二次硬化现象及其影响因素

一些高合金钢在一次或多次回火后硬度上升的现象，称为二次硬化^[6]。这种硬化现象是由于碳化物弥散析出和（或）残留奥氏体转变为马氏体或贝氏体所致。

高速钢、高铬模具钢等的二次硬化现象尤为突出。它们在一定温度回火后，工件硬度不仅不降低，反而比其淬火态要高得多。图13-9是W180r4V高速钢经1290℃淬火后的硬度与回火温度的关系。

产生二次硬化的原因有以下两个方面：

（1）特殊碳化物的弥散强化作用 只有含Mo、V、W、Ta、Ti和Nb等强碳化物形成元素的合金钢，才有回火二次硬化效应。电子显微镜观察证实，二次硬化主要是由于回火时从基体中析出特殊碳化物的弥散强化作用产生的。随着回火温度的升高，回火时析出的渗碳体型碳化物逐渐粗化，马氏体过饱和度逐渐降低，钢的硬度也逐渐降低。但当回火温度较高（500℃以上）时，从马氏体基体中将析出弥散、细小的Mo₂C、W₂C、VC、TiC、NbC等特殊合金碳化物。这些特殊碳化物多在位错区沉淀析出，常呈极细针状或薄片状，尺寸很小，而且与α相保持共格关系。随着回火温度的逐渐升高，碳化物数量逐渐增多，碳化物尺寸逐渐增大，与α相的共格畸变也逐渐加剧，从而使钢的硬度也逐渐升高，直至硬度达到峰值。硬度达到峰值

图13-8 碳钢的力学性能与回火温度的关系^[17]

a）低碳钢 b）中碳钢 c）高碳钢(www.xing528.com)

图13-9 W18Cr4V钢淬火后的硬度与回火温度的关系^[6]

后，如果再继续升高回火温度，由于碳化物长得过大，弥散度减小，与基体的共格关系被破坏，共格畸变消失以及位错密度降低，从而使硬度迅速下降。总之，可以认为对二次硬化有贡献的因素是特殊碳化物的弥散度、α相中的位错密度和碳化物与α相之间的共格畸变等。

（2）残留奥氏体转变成回火马氏体或下贝氏体 这类钢中的残留奥氏体在回火加热、保温过程中不发生分解，而在随后的回火冷却过程中转变为马氏体或下贝氏体，这种现象称为二次淬火。二次淬火也是二次硬化的原因之一，但它与析出特殊碳化物的弥散强化相比，其作用较小，只有当淬火钢中残留奥氏体量很高时，其作用才较显著。

近年有文献讨论了70Mo5Cr4WVCo4等合金钢的二次硬化机理，与上述机理不同^[18]。该类钢回火温度高于450℃，硬度就开始升高，在540℃硬度达到峰值。但是研究指出，在500～540℃回火并没有析出合金碳化物，而是在马氏体中形成了以钼为主的合金元素原子和碳原子[M-C]片状偏聚区。因此，文献认为，在500～560℃回火范围内，在α′相中形成了[M-C]偏聚区，是合金马氏体回火二次硬化的原因。