淬火钢回火脆化及其控制方法

大多数合金结构钢淬火后，随着回火温度的升高，虽然强度和硬度的变化一直趋向于降低，塑性指标逐渐增加，但冲击韧性并不是单调地降低或升高，而是可能出现两个马鞍形，如图8-8所示。回火时这种韧性下降的现象称为回火脆性或回火脆化。

图8-8　回火温度对淬火钢韧性影响的示意图

回火脆性可分为两类：①发生在250～400℃之间的回火马氏体脆性（TME），

又称为350℃脆性，国内普遍称为第一类回火脆性、低温回火脆性或不可逆回火脆性。②在350～550℃之间发生的称之为回火脆性（TE），又称为500℃脆性，国内一般称之为第二类回火脆性、高温回火脆性或可逆回火脆性。这两种脆性发生的温度范围部分重叠，而且产生的机理也有部分相似之处，有时很难在期间划出严格的界线，现分别介绍如下。

1.回火马氏体脆性（TME）

一般来说，发生TME的最明显表现是，将淬火钢在250～400℃回火1h，不管是快冷或慢冷，钢的夏比缺口冲击功都会下降，在冲击功—回火温度曲线上出现马鞍形。图8-9为三种不同的钢发生TME后冲击功下降的情况。而且，钢的韧脆转变温度升高，断口中沿晶断裂的比例增大，钢的平面应变断裂韧性下降。

图8-9　不同钢发生TME后冲击功下降的情况(www.xing528.com)

对于引起TME的机理目前还有争论，主要有残余奥氏体的分解导致TME、杂质偏聚在原奥氏体晶界引起TME、碳化物转变引起TME等几种说法。

虽然通过降低钢中的杂质、加入合金元素降低杂质的偏聚、采用快速回火等方法能够在一定程度上改善回火马氏体脆性，但值得强调的是，不管采用何种方法，都不能完全消除回火马氏体脆性。因此，这一脆性温度范围往往被视为回火的禁区，通常都避免在这个温度范围内回火。

2.回火脆性（TE）

产生TE的标志有：①冲击功—回火温度曲线出现马鞍形，即冲击韧性下降。②韧脆性转化温度升高。③断口通常是沿原奥氏体晶界的沿晶断口。④原奥氏体晶界上有杂质元素和某些合金元素的偏聚。前两点是产生TE的性能判据，后两点是TE的断口形态和成分判据。图8-10为含高磷的镍钢和镍铬钢在一定温度区间回火后冲击功下降的情况，试样先经900℃加热油淬、625℃回火2h后水冷，接着再经历不同温度回火并水冷，最后测其冲击功。冲击功下降所对应的温度区间即是该钢产生TE的温度区间。

图8-10　含高磷的镍钢和镍铬钢的回火脆化温度范围

TE与TME相比较，有两个显著特点，一个是对时间有更大的依赖性，另一个是可逆性。所谓对时间的依赖性，包含两方面的含义，一方面是指在某一脆化温度下，保温时间越长，断口形貌转化温度（FATT）越高；另一方面的含义是在脆化温度或高于此温度下回火时，随后的冷却速度对TE的出现与否具有决定性的影响，如果快冷，一般不出现，反之则出现。所谓可逆性是指如果钢先在较高温度下回火并快冷，没有产生脆性；如果再将其在脆化温度范围加热或慢冷通过此温度区间，则会产生脆性。如果将上述脆化了的钢再进行高温回火并快冷，脆性又消失，称为脱脆。如果脱脆处理后的钢再进行上述导致脆化的处理，还会致脆。

当钢中含有钼、钨等元素，锑、磷、锡等杂质含量较少时，可以抑制回火脆性。另外，采用高温回火后快冷、亚温淬火以及亚温淬火加低温奥氏体化处理的方法也能有效抑制回火脆性。