回火一般是熱處理的最后一道工序。大鍛件回火的目的如下:
1.消除或降低淬火、正火冷卻過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力;
2.獲得穩(wěn)定的回火組織,達到所要求的硬度等機械性能技術(shù)指標(biāo);
3.進一步去除鍛件內(nèi)的氫氣或使其分布更為合理;
4.如前所述進一步完成冷卻過程中的心部組織轉(zhuǎn)變。
對于一般焊接件、鑄鐵(鋼)件、以及被校直的零件,由于焊接、鑄造及機械加工和零件矯形后,均存在著較大的內(nèi)應(yīng)力。為了消除這些零、部件的內(nèi)應(yīng)力,達到穩(wěn)定形狀和幾何尺寸的目的,往往也要進行高溫同火處理。有些工廠將這類零部件的回火稱為人工時效處理,有時也稱為低溫退火。
為了滿足大鍛件不同的硬度等機械性能要求,淬火后需要選用不同的溫度回火。如要求HS90以上的髙硬冷軋工作輥,表面淬火后應(yīng)進行低溫回火(130~140℃)。要求HS45~69和HS70~85的冷軋輥,水淬或油淬后,很多是進行中溫回火(300~500℃)。一般結(jié)構(gòu)鋼大鍛件淬火或正火后應(yīng)進行高達700℃的高溫回火,以達到高的綜合機械性能。
回火時的組織轉(zhuǎn)變。低碳鋼淬火后得到的馬氏體叫板條狀馬氏體。當(dāng)碳含最高于0.2%后,馬氏體的晶格才具有長方性。馬氏體內(nèi)的位錯密度很高,其密度與嚴重冷變形后的鐵相似。由于低碳鋼的馬氏體點較高,淬火時馬氏體中碳原子在冷卻過程中富集于位錯處。高碳鋼和一些鐵基合金,其馬氏體點較低,淬火后得片狀馬氏體, 它由很細的間距的雙晶所組成,馬氏體片周圍有復(fù)雜的位錯排列。
中碳鋼淬火后形成上述二種馬氏體的混合物。回火過程中隨著溫度的升高相繼產(chǎn)生馬氏體的分解,殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變,α相的回復(fù)和再結(jié)晶以及碳化物的球化和長大等轉(zhuǎn)變過程。
高硬冷軋工作輥為了保證具有高的硬度,必須在低于150℃溫度下進行回火。這時馬氏體產(chǎn)生兩相分解,形成含碳較低的馬氏體,即回火馬氏體。這時α固溶體仍具有長方性,析出的碳化物與母相(α固溶體)共格,從而產(chǎn)生較大的彈性晶格扭曲。當(dāng)碳鋼在150~300℃下回火時,產(chǎn)生馬氏體分解的第二階段,碳從固溶體中逐漸析出,使固溶體中的碳免繼續(xù)下降,與此同時還進行細的碳化物溶解與大的碳化物長大的過程。碳的析出起初很快,然后隨著時間的延長逐漸減慢,而對于一定回火溫度仍有一定量的碳存在于固溶體中。碳化物與母相仍保持著共格關(guān)系,但晶格扭曲比二相分解時要小些。
很多冷軋輥是進行300~500℃的中溫回火。這時,馬氏體的分解已基本完成,固溶體和碳化物的共格關(guān)系已經(jīng)破壞,固溶體產(chǎn)生回復(fù),碳化物的長大更為顯著,形成所謂回火托氏體。
大部分大鍛件是進行500~700℃的高溫回火。這時,α固溶體進行充分的回復(fù)和再結(jié)晶,碳化物顯著地長大和聚集,形成所謂回火索氏體。
伴隨著這些回火轉(zhuǎn)變過程的進行,淬火鋼的硬度也產(chǎn)生變化。低溫回火后,硬度降低較少,高溫回火后硬度降低則非常顯著。
大多數(shù)合金元素能夠提離鋼的回火抗力,即在相同的回火工藝之下,碳含量相同的合金鋼比碳鋼具有更高的強度和硬度。