模具钢和弹簧钢中的回火工艺及硬度调质情况

制定回火工艺的主要参数有：回火温度、回火时间和回火的冷却速度。

（1）回火温度 工件的力学性能要求（如硬度、强度、塑性、韧性等）是选择回火温度的依据。实际生产中，由于硬度检查简便易行，且硬度和强度在一定范围内有着对应关系，因此常以硬度要求来确定回火温度。实践证明，只要材料选择正确，工艺合理，回火后达到要求硬度，其他力学性能（如塑性、韧性等）一般均能满足使用要求。根据工件的力学性能要求，回火温度可在低温、中温和高温三个不同范围进行选择。

（2）回火时间 回火需保温一定的时间，目的是使工件心部与表面温度均匀一致，保证组织转变的充分进行，以及淬火应力得到充分消除。如回火时间过短，则会导致回火不充分，使得一些高碳钢工件在磨削时出现裂纹，刀具及模具等则容易在使用时产生崩刃现象，也会使一些精密零件在使用一段时间后发生形状和尺寸的变化；但过长的回火时间则会提高成本，降低设备生产率。

因此，回火时间的确定必须考虑工件的有效尺寸、回火温度以及加热介质等因素，见表13-2。

表13-2 回火保温时间参考表[1]

（3）回火的冷却速度 回火加热后，一般采用在空气中冷却的方法。但对出现可逆回火脆性的钢，应采用在油中快速冷却的方法，抑制回火脆性产生。

根据回火温度的高低，回火工艺主要分为低温回火、中温回火和高温回火三类。

1.低温回火

淬火钢在250℃以下的回火为低温回火^[34]。低温回火一般在150～250℃温度范围内进行，回火后组织为回火马氏体以及未溶碳化物，目的是为了在尽可能保持高硬度、高强度及耐磨性的同时，消除淬火应力、减小脆性等。

低温回火主要用于淬火成马氏体的刀具、量具、冷冲模具、滚动轴承、渗碳及超高强度钢制工件等的回火，回火后得到回火马氏体组织。表13-3列出几种工件的低温回火应用实例。

表13-3 低温回火工艺实例^[5]

由于回火温度较低，低温回火多在带有热风循环的空气炉、油浴、硝盐浴等设备中进行。在保温过程中，淬火应力逐渐减小。回火温度越高，保温时间越长，则应力消减的程度越大，所以低温回火时的保温时间一般较长，约为2～4h。保温完了后工件在空气中冷却。

2.中温回火

淬火钢件在250～500℃之间的回火为中温回火^[6]。回火后组织为回火托氏体，其硬度一般为40～50HRC。淬火钢经中温回火后除了保持较高的硬度和强度以及足够的韧性外，其弹性极限也达到了极大值。因此中温回火广泛地应用于各类弹簧件，也可用于某些模具（如塑料模等）以及要求较高强度的轴、轴套和刀杆等。表13-4列出了几种模具钢和弹簧钢中温回火时的回火温度及回火后的硬度数值。中温回火可在空气炉或盐浴中进行。

表13-4 常用模具钢和弹簧钢中温回火温度及回火后硬度^[12](www.xing528.com)

有些钢种（如表13-4中的几种弹簧钢）在中温温度范围内回火时，常发生不可逆回火脆性及可逆回火脆性而使韧性降低，必须引起充分注意。对于具有可逆回火脆性的钢，回火后应进行快（水或油）冷，其他钢种则空冷。

3.高温回火

淬火钢件在500℃以上的回火为高温回火^[6]。结构钢的高温回火常在500～650℃区间进行^[5]，回火后的组织是回火索氏体，其硬度一般为25～35HRC^[17]。回火索氏体组织既具有一定的硬度、强度，也具有良好的塑性和韧性，即有好的综合力学性能。习惯上将钢件淬火及高温回火的复合热处理工艺称为调质。调质处理广泛用于各种重要的结构零件，尤其是在交变载荷下工作的零件，如汽车、拖拉机、机床上的连杆、连杆螺栓、齿轮和轴类零件等。

大锻件在淬火或正火后，常以高温回火去除内应力并改善组织和性能^[5]。大锻件为避免淬火时的过大的内应力，经常采用油淬或正火处理。大锻件经淬火或正火处理后，得到马氏体、贝氏体或珠光体组织，或是几种混合组织，而且基本得到的是珠光体型组织^[19]。因此大锻件采用高温回火，除了对淬火马氏体进行回火外，还要对淬火贝氏体和珠光体进行回火。在高温回火过程中，贝氏体中的渗碳体发生球化，珠光体中渗碳体片也发生聚集和球化，最后都得到类似调质组织的回火索氏体或粒状珠光体，使残留应力得以去除，组织性能得到改善。

淬透性较大或截面较小的工件，正火后硬度可能偏高而塑性偏低，也需进行高温回火以改善之^[5]。

含Cr、Mo、W、V、Ti等元素较多的高速钢等合金钢（结构钢及工具钢），因高温回火时产生二次硬化现象，淬火后一般采用高温回火。

某些高合金结构钢的高温回火温度可能远高于650℃。例如，制作内燃机排气阀的4Cr9Si2钢淬火温度1030～1050℃，回火680～710℃；4Cr10Si2Mo钢，则常用1100℃油淬，而后840～860℃回火4h^[5]。

当碳钢中含P、Sn、As等元素较多，或合金结构钢中含有Cr、Mn、Ni（与Mn或Cr共存时）等元素时，高温回火（尤其是500～600℃间）易出现较严重的第二类回火脆性，应在回火后采用快冷（水或油）以避免之。第二类回火脆性敏感性较小的钢种（含有适量的钼），高温回火后可以缓（空）冷。

文献[4]通过计算，建立起了45钢回火后的性能与回火温度之间的数学表达式：

式中 HRC——洛氏硬度值；

σ_b——抗拉强度（MPa）；

δ₅——伸长率；

t——回火温度（℃），t在200～700℃范围内。应用式（13-2），可对45钢的回火后的性能进行预测，方法简单并且精确。