简答题

试述淬火钢回火脆性的特征、产生的原因、抑制和消除的方法。

正确答案

(一)第一类回火脆性
特征:
(1)具有不可逆性;
(2)与回火后的冷却速度无关;
(3)断口为沿晶脆性断口。
产生的原因
到目前为止有很多种不同的说法,尚无定论,很可能是多种因素综合作用的结果,而对于不同的钢材来说,也可能是不同因素所致。大致有以下三种观点:
(1)残余A转变理论
根据第一类回火脆性出现的温度范围正好与碳钢回火时残余A转变的温度范围相对应。但有些钢第一类回火脆性与残余A转变并为完全对应,故残余A转变理论,不能解释各种钢的第一类回火脆性。
(2)碳化物析出理论
钢回火时,ε-FeXC转变为χ-Fe5C2或θ-Fe3C的温度与产生第一类回火脆性的温度相近,而新形成的碳化物呈薄片状,且沿板条M的板条间、板条束的边界或片状M的孪晶带或晶界上析出,从而使材料的脆性增加。回火温度如进一步提高,薄片状碳化物将聚集长大和球化,将导致脆性降低,冲击韧性升高。
(3)杂质偏聚理论
也有人认为,S、P、Sb(锑)、As(砷)等杂质元素在回火时向晶界、亚晶界上偏聚,降低了晶界的断裂强度,引起了第一类回火脆性。
防止方法
目前,第一类回火脆性是无法消除的。没有一个有效的热处理方法能消除钢中这种回火脆性,除非不在这个温度范围内回火,也没有能够有效抑制产生这种回火脆性的合金元素。但可以采取以下措施减轻第一类回火脆性。
(1)降低钢中杂质元素的含量;
(2)用Al脱氧或加入Nb、V、Ti等合金元素细化A晶粒;
(3)加入Mo、W等可以减轻;
(4)加入Cr、Si调整温度范围(推向高温);
(5)采用等温淬火代替淬火回火工艺。
(二)第二类回火脆性
1、温度范围内
450~650℃之间,也称为高温回火脆性。
2、特征
(1)具有可逆性;
(2)与回火后的冷却速度有关;回火保温后,缓冷出现,快冷不出现,出现脆化后可重新加热后快冷消除。(3)与组织状态无关,但以M的脆化倾向大;
(4)在脆化区内回火,回火后脆化与冷却速度无关;
(5)断口为沿晶脆性断口。
3、产生的机理
Sb、Sn、P等杂质元素向原A晶界偏聚是产生第二类回火脆性的主要原因,而Ni、Cr不仅促进杂质元素的偏聚,且本身也偏聚,从而降低了晶界的断裂强度,产生回火脆性。
4、防止方法
(1)提高钢材的纯度,尽量减少杂质;
(2)加入适量的Mo、W等有益的合金元素;
(3)对尺寸小、形状简单的零件,采用回火后快冷的方法;
(4)采用亚温淬火(A1~A3):
(5)采用高温形变热处理,使晶粒超细化,晶界面积增大,降低杂质元素偏聚的浓度。

答案解析

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