合金元素对回火转变的影响及规律解析

合金元素对回火转变的影响包括对回火转变的四个主要阶段的影响，即：马氏体的分解；残余奥氏体的分解；碳化物的析出与转变；渗碳体的聚集与长大以及α相的再结晶。

一般的规律是，合金元素的加入会延缓回火转变，提高转变温度。

1. 合金元素对M分解的影响

合金钢中M的分解与碳素钢中相似，但其分解速度受合金元素的影响明显，特别是在M分解的后期。

合金元素对M分解的影响主要是通过影响C的扩散来实现的，因此，合金元素对C的偏析和两相分解影响不大，而对单相分解影响较大。

（一）非碳化物形成元素

Ni与Mn、C之间的结合力与Ni与Mn、Fe之间的结合力差别不大，对C的扩散和M的分解影响不大。

Si和Co虽然不形成碳化物，但是它们可以固溶在ε-FeXC中，提高其稳定性，使得ε-FeXC不易团聚，延缓M的分解。

（2）强碳化物形成元素

Cr、Mo、W、V、Ti等强碳化物形成元素与碳原子有较强的结合力，提高了C在M中的扩散激活能，阻碍了C原子的扩散，可使M的分解温度升高100～150℃。

在合金钢中，由于合金元素的作用，会使M的分解温度升高。合金元素的这种阻碍α相中碳含量的降低和碳化物粒子长大，从而保持钢件较高的强度和硬度的性能，通常称为回火稳定性或回火抗性。

2.合金元素对残余奥氏体转变的影响

合金钢中残余A的转变过程与碳素钢中基本相似，只是合金元素能改变残余A的分解温度和速度，从而影响残余A转变的性质和类型。

（一）合金元素对残余A转变的影响

淬火合金钢回火时，残余A的转变与回火温度和残余A的稳定性有关，一般加入合金元素可提高残余A的稳定性。

在低于Ms点的温度下回火，残留的A会转变为M。如果Ms点较高（>100°C），M就会分解形成M回火。

当在Ms点以上的温度下回火时，残余A可能会发生以下转变：

残余物A在区域B中转变为贝氏体；

残余A在P区转变成珠光体；

残余A在回火加热和保温过程中并不分解，而是在随后的冷却过程中转变成M。

（2）二次淬火、稳定化及回火催化现象

① 二次淬火

由于残余A本身的稳定性较高，或在P区与B区之间的相对稳定区域保温时，残余A可能不发生分解，而在随后的冷却过程中转变成M，从而提高材料的强度和硬度。

②稳定化和催化现象

研究发现，二次淬火产生的M的量与二次淬火的Ms'点与钢的原始Ms点的关系密切相关。

例如：W18Cr4V钢的回火工艺

经560℃回火时Ms´高于Ms，产生催化作用。

经250℃回火时，Ms´低于Ms，产生稳定化作用。

先560℃回火，冷却到250℃保温一定时间，再冷却到室温，Ms´＜Ms，与250℃回火工艺相同。

这说明W18Cr4V钢的稳定化和催化作用都是可逆的，但并不是所有钢的残余A稳定化和催化作用都是可逆的。

有多种观点来解释催化和稳定机制：

碳化物析出理论；

相硬化消除理论；

C原子微扩散理论：用Koch气体质量解释，存在上限温度。

㈢合金元素对回火过程中碳化物转变的影响

钢中添加合金元素对回火时碳化物转变的性质没有影响，但可以改变碳化物转变的温度范围。

Si可以固溶在ε-FeXC中提高其稳定性，从而提高ε-FeXC转变为其他类型碳化物的温度，而其他非碳化物形成元素Co、Cu、Ni、Al等影响不大。

合金元素不仅影响碳化物的转变温度，而且对碳化物的聚集和粗化也有很大的影响，提高碳化物的粗化温度，并使碳化物保持在相对细小的状态。

⑷ 合金钢中碳化物的类型

合金钢在回火过程中，除了ε-FeXC、χ-Fe5C2、θ-Fe3C外，还会出现特殊类型的碳化物。

θ经回火析出后，若继续升高回火温度，渗碳体就会转变成更稳定的特殊类型碳化物，合金元素不同，可形成不同类型的特殊类型碳化物。

⑸ 特殊类型碳化物的形成

⑹回火时的二次硬化现象

通常，在碳钢回火的第三阶段，即碳化物转变阶段，由于渗碳体粒子的长大，随着回火温度的升高，钢件的硬度会逐渐下降。

但当钢中含有某些特殊类型的碳化物形成元素，如Mo、V、W、Ta、Nb、Ti等强碳化物形成元素时，钢件的软化趋势就会减弱。当M中含有足够量的上述碳化物形成元素时，在500℃以上回火时会析出细小的特殊碳化物，使因回火温度升高、渗碳体粗化而软化的钢再次硬化，这种现象称为二次硬化。

当钢中含有合金元素时，在回火过程中，由于合金元素的扩散能力较低，新生成的特殊碳化物具有极高的弥散性，与α相保持共格。随着回火温度的升高，特殊碳化物的尺寸增大，数量增多，从而增大α相的共格畸变，导致钢的硬度随回火温度的升高而升高，此为二次硬化。

㈣合金元素对回火过程中α相回复和再结晶的影响

合金钢在高温回火时，若能形成细小而弥散的特殊碳化物，这些碳化物将与α相保持共格连接，从而显著延缓α相的回复和再结晶，使α相处于较大的畸变状态，此时钢的硬度和强度仍能保持在较高值，即具有较高的回火稳定性。

在合金钢中，常用的合金元素如Mo、W、Ti、V、Cr、Si等均有阻碍回火时各种畸变的消除作用，一般能延缓α相的回复和再结晶以及碳化物的聚集和长大过程，从而提高回火稳定性。

合金元素含量越高，延缓α相的回复和再结晶的作用越强。

当几种合金元素同时添加到钢中时，它们的相互作用会加剧。

总之，合金钢具有较高的回火稳定性。同时，由于回火时可发生二次淬火和二次硬化，所以回火后零件仍具有较高的硬度和强度，而且钢具有红硬性和热强度，这对于在高温下工作的零件非常重要。

超过

明天我们继续研究钢在回火后力学性能的变化。。。

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