淬火后的回火：提升力学性能与尺寸稳定性的关键步骤

1 简介

钢在淬火正火后的回火工艺是将其加热到临界点Ac1以下，然后以适当的速度冷却，以提高塑性、韧性和尺寸稳定性。回火通常在淬火硬化后立即进行，与马氏体的热处理工艺有关；回火还可用于消除焊接加工引起的应力和降低硬度，减少成形、车削等引起的应力。

本期的重点是淬火后回火，以获得特定的力学性能，同时释放淬火应力，确保尺寸稳定性。淬火钢的微观组织主要为马氏体，其铁晶格为高应变间隙固溶体碳原子的体心方晶结构，因此呈现出非常硬（且脆）的状态。加热后，碳原子更易于扩散，经过一系列不同的反应步骤，最终在铁素体基体上形成Fe3C或合金碳化物，应力值逐渐下降。

回火钢的性能主要取决于所形成的碳化物的尺寸、形状、成分和分布，其中铁素体的固溶硬化作用相对较小。微观结构的这些变化通常会降低硬度、抗拉强度和屈服强度，但会提高塑性和韧性。在某些条件下，硬度可能不受回火影响，甚至还会增加。例如，在较低温度下回火的淬火（淬火）钢的硬度可能不会改变，但其屈服强度可能会增加。此外，含有碳化物形成元素（铬、钼、钒和钨）的合金钢可以进行二次硬化，即在回火后变得更硬。

2 主要变量

影响回火部件微观结构和机械性能的回火相关变量包括：

①回火温度。

②保温时间。

③回火后的冷却速度。

④钢的化学成分，如碳含量、合金含量、杂质元素等。

回火工艺主要取决于时间-温度关系。如果工艺参数选择不正确，将影响回火脆性、非最佳应力释放、机械性能和残余奥氏体的转变。温度和时间也是回火工艺中相互依赖的变量。在一定范围内，降低温度和增加时间通常与增加温度和缩短时间产生相同的效果。然而，在典型的回火操作中，温度的微小变化比时间变化的影响更大。

与许多热处理工艺一样，回火温度比回火时间更重要。碳化物的分布和大小取决于回火的具体参数。例如，在较低的回火温度下，微观组织仍为具有针状结构的马氏体，该组织由碳化物转变而成。相反，高温回火的最终结果是铁素体基体，其中分散有细小的碳化物。最终的微观组织称为回火马氏体，其微观组织通常不含有马氏体。

表1给出了部分碳素钢和合金钢在不同回火温度下的硬度值。

▼表1 碳钢与合金钢在不同回火温度下的硬度

正如所料，回火温度越高，碳钢（图1）和合金钢（图2、图3）的硬度越低。与马氏体不同（只有碳影响马氏体的硬度），合金钢在淬火回火（QT）后的硬度高于同等碳含量的碳钢在QT后的硬度。合金钢在回火后会产生合金碳化物，这些合金碳化物比碳钢中的铁碳合金（Fe3C）更硬。在较高的回火温度下，钢的韧性也会得到改善，然而，对于碳钢和合金钢（图4），在某个中间回火温度范围内，回火后韧性有明显的下降。

▲图1 淬火碳钢在不同温度下的回火硬度

▲图2 合金钢中合金元素对抗回火脆性的影响与碳钢的比较

a) Ni 的影响 b) Mn 的影响 c) Si 的影响

▲图3 含有大量碳化物促进元素的钢在回火过程中产生二次硬化

a) 含铬 b) 含钼

▲图4：碳低合金钢（碳质量分数为0.40%和0.50%）

不同温度回火后室温缺口韧性

影响回火钢性能的另一个因素是从退火温度开始的冷却速度。虽然拉伸性能不受冷却速度的影响，但如果钢缓慢冷却至 450-600°C (840-1110°F) 范围内的温度，韧性（通过缺口棒冲击试验测量）可能会降低，尤其是当钢中含有碳化物形成元素时。伸长率和面积减小也会受到影响，这种现象称为回火脆性。

3 回火温度及回火阶段

如上所述，回火时的温度是一个关键因素，因为随着回火温度的升高，微观结构的变化会加速。对于碳钢和低合金钢，Grossmann 和 Bain 给出了五个实用的温度范围，以方便讨论回火过程。

①冷处理。此工序或多或少，但通常大部分使残余奥氏体转变成马氏体。

②当加热范围为95~205℃（200~400°F）时。在此过程中的特定温度下，马氏体的立方体结构逐渐转变为立方体，并发生碳（非渗碳体）的第一相变析出。

③当加热范围为230~370℃（450~700℃）时，残余奥氏体发生分解转变，基本上等温转变为下贝氏体（除非事先进行冷处理，导致残余奥氏体转变为马氏体）。

④回火温度为370~540°C (700~1000°F)。碳化物以渗碳体形式形成。

⑤回火温度为540~705℃(1000~1300℃)。普通碳钢在此温度范围内仅发生渗碳体的进一步聚集，但含有碳化物形成元素的合金钢在此温度范围内回火时，会形成非常细小而弥散的富合金碳化物，渗碳体会重新溶解。同时，碳的析出物是一种特殊的合金碳化物。这种反应往往导致软化明显延迟，有时还会出现硬度大幅度提高，即二次硬化。

冷处理仅用作减少残余奥氏体的一种手段。其他人通常用阶段来描述回火温度，其中微观结构变化发生在相对不同的温度范围内。回火阶段是一个粗略的术语，可能会有相当大的重叠，因为随着组件被加热到越来越高的温度，反应会不断进行。然而，可以通过各种研究来区分阶段。

1）阶段I，形成过渡碳化物，马氏体中碳质量分数降低至0.25％（通常约100℃至250℃，或200~480°F）。

2）第二阶段，残奥转变成铁素体和渗碳体（200~300℃，或390~570°F）。

3）第三阶段，渗碳体和铁素体取代过渡碳化物和低温马氏体（250~350℃，或480~660℉）。

4）阶段IV，高合金及二次硬化过程中细小合金碳化物的析出和弥散（图3）。阶段I的回火在淬火过程中或室温保温过程中，往往伴有碳原子的重新分布，称为自回火或等温回火。由于阶段I回火前碳原子已重新排列，因此还会发生其他结构变化。

图5和表2总结了回火过程中的微观组织变化。

▲图5 普通碳钢回火阶段

退火温度对硬度的影响

▼表2 钢的回火转变顺序

（1）95~200°C（200~400°F）回火

当需要尽可能保留硬度和强度，并适当提高韧性时，应在95~200℃（200~400°F）范围内进行回火。在微观组织方面，将发生两种变化：马氏体由立方体变为立方体，碳以渗碳体（Fe3C）形式析出或形成过渡碳化物。

温度范围包括第一阶段回火，该阶段甚至在室温下就开始，但在有限的程度上，最高可达 250°C (480°F)。当低碳钢的第一阶段回火开始时，碳原子会重新分布到低能量位置，例如位错。当马氏体的碳含量降低到 0.25% 时，其立方体结构的一部分可能会消失。由于碳原子通过隔离位错位置比通过形成过渡碳化物更能降低自身能量，因此碳含量低于 0.2% 的钢中不会形成过渡碳化物。当钢中的碳含量大于 0.2% 时，原始碳会因沉淀聚集而偏析，非常细小的过渡碳化物颗粒在马氏体上成核并生长。

马氏体基体的碳含量由于过渡碳化物的形成而降低，过渡碳化物包括ε碳化物（具有六方晶体结构，近似于Fe2.4C的成分）或n碳化物（FezC，具有正交晶体结构）。ε碳化物和η碳化物的碳含量都高于高温回火时形成的Fe3C。当形成过渡碳化物时，马氏体由于固溶体中含有比铁素体更多的碳，因此仍然保留一定程度的四方结构。因此，当总碳含量足够高时，在阶段I回火时将发生碳偏析，导致微观组织中出现各种缺陷，马氏体将转变为低碳马氏体和过渡碳化物。

物理性质的变化（例如电阻率）也会在第一阶段回火过程中发生，可用于监测这些变化。但是，硬度不会下降太多；事实上，对于中碳钢和高碳钢，硬度会略有增加。

（2）230~370℃（450~700F）回火

回火温度约为 230-370°C (450-700°F)，很少用于回火硬化钢。这是因为当主要关注高硬度时，使用低于 205°C (400°F) 的回火，而当主要目标是韧性时，使用高于 370°C (700°F) 的回火。不使用这两个温度之间的回火，可能是为了避免韧性的损失，也是因为无法实现高强度和韧性。

在 230-370°C 范围内回火的主要特征包括两种已知的表现形式：残余奥氏体的微观结构变化，残余奥氏体或多或少等温转变为黄铁矿，以及随着回火温度的升高，室温缺口韧性降低。这两种表现形式毫无关联。

1）减少残余奥氏体

合金钢含有大量残余奥氏体，尤其是马氏体转变终止温度低于室温的合金钢。在 200-300°C (400-570°F) 温度范围内回火会导致残余奥氏体分解为渗碳体和铁素体或下贝氏体，从而导致体积增加。当残余奥氏体以薄膜形式存在时（通常在晶界处），渗碳体沉淀物会以一系列具有薄膜外观的连续颗粒形式存在。

对于碳含量低于 0.5% 的钢，残余奥氏体（如果存在）的体积百分比低于 2%。例如，在图 6 中，4130 和 4340 钢中的残余奥氏体（体积百分比分别约为 2% 和 4%）在 200°C (400°F) 以上开始转变，并在 315°C (600°F) 时完成转变。随着残余奥氏体的体积分数降低，渗碳体的原子分数增加。

▲图6 4130和4330钢中残余奥氏体的转变

2）韧性降低

与残余奥氏体含量的降低一样，众所周知，在 230-370°C (420-700°F) 范围内回火（见图 4）会导致韧性降低。在 200°C (400°F) 范围内回火通常会提高韧性，但在 260-315°C (450-700°F) 范围内回火会导致韧性降低。这种效应称为回火马氏体脆性，与回火脆性不同。由于韧性降低，回火马氏体脆性在工业生产中很少使用。

普通碳钢和合金钢均在230~370℃（450~700℉）范围内回火。

（3）370~540℃（700~1000F）范围内回火

一旦回火温度超过 370℃ (700℉)，就进入更宽的回火温度范围 370~675℃ (700~1250℉)。大量工业产品在此温度范围内回火，包括那些以韧性为主要要求的产品。在此范围的低温阶段即 370~540℃ (700~1000°F) 回火时，工件具有出色的韧性，同时仍具有合理的强度值。在此范围的高温阶段即 540~675℃ (1000~1250°F) 回火适用于需要最大韧性的零件，但这是以牺牲强度为代价的。

370-540°C (700-1000°F) 范围内的回火几乎专门用于普通碳钢和合金结构钢（不包括工具钢、轴承钢和表面硬化钢）。在此温度范围内回火的特点是韧性增加，硬度（因此强度）显著降低。机械性能的变化是微观结构变化的结果：稳定碳化物的沉淀和聚集（初始球化）。

当然，硬度降低的范围很大：因为碳含量相对较高的钢在淬火后硬度相对较高，所以其回火后的硬度也会在一定范围内下降，如图1所示。图1可以作为预期硬度的粗略指导，但应该强调的是，这只是一个粗略的指导，它仅适用于普通碳钢。

表 3 和表 4 显示了 4140、4150、1141、1144 和 1045 钢在高达 650°C (1200°F) 的温度下回火后的典型硬度。

▼表3 4140、4150钢回火后典型硬度

▼表4 1141、1144、1045钢回火后的典型硬度

（4）540~700℃（1000~1300℉）回火

在 540-675°C (1000-1250°F) 的高温范围内回火可提高韧性，但会损失大部分通过淬火获得的强度。尽管如此，淬火和回火工艺仍然合适，因为回火马氏体比具有相同硬度的珠光体韧性高得多。

图4示出了在一定回火温度范围内回火后通常可以预测的韧性，包括含碳量为0.40%和0.50%的钢以及各种合金成分在回火后的预测缺口冲击能量值，以及在室温下的V型缺口夏比冲击和伊佐德试验。当使用U型缺口代替V型缺口时，可以预测比所示值更低的冲击能量值。

图4所示的曲线包括了多种合金成分。没有证据表明任何特定的合金或合金组合在相同硬度下表现出优越的韧性。相反，正如所预测的那样，当对单一成分的钢进行大量热试验时，在相同碳含量下合金成分的变化将导致韧性的显著变化。

对于碳钢和低合金钢（图4），虽然回火温度高于370°C（700°F）会提高韧性，但在450~600°C（840~1110°F）范围内长时间加热或缓慢冷却可能会降低韧性（见图7），并且冷却速度的影响在图7中的高温下更为明显。这种现象称为回火。

脆性。

▲图7 冷却速度对回火脆性的影响

4 回火时间及回火温度

回火时间和回火温度影响碳和合金元素的扩散，因而也影响碳化物的形成和回火程度。为了保持一致性和减少对时间变化的依赖性，零件一般在燃气或电加热炉中回火1~2小时。Thelning推荐的经验公式是，炉负荷达到设定温度后，每25mm(1in)厚度回火1小时。AMS 2759标准还规定了各种碳钢和低合金钢的推荐回火条件。如果采用感应加热进行回火，回火周期对温度和温度下的保温时间非常敏感。

一般来说，知道了所需的硬度后，就可以根据图 1、2 和 3 中的曲线所指定的温度确定所需的回火温度。然而，对于等效的回火过程，考虑各种时间-温度组合是很有用的，这通常可以通过短暂的高温来完成。

图 8、9 和 10 显示了不同回火温度下硬度与回火时间的关系，这是回火数据的汇总。除非发生二次硬化，否则当时间呈对数形式时，硬度的变化在大部分时间范围内接近线性。但是，这种方法很耗时。因此，已经开发出一种参数方法来描述回火过程中的时间-温度关系。

▲图8 1335钢回火数据汇总

▲图9 回火时间对0.82%C-0.75Mn钢的影响

回火软化的影响

▲图10 4330钢在不同温度和时间的回火效果

这种关系类似于用于分析蠕变数据的“拉-米勒”曲线，由霍洛曼-杰夫首先提出，作为低合金钢和中合金钢在不同时间-温度条件下淬火和回火后近似硬度的经验公式。从他们对各种钢的分析来看，常数C的范围从10到15，具体取决于具体的钢。图11显示了两个示例。

▲图11 Holloman-Jeff回火行为参数

a) w(C)=0.310%钢，C=15.9

b) 钢，w(C) = 0.356%，C = 14.3

注：温度T的单位为K，时间的单位为s

除了获得大量残余奥氏体外，Holloman-Jeff 方法还提供了相当好的相关性。图 12 和 13 所示的数据也来自 Holloman 和 Jeff 数据库，其中包含碳钢和低合金钢。这两幅图中未给出高合金钢（不锈钢和工具钢）的数据。图 12 和 13 分别为机加工钢、锻造钢、合金钢和高碳合金钢提供了估计回火过程中时间-温度影响的基础。

（1）估算能够实现类似回火硬度的等效时间-温度关系

根据钢中碳含量，使用图 12 或图 13 进行估算。图 12 适用于碳含量为 0.15% 至 0.40% 的钢。例如，如果碳含量为 0.30% 的钢在 505℃ (940℉) 下回火 10 小时以获得一定的硬度，那么回火 1 小时后获得相同硬度的温度是多少？在 505℃ (940℉) 下回火 10 小时落在图 12 中的 A 点。点 A 位于具有不同硬度的 62HRC 线上。此硬度线穿过 1h 线（点 B）。因此，在 545℃ (1010°F) 下回火 1 小时可获得相同的硬度。对于高碳钢（碳含量为 0.90% 至 1.2%），使用与图 14 相同的应用方法。

（2）两种回火方法硬度差异的估算

Hollomon-Jaffe 采用了略有不同的方法来估计硬度的变化（图 12 和 13）。对于不含明显碳化物形成元素的钢，两次回火处理后获得的硬度差异等于图中两次处理之间的洛氏硬度差异。对于硬度小于 20 HRC 的钢或回火前洛氏硬度值小于 3 的钢，这种差异是不正确的。

▲图12 机加工钢、锻造碳钢、合金钢（0.15%~0.40%C）

回火过程中的时间-温度关系

▲图13 高碳钢（0.9%~1.2%C）

回火过程中的时间-温度关系

例：碳质量分数为0.3%的合金钢（图12）。

含有 0.30% C 和 3% Ni 的钢在 505°C (940°F) 下回火 10 小时后硬度为 29 HRC。该结果是通过实验测量的。在 425°C (800°F) 下回火 2 小时后，该钢的硬度大约是多少？

505°C (940°F) 回火 10h（A 点）落在 62 线上。425°C (800°F) 回火 2h（C 点）落在 54 线上，差值为 62-54=8。425°C 回火 2h 后的硬度为 8+29=37HRC。

例如：高碳钢（图13）。

经试验测得1095钢在595℃（1100℉）回火后的硬度为34HRC。那么该钢在480℃（900℉）回火4h后，其硬度是多少呢？

595℃（1100°F）回火1h（C点）落在65.5线上，480℃（900°F）回火4h（D点）落在59.5线上，差值为65.5-59.5=6。480℃（900°F）回火4h后的硬度为34+6=40HRC。

（3）其他参数模型

实际上，常数参数（C）随钢种和硬度水平而变化。与任何经验关系一样，

参数模型应谨慎使用。该方法假设淬火后的硬度为 100% 马氏体，无残留奥氏体，当给定的分析明显超出钢的成分范围时，应谨慎使用。

表 5 列出了一些示例的 Larson-Miller 常数参数。

▼表5 不同材料回火工艺时间-温度

分析中的常数参数C

Grange 和 Baughman 分析了各种碳钢和合金钢，并指出，对于给定的钢（4 倍或更多合金成分），C 值变化很大，平均值很小。然而，在使用试错法尽量减少绘制数据的散度时，Grange 和 Baughman 建议单一碳含量为 C = 18，这适用于各种碳钢（1026~1080）和低合金钢（4027、4037、4047、4068、1335、2340、3140、4140、4340、4640 和 6145）。要获得满意的回火数据，可采用以下参数方程进行建模：

P = (F+460) (18+logt)x10E-3

其中，t为时间（h）；P为回火参数。

图 14 和 15 分别显示了普通碳钢和低合金钢的回火曲线。对于碳钢，绘制了变化的参数 P 和硬度与碳质量分数的关系图，图 16 a)，提供了一种基于各种时间和温度相关参数的值确定回火循环参数的方法，图 16 b)。

有许多方法可以模拟马氏体钢在回火过程中的时间-温度响应。其中一种特别值得注意的方法是使用人工神经网络 (ANN)，通过非线性回归方法建立物理系统中输入和输出变量之间的相关性。神经网络的出现可用于模拟复杂的经验模型，并发现阵列数据中的基本关系和定量结构。

▲图14 普通碳钢回火曲线

▲图15 低碳合金钢回火曲线

a)1410)4340

▲图16 回火参数P图，

P = (F+460) (18+logt)x10E-3

a) P随硬度和碳质量分数的变化而变化

b) P与回火时间及回火温度的关系

5 化学成分对回火的影响

图17a)示出了碳质量分数对回火钢中QT(QT为调质钢)力学性能的影响-硬度。此图可作为确定其他元素对低合金钢调质硬度影响的依据。所有合金均增加回火过程中抵抗软化的阻力，即回火阻力(如上图2、3所示)。在钢中添加合金元素的主要目的是提高淬硬性。合金元素使软化速度减慢，特别是在高温回火时。因此，为了在给定的时间内获得给定的硬度，合金钢比碳钢需要更高的回火温度。

合金元素可分为碳化物形成元素或非碳化物形成元素，如镍、硅、铝和锰等，它们很少甚至从不出现在碳化物相中，而基本溶于铁素体中，对回火硬度影响不大。钢中这些元素主要通过铁素体固溶体或基体晶粒大小来控制硬化。碳化物形成元素（铬、钼、钨、钒、钽、铌和钛）形成合金碳化物，延缓软化过程。当以Fe3C形式存在时，碳化物形成元素的影响微乎其微；但在高温回火过程中，会形成合金碳化物，随着回火温度的升高，硬度缓慢下降。

图 18 和 19 显示了合金元素在不同回火温度下对抗回火软化的影响。铬和钼等强碳化物形成元素在 205°C (400°F) 以上的高温回火下非常有效地抵抗回火软化。

图17 碳钢淬火硬度

a) 在不同回火温度下回火马氏体

硬度与碳质量分数的关系

b)碳钢回火硬度的选择

▲图18 205~480℃（400~900"F）回火1h

七种元素（铬、锰、钼、镍、磷、硅、钒）

对回火马氏体硬度的影响。请注意锰、钼

和磷对205℃（400℉）时的硬度没有影响

▲图19 540~705℃（1000~1300℃）回火1h

七种元素（铬、锰、钼、镍、磷、硅、钒）

对回火马氏体硬度的影响

硅在 315°C (600°F) 时最能有效提高硬度。镍和硅引起的硬度增加可归因于固溶强化。镍在较高回火温度下更能有效提高硬度。碳化物形成元素减缓渗碳体聚集并形成大量细小碳化物颗粒。在某些条件下，高合金钢的硬度可以大幅提高。这种效果被认为是二次硬化。

图4b)示出了碳质量分数为0.35%的钢中钼含量对回火的影响。随着合金含量的增加，二次硬化的影响增大，并且可以出现各种合金元素的组合：铬在低温下比钼更容易引起二次硬化，铬和钼的联合作用产生相当平坦的回火曲线，峰值硬度出现在比单独存在钼时略低的温度范围内。H11钢和H13钢被广泛用作热作工具钢，其公称含量为0.35%C，5%Cr，1.5%Mo和0.4%V。图20示出了H11钢的室温硬度与硬度的关系。因为三种碳化物形成元素以适当的比例组合产生非常平坦的回火曲线。 对H13工具钢进行不同的回火时间（参数匹配）后，也可以得到相似的结果，如图21所示。

▲图20 H11钢和回火温度之间的室温硬度之间的相应关系

注意：所有样品均在1010℃（1850℉）中冷却。

在不同的温度下两次发脾气，分别为2小时

▲图21 H13工具钢的回火曲线

a）在不同的回火时间绘制

b）参数p = t（16.44 + logt）

绘制为水平轴

注意：t的单位为k；

（1）合金元素的其他影响

合金元素除了释放和次要硬化的温度外，还具有较高的残留应力，并且还可以降低较高的速度，因此，合金钢的速度更高。用于达到给定的强度等级，改善可塑性和韧性。

（2）残留元素的影响

残留元素通常是从钢中纯化的，可能引起脆性的元素。

响应期间6个维度变化

以人体为中心的晶格。如所指出的，在普通碳钢中保留了奥斯丁岩，在I阶段回火期间，将其转化为Bainite或铁矿[请参见230至370°C（450至700°F）的回火。 当某些合金钢被恢复时，某些保留的奥氏体可能会在冷却温度下转变为马氏体，因为合金碳化物在回火过程中，保留的奥氏体的马氏体起始点增加了，而某些奥氏体转变为马氏体。

图22显示，在冷却的温度下，将板的尺寸变化在冷气中淬灭，并在冷却到室温后。

（390°F）伴随着钢板在较高的温度下略有收缩。尺寸恢复，并且在淬火和回火之前更接近原始值。

▲图22 01工具钢板尺寸的变化

a）石油淬灭b）逐步淬火后的尺寸变化

注意：样本量为100mmx50mmx18mm

（4inx2inx0.7in）。

7张拉伸特性和硬度

硬度测量通常用于评估低温回火后的碳和合金钢的拉伸性能。

▲图23回火温度对室温下1050钢的机械性能的影响。

直径为38mm（1.5英寸），然后在各种温度下淬火并恢复活力。

图24回火温度对液压4340钢棒机械性能的影响

淬灭硬度601HBW的影响，一个加热

钢条的化学成分为：0.41％C，0.67％MN，0.023％P，

0.018%S, 0.26%Si, 1.77%Ni, 0.78%Cr, 0.26%Mo

例如，已经开发出QT钢的硬度和拉伸强度的经验公式，例如，Janitzky和Baeyertz评估了许多淬火和屈曲的钢的拉伸特性（请参阅图25）

TS（MPA）= 3.6HB-42.3

▲图25几种类型的QT钢（SAE 1330，2330，4130，

5130，6130）Brinell硬度和拉伸强度。

25mm（1英寸）直径圆条，水淬灭，在200〜

在700°C（400〜1300°F）范围内的各种温度下回火

例如，如果钢的硬度为363 HBW，则估计的拉伸强度为1265 MPa，将其转换为183 ksi（接近图25中绘制的数据），在淬火和调速钢的拉伸强度也与其他拉伸型相关。

▲图26几个油淬火钢（6145、4645、4145，

3240,3145，2345，4340）at 200〜700℃

（400〜1300°F）回火后拉伸特性

25mm（1英寸）直径

▲图27几个水淬火钢（3130，6130，2330，

4130，1330）在200〜700℃（400-1300°F）

回火后拉伸特性

25mm（1英寸）直径

QT钢的硬度也可以使用Grange等人发布的方法来预测。

hv = hvc+Δhvmn+Δhvp+ΔhvSi+ΔHvni+ΔHvcr+ΔHvmo+ΔHVMO+ΔHVV

其中HV是估计的硬度值（Vickers）。

为了使用此公式，必须根据图17 a确定碳的硬度值，首先假设回火温度为540°C（1000°F），并且钢的碳质量分数为0.2％，HVC值是在回火后的HVC值为180 HV的效果。

为了说明如何使用Grange等人提出的方法，使用了相同类型的4340钢，如图24所示。

假设温度为540°C（1000°F），估计的碳硬度值为210 hv，从图17 a），其他各种合金元素的硬度值在表6中显示。

▼表6其他各种元素的硬度值

根据图24，在540°C（1000℉）达到火力 +恢复处理后，硬度值为363hbw。

点火后的硬度变化。

▲图28 1046钢锻造产品返回

大火变化后室温硬度变化

a）提取b）在510℃（950°F）处提取1H

c）在525℃（975°F）的1H射击1H

▲图29具有各种原始微组织的碳质量评分

0.94％钢的硬度与Hollowy -Jeff参数

（温度t单位为k，时间t单位为s）

当原始微学马相同时，温度控制是恢复过程中最重要的参数。

淬火操作如下：加热1046钢至830°C（1525°F），并在碱溶液中淬火。

8韧性和脆弱

QT钢很容易显示出不同类型的脆性。

本节的重点是脆性和点火过程。

▲图30淬火钢和低合金钢

反应破裂与恢复温度与碳质量评分之间的关​​系

（1）循环浮肿（TE）

当碳钢和低合金钢在450〜600°C（840〜1110°F）处延伸时，会在火灾后发生点燃性（TE）。

它可以在此温度下消除点火的脆皮，并且可以在约575°F（1065°F）上消除韧性，以消除该温度下的脆性。

鲁ck的原因被认为是包含痕量元素的化合物的沉淀，例如锡，砷，野鸡和磷，以及铬或锰。

这种晶体崩溃的外观表明，原始的奥地利身体水晶世界发生了脆性。

众所周知，质量分数小于0.5％的碳钢不会引起点火脆性，但是在添加大量锰时会很容易引起此类问题。

与磷的诱导性相比，钼含量已被识别多年。

钼的作用是抑制点火的脆皮，这等同于改善钢的纯度。

①1500×10E-6是常规纯度（对应于大气 - 融合，钢中的一般数量）。

②1000×10E-6是具有很高纯度的钢（对应于真空熔炉）。

③500×10E-6是出色的纯钢（对应于真空熔炉和使用非常纯的原材料）。

当使用相对纯的钢（超过1500×10e-6和0.01％以上）时，钼的作用对于降低点火的脆性非常重要。

（2）蓝色脆皮

当普通的碳钢和一些合金钢被加热至230〜370°C（450〜700°F）时，它可能会增加拉伸强度和屈服强度，并降低可塑性和冲击强度。

蓝脆皮是一种加速菌株的脆皮形式。

（3）反射MA的身体脆皮（TME）

当高强度钢在200〜370°C的温度范围内恢复（400〜700℉）时，它将产生马匹的脆性。

如上所述，大火与上面提到的酥脆温度范围不同，火的酥脆性是可逆的，而火的背部的脆性是不可逆的。

在原理上，恢复马的脆弱性比火焰迅速冷却了几个小时，因此，点火脆性有时被称为两个步骤的阿森纳脆性，有时被称为火马的脆性。

马的脆性发生在恢复阶段，ε碳化物成为渗碳体。

图31显示了各种磷和碳含量的碳含量的影响。

▲图314130钢，4140钢和4150钢在900°C

(1650)

在室温下，V -Type类型之间差距的影响和恢复温度

马的身体辉煌（TME）的恢复活力不能被视为火灾的原因（TE）。 。

早些时候，一些研究总结了Hua MA身体辉煌（TME）的脆性（TME）的原因。

在资本脆皮酥脆（TME）中，可以观察到晶体断裂和晶体断裂模式。

马匹的刺穿模式可能与薄碳化物的厚度相关，使碳纤维破裂，碳化物的晶体促进了晶体的晶体。成长。

在碳钢中添加硅可以增加TME的温度范围。

对4140钢的调查表明，维生素温度会影响TME。

9点火设备

火灾装置的选择主要取决于需要处理的温度和数量以及类似的工作。

所需的温度取决于通过制备热处理和恢复获得的性能。

▼表7温度范围和使用四种类型的恢复设备的条件

（1）气体对流炉

最常用的恢复设备通常是回收或强行流式流炉，包括连续的输送，滚筒或踏板型系统，以及周期性设备，例如盒子型炉灶或井熔炉。

强制循环空气是最常见，更有效的点火方法，因为它适用于各种炉子设计，以适应各种产品和生产能力。

一般而言，溪流炉的设计温度为150〜750°C（300〜1380°F）。

气体设计中最重要的阶段是确定强制性气流的正确量。

流炉的加热可以通过电力，天然气或油来实现。

温度控制是通过将热电偶放在循环系统的热空气侧并在°F范围内靠近的，如果使用了现代控制器，则应正确安装衍生板。

当产品的尺寸很小或形状时，形状和机械性能不同时，无法有效使用连续的炉子，但是间歇性炉更适合于此操作。

（2）盐浴炉

必须在160°C（320°F）下使用盐炉，并且需要更频繁的校正。

从盐中取出后，必须尽快清洁盐中回收的所有部分，因为表面上的盐粘在表面上会导致严重的腐蚀。

在表8中，提供了常用盐浴的组成和温度范围，并根据标准的MIL-S-10699A进行分类：

①盐是相当稳定的，很少需要校正。

②三种盐几乎需要矫正。

③4级盐是中性盐，相对稳定。

④4a盐与4个盐相似，但含有氯化钙，将其最低工作温度降低至550°C（1025℉）。

▼表8盐浴温度的温度通常用于使用盐浴的使用范围和条件

（3）油浴设备

油浴设备的设计类似于盐浴，或者也可以将钢凹槽放在热的扁平加热器上。

效果更令人满意。

这是在热油浴中的低温恢复时简单而廉价的方法，在一定温度下长时间保持零件或惰性气体覆盖率。

火油必须是抗氧化剂，闪点比工作温度高得多。

（4）熔融金属浴

当熔化的金属浴被熔化的金属浴广泛取代时。

（620°F）已被证明最适合所有金属和合金。

铅很容易氧化，尽管铅本身并不粘在干净的钢表面，但铅的氧化物是钢表面的问题，尤其是在高温下。

由于比气态气氛具有较高的热传导率，铅对局部快速加热和选择性回火较有利。典型应用就是球关节的回火。将零件进行渗碳处理并淬火至表面硬度最低为59HRC, 心部硬度为30~40HRC, 螺纹和锥面在铅浴中回火可获得表面不高于40HRC的硬度。

由于铅的密度很高，因此零件将漂浮在熔融导线的表面上。

（5）温度控制

对于气体和电力加热，海关清除电势开关可以控制热电偶木偶的恢复温度，达到±6℃（±10℉）的范围。

10特殊恢复过程

有时，还需要特定的过程来获得特定的性能，例如蒸汽处理或使用保护氛围。

（1）本地点火

可以在相邻的区域获得零件或局部点火。该方法可用于软化或有选择性的硬化区域。

诱导恢复和火焰恢复通常是最选择性的技术，因为它们在硬度时具有局部加热和可控性。

与其他技术相比，选择性点火为所需的恢复温度，而无需将零件的其他部分加热到该温度，低频（3〜10kHz）感应加热和盐水浸泡可以获得更深的传播。

可以在盐浴或铅中获得的选择性点火，通常必须在感应恢复过程中高得多的温度。

（2）多次开火

多个点火开关主要用于：

①锻炼碳钢和合金钢零件的不规则形状以及学校的直接应力，从而减少了变形。

②消除轴承零件和齿轮块的残留物并提高尺寸稳定性。

③固定降低硬度增加产量和影响韧性的前提。

（3）使用工作装置

许多高强度的钢组件的拉伸强度超过1720MPA（250KSI），在最终的热处理，块，楔块，模具和其他机械设备之前，需要对其进行处理。

（4）处理过程中的裂缝

由于钢包含碳和合金组件，如果在室温下冷却到室温，则可能是裂纹的原因。含碳的质量评分，建议从100〜150°C（212〜300℉）淬灭之前转移到火炉中。

其他碳钢和合金钢通常对这种延迟的淬火裂缝的敏感性很低，但由于零件或表面缺陷，它们会引起裂缝，包括1040钢，1050钢，1141钢，1144钢，4047钢，4047钢，4132钢，4132钢，4640钢，8640钢和9840钢等钢，410钢。 630钢不敏感。

在火灾之前，应将零件淬灭至室温，以确保绝大多数奥氏体转化为马氏体，并获得最大的淬火硬度。

低温和及时的淬火。

（5）特殊微组织

1）渗碳零件

尽管许多碳纤维可以在没有点火的情况下使用。

▼表9渗透性后气体的影响值

当必须全面考虑渗碳零件的恢复温度和点火时间时，必须全面考虑残留应力和残留的aozoiite

图32显示了点火对残余应力的影响。

奥氏体的一些残留物似乎更有利地暴露于疲劳耐用性。

2）非 - 妈妈组织

除了恢复马氏体和剩余的Octoba外部微学上的回收外，它也是恢复的特殊应用。

贝尔沃恢复行为之间的主要差异是钟形中的少量碳固体。

▲图32点火对Juncan钢的残余应力的影响。

8617圆形φ19mm，直接在渗碳后

石油淬灭，图中显示的温度恢复了1H

它包含大量的腹部反应，类似于Martensite等碳化物的成长和聚集。

▲图33点火后先前的微型组织对室温硬度的影响

a）1095钢在565°C（1050f）的不同时间恢复

b）恢复前后的室温硬度，恢复了4320钢末端淬火样品

2H，恢复前有大量马氏体

▲图34微带组织对差距韧性的影响

4340钢至29〜30HRC或阳性射击 +恢复到31〜33hrc的冲击值与温度变化有关

伴侣和贝林转化后残留的奥氏体的性能也不同。

百丽钢含有强大的碳化物形成元件，例如铬，t，钼和板球，并且具有二次硬化峰。

11.感应加热和恢复

丰富的生产经验已证明，在许多商业应用中，感应恢复已经成功。

（1）申请

目前，诱导恢复主要用于两个领域：

①选择性点火，例如螺纹的诱导。

②扫描淬火棒的逐渐恢复。

由于载荷和耐磨性的要求不同，许多机械部件的部分是不同的，这些限制是可以匹配传感器的零件的形状和大小，因此可以均匀地加热关键部分，并且获得了希望的温度。

归纳点火的关键优势是设备生产线的整合，以免过度处理工作。

（2）选择频率和功率密度

由于在过渡温度下进行点火，因此使用低频率的恢复装置是最小化的，以最大程度地减少到心脏的温度梯度。经验，测试或表10。

▼表10传感器恢复需要接近功率密度

一般而言，根据点火产品的硬度测试，可以通过选择功率密度并调整线圈的进料速度来实现感应控制。

（3）归纳点火的等效性

从根本上讲，为了补偿归纳感的短期加热，诱导恢复的温度必须高于通常使用的炉子，图35表明1050钢是在855°C的盐水中淬灭的盐水（1575°C，都可以在冷热下进行较大的零件。传输。

▲图35加热和传感加热时，不同

火灾温度与室温硬度之间的相应关系

尽管Hollomon-jaffe方程和传统的点火曲线非常有用，但前提是诱导火马的背部。

对于快速加热过程（例如感应加热），可以导出空心-jeff概念的简单扩展以导出特定的时间 - 连续阶段的恒温加热范围，这是通过计算等效时间T*来实现的。

▲图36传感器加热和等效加热等效冷却方法

a）具有连续加热周期的决定性

短时间间隔期的有效恢复时间（ΔTI）

b) 等温周期的有效回火时间为t*＝ΣΔti

将近似等温周期的温度定义为T*， 有效回火时间为t*, 就可估算这一周期，这是通过增量t*或Δti来解决问题。对于连续处理，可使用方程Ti(C+logΔti)=

T* (C+logΔti*）。将连续周期每一部分的Δti*进行求和得到总的有效回火时间t*， 在温度T* 下， 图36 b ）显示了有效回火参数T*(C+logt*） 。

在使用这一方法时，选择Δti*应该谨慎。这些时间增量应该选择得足够小，使得增量中的温度变化不是太大，因此保证获得一合理的平均温度Ti并用于上述表达式中。对于从室温连续加热到典型感应回火温度，每个Δti*近似于0.005~0.01倍的t总，这里的t总为总的加热时间，由此提供了足够的计算精度。

估算有效回火时间的另一个需要考虑的事实是回火钢一般空冷防止变形。冷却速度一般比加热速度低得多，在冷却周期高温阶段大幅增加了时间。因此，冷却阶段发生的回火也应该包含在有效回火参数中。为了做到这一点，必须测量冷却速度或从热传递分析方面进行估算。有效回火时间增量Δti*可以从这一冷却曲线和先前提到的关系进行估算，在据公式T* (C+logt*） 计算有效回火参数前将它们加到周期的加热部分。

结尾