产生局部熔化。过热会明显降低钢的力学性能，过烧使零件报废。下面介绍不同材料过热与过烧的特征。

1.结构钢 结构钢的过热有以下两种情况：

（1）当结构钢热处理加热温度过高，或锻造时终锻温度偏高（在1000℃以上），而锻造变形量不大、锻后冷却又较慢时，晶粒很快长大。对碳钢而言，空冷时会出现粗大的魏氏组织铁素体与珠光体。在GB/T 13299—1991《钢的显微组织评定方法》中推荐了过热魏氏组织的评级标准，它是依据针状铁素体数量、尺寸和铁素体网所确定的奥氏体晶粒大小来评定的，包括了不同碳含量（质量分数为0.15%～0.30%、0.30%～0.50%）的两套评级标准。对一些低合金钢，过热后空冷会局部出现较粗的贝氏体和马氏体，在最终热处理淬火时过热引起粗大的马氏体针。对于过热组织可以采用热处理纠正。如果是普通碳钢用一次正火（≈950℃）即可，对出现粗大贝氏体或马氏体组织的合金结构钢最好采用退火。

（2）如果锻造加热温度过高（≈1350℃），这时不仅引起奥氏体晶粒粗大，还会引起夹杂物MnS在加热时的溶解，所以冷却时MnS便沿着奥氏体晶界重新析出，呈微粒状。这类过热使试样冲击值大为降低，且难以通过热处理完全纠正，只能部分减轻其危害。纠正的热处理过程比较复杂，把过热的钢件重新加热到很高温度（≈1375℃），使硫化物完全溶解，然后以慢的冷却速度（≈3℃/min）冷至1250℃空冷。出现这类过热时，用常规的侵蚀剂无法显示沿晶界析出的MnS，故难以鉴别，如采用表5-20中15号、16号侵蚀剂则可显示这类过热特征。最有效的方法是采用饱和硝酸铵水溶液进行电解浸蚀（电压为6V，电流密度为0.1A/cm²，不锈钢为阴极，间距为2cm，不超过3min），如晶界呈白色网状，表明出现了这类过热。该方法对于热处理钢在回火后达到最大韧性时有最佳的浸蚀效果。出现这类过热后，宏观断口呈无光泽的暗灰色，在扫描电镜下为沿晶断口，并可看到大量的晶界MnS微坑。

当钢加热至更高温度时会出现过烧现象，其原因是由于晶界区硫的偏析降低了固相线，使晶界区局部熔化形成富硫液体；同时由于磷在液相中的溶解度明显高于固溶体，使磷原子不断向液相扩散，于是晶界上形成富硫、磷的液体。在随后的冷却过程中，晶界上产生不同形态的MnS（微粒状或树枝状），同时晶界上伴随着严重的磷偏析，严重时甚至存在FeP薄膜。过烧时，如有氧渗入则造成明显的晶界氧化。出现氧化后过烧的检验比较容易，如过烧尚未引起晶界氧化，其显微组织特征与过热的不易区分，都伴有严重的魏氏组织。为鉴别过烧现象，也可以用表5-20中15号、16号试剂侵蚀，或者用饱和硝酸铵水溶液电解浸蚀。由于过烧时晶界处有磷的偏析或FeP析出，故衬度与过热态正好相反。出现过烧后使钢的拉伸塑性、冲击韧度严重下降，只能判废。

2.高速钢 高速钢的淬火加热温度很高，很容易发生过热，且其特征与结构钢不同，不一定与硫偏析相联系。高速钢过热的主要特征是：

（1）出现网状或半网状碳化物。这是由于淬火加热温度过高，碳化物大量溶解，使奥氏体碳含量明显增高，因此在冷却时就会在晶界形成网状、半网状碳化物。

（2）碳化物角状化。W系高速钢在淬火温度到达1300℃以上时，碳化物聚集长大形成角状碳化物，它十分稳定。高速钢的过热组织如图5-49所示。(www.xing528.com)

图5-49 高速钢的过热组织 500×

过热使高速钢脆性明显增大，使用时极易崩刃。因此，在我国的《工具钢热处理金相标准》中对高速钢过热的检验十分重视，如一般对碳素钢或低合金工具钢制造的刃具产品只规定了淬火、回火马氏体的晶粒度要求，而对高速钢制品除了晶粒度要求外，还制定了钨系及钨钼系高速钢过热程度的标准图，对不同刃具制品允许的过热级别作出了明确的规定。

应该说明：高速钢经正常淬火温度淬火及560℃回火后，如未经过中间退火便继续再在正常温度下进行重新淬火、回火处理，可能出现萘状断口。萘状断口同高速钢的过热现象并没有必然的联系，它仅是由于重复淬火引起的晶粒粗大现象，是碳化物在二次淬火加热时不均匀溶解导致的晶粒不均匀长大或不连续长大，不存在上述过热的基本特征。

当淬火加热温度更高时，会出现局部熔化现象，且冷却后呈铸态组织，晶界上有网状的莱氏体，晶内出现黑色组织。这就是高速钢的过烧组织，出现过烧时刀具只能判废。

影响高速钢过热过烧的因素除了加热温度外，还有原始的碳化物偏析程度。若原始偏析严重，大量共晶碳化物堆积，使局部区域的熔点下降，这样即使在正常温度下淬火也会出现过热，温度稍高就会出现过烧现象。

3.铝合金 铝合金的淬火温度范围很窄，若淬火温度偏低，则强化相溶解不足，降低了力学性能；若淬火温度偏高，则容易发生过烧，特别是铝合金存在偏析时这一倾向更为严重。过烧时，表面金属氧化、烧损，使之呈现暗斑，失去光泽，有时还出现气泡，并有“结瘤”现象，这是低熔点共晶体熔化的结果。在显微组织中，过烧的特征是铸态下晶界共晶体重熔，冷却后形成连续的网状组织（图5-50），有时出现复熔共晶球，晶界变粗或呈现三角形相，严重时晶界氧化。应该注意：在过烧初期由于固溶充分，合金化程度高，使析出相增加，故抗拉强度还略有升高，但已经影响了疲劳性能，故判断铝合金是否过烧不能只凭力学性能，而需进行金相检验。JB/T7946.2—1999中，将铸造铝硅合金组织分为：正常、过热、轻微过烧、过烧、严重过烧五个等级，可供检验时参考。