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技術(shù)文章

熱處理如何回火？

熱處理如何回火？
1、定義
回火是將經(jīng)過淬火的工件重新加熱到低于下臨界溫度 AC1（加熱時珠光體
向奧氏體轉(zhuǎn)變的開始溫度）的適當(dāng)溫度，保溫一段時間后在空氣或水、油等介
質(zhì)中冷卻的金屬熱處理工藝?；?qū)⒋慊鸷蟮暮辖鸸ぜ訜岬竭m當(dāng)溫度，保溫若
干時間，然后緩慢或快速冷卻。一般用于減小或消除淬火鋼件中的內(nèi)應(yīng)力，或
者降低其硬度和強(qiáng)度，以提高其延性或韌性。淬火后的工件應(yīng)及時回火，通過
淬火和回火的相配合，才可以獲得所需的力學(xué)性能。
熱處理如何回火？
回火一般緊接著淬火進(jìn)行，其目的是：
（a）消除工件淬火時產(chǎn)生的殘留應(yīng)力，防止變形和開裂；
（b）調(diào)整工件的硬度、強(qiáng)度、塑性和韌性，達(dá)到使用性能要求；
（c）穩(wěn)定組織與尺寸，保證精度；
（d）改善和提高加工性能。
因此，回火是工件獲得所需性能的*后一道重要工序。通過淬火和回火的
相配合，才可以獲得所需的力學(xué)性能。
熱處理如何回火？
2、分類
按回火溫度范圍，回火可分為低溫回火、中溫回火和高溫回火。

（1）低溫回火
工件在 150~250℃進(jìn)行的回火。
目的是保持淬火工件高的硬度和耐磨性，降低淬火殘留應(yīng)力和脆性
回火后得到回火馬氏體，指淬火馬氏體低溫回火時得到的組織。力學(xué)性
能：58～64HRC，高的硬度和耐磨性。
應(yīng)用范圍：主要應(yīng)用于各類高碳鋼的工具、刃具、量具、模具、滾動軸
承、滲碳及表面淬火的零件等。
（2）中溫回火
工件在 350～500 ℃之間進(jìn)行的回火。
目的是得到較高的彈性和屈服點，適當(dāng)?shù)捻g性?；鼗鸷蟮玫交鼗鹎象w，
指馬氏體回火時形成的鐵素體基體內(nèi)分布著極其細(xì)小球狀碳化物（或滲碳體）
的復(fù)相組織。
力學(xué)性能：35～50HRC，較高的彈性極限、屈服點和一定的韌性。
應(yīng)用范圍：主要用于彈簧、發(fā)條、鍛模、沖擊工具等。
（3）高溫回火
工件在 500~650℃以上進(jìn)行的回火。
目的是得到強(qiáng)度、塑性和韌性都較好的綜合力學(xué)性能。
回火后得到回火索氏體，指馬氏體回火時形成的鐵素體基體內(nèi)分布著細(xì)小
球狀碳化物（包括滲碳體）的復(fù)相組織。
力學(xué)性能：25～35HRC，較好的綜合力學(xué)性能。
熱處理如何回火？
應(yīng)用范圍：廣泛用于各種較重要的受力結(jié)構(gòu)件，如連桿、螺栓、齒輪及軸
類零件等。
工件淬火并高溫回火的復(fù)合熱處理工藝稱為調(diào)質(zhì)。調(diào)質(zhì)不僅作*終熱處
理，也可作一些精密零件或感應(yīng)淬火件預(yù)先熱處理。
45 鋼正火和調(diào)質(zhì)后性能比較見下表所示。
45 鋼（φ20mm～φ40mm）正火和調(diào)質(zhì)后性能比較
熱處理方法
力學(xué)性能力學(xué)性能力學(xué)性能力學(xué)性能組織

σb/Mpa δ×100 Ak/J HBS 正火 700～800 15～20 40～64 163～220 索氏

體+鐵素體調(diào)質(zhì) 750～850 20～25 64～96 210～250 回火索氏體

鋼淬火后在 300℃左右回火時，易產(chǎn)生不可逆回火脆性，為避免它，一般
不在 250～350℃ 范圍內(nèi)回火。
含鉻、鎳、錳等元素的合金鋼淬火后在 500～650℃回火，緩冷易產(chǎn)生可逆
回火脆性，為防止它，小零件可采用回火時快冷；大零件可選用含鎢或鉬的合
金鋼。

3、碳鋼的回火過程
淬火碳鋼回火過程中的組織轉(zhuǎn)變對于各種鋼來說都有代表性?；鼗疬^程包
括馬氏體分解，碳化物的析出、轉(zhuǎn)化、聚集和長大，鐵素體回復(fù)和再結(jié)晶，殘
留奧氏體分解等四類反應(yīng)。低、中碳鋼回火過程中的轉(zhuǎn)變示意地歸納在圖中。
根據(jù)它們的反應(yīng)溫度，可描述為相互交疊的四個階段。

**階段回火（250℃以下）馬氏體在室溫是不穩(wěn)定的，填隙的碳原子可
以在馬氏體內(nèi)進(jìn)行緩慢的移動，產(chǎn)生某種程度的碳偏聚。隨著回火溫度的升
高，馬氏體開始分解，在中、高碳鋼中沉淀出ε-碳化物（圖 2），馬氏體的正
方度減小。高碳鋼在 50～100℃回火后觀察到的硬度增高現(xiàn)象，就是由于ε-碳
化物在馬氏體中產(chǎn)生沉淀硬化的結(jié)果（見脫溶）。ε-碳化物具有密排六方結(jié)
構(gòu)，呈狹條狀或細(xì)棒狀，和基體有一定的取向關(guān)系。初生的 ε-碳化物很可能
和基體保持共格。在 250℃回火后，馬氏體內(nèi)仍保持含碳約 0.25%。含碳低于
0.2%的馬氏體在 200℃以下回火時不發(fā)生ε-碳化物沉淀，只有碳的偏聚，而在
更高的溫度回火則直接分解出滲碳體。
**階段回火（200～300℃）殘留奧氏體轉(zhuǎn)變?；鼗鸬?200～300℃的
溫度范圍，淬火鋼中原來沒有完全轉(zhuǎn)變的殘留奧氏體，此時將會發(fā)生分解，形
成貝氏體組織。在中碳和高碳鋼中這個轉(zhuǎn)變比較明顯。含碳低于 0.4%的碳鋼和
低合金鋼，由于殘留奧氏體量很少，所以這一轉(zhuǎn)變基本上可以忽略不計。
第三階段回火（200～350℃）馬氏體分解完成，正方度消失。ε-碳化物
轉(zhuǎn)化為滲碳體 (Fe3C）。這一轉(zhuǎn)化是通過 ε-碳化物的溶解和滲碳體重新形核
長大方式進(jìn)行的。*初形成的滲碳體和基體保持嚴(yán)格的取向關(guān)系。滲碳體往往
在ε-碳化物和基體的界面上、馬氏體界面上、高碳馬氏體片中的孿晶界上和原
始奧氏體晶粒界上形核。形成的滲碳體開始時呈薄膜狀，然后逐漸球化成為顆
粒狀的 Fe3C。
第四階段回火（350～700℃）滲碳體球化和長大，鐵素體回復(fù)和再結(jié)晶。
滲碳體從 400℃開始球化，600℃以后發(fā)生集聚性長大。過程進(jìn)行中，較小的滲
碳體顆粒溶于基體，而將碳輸送給選擇生長的較大顆粒。位于馬氏體晶界和原

始奧氏體晶粒間界上的碳化物顆粒球化和長大的速度*快，因為在這些區(qū)域擴(kuò)
散容易得多。
鐵素體在 350～600℃發(fā)生回復(fù)過程。此時在低碳和中碳鋼中，板條馬氏體
的板條內(nèi)和板條界上的位錯通過合并和重新排列，使位錯密度顯著降低，并形
成和原馬氏體內(nèi)板條束密切關(guān)聯(lián)的長條狀鐵素體晶粒。原始馬氏體板條界可保
持穩(wěn)定到 600℃；在高碳鋼中，針狀馬氏體內(nèi)孿晶消失而形成的鐵素體，此時
也仍然保持其針狀形貌。在 600～700℃間鐵素體內(nèi)發(fā)生明顯的再結(jié)晶，形成了
等軸鐵素體晶粒。此后，F(xiàn)e3C 顆粒不斷變粗，鐵素體晶粒逐漸長大。
下圖為中、高碳合金鋼的淬火、回火工藝

4、鋼在回火后的性能
淬火鋼回火后的性能取決于它的內(nèi)部顯微組織；鋼的顯微組織又隨其化學(xué)
成分、淬火工藝及回火工藝而異。碳鋼在 100～250℃之間回火后能獲得較好的
力學(xué)性能。合金結(jié)構(gòu)鋼在 200～700℃之間回火后的力學(xué)性能的典型變化如圖 5
所示。從圖 5 可以看出，隨著回火溫度的升高，鋼的抗拉強(qiáng)度 σ b 單調(diào)下降；
屈服強(qiáng)度 σ 0.3 先稍升高而后降低；斷面收縮率 ψ 和伸長率 δ 不斷改善；韌性
（用斷裂韌度
K 1c 為指標(biāo)）總的趨勢是上升，但在 300～400℃之間和 500～
550℃之間出現(xiàn)兩個極小值，相應(yīng)地被稱為低溫回火脆性與高溫回火脆性。因
此，為了獲得良好的綜合力學(xué)性能，合金結(jié)構(gòu)鋼往往在三個不同溫度范圍回
火：超高強(qiáng)度鋼約在 200～300℃；彈簧鋼在 460℃附近；調(diào)質(zhì)鋼在 550～650℃
回火。碳素及合金工具鋼要求具有高硬度和高強(qiáng)度，回火溫度一般不超過
200℃?；鼗饡r具有次生硬化的合金結(jié)構(gòu)鋼、模具鋼和高速鋼等都在 500～
650℃范圍內(nèi)回火。

5、回火熱處理
而回火處理呢，則為冶煉鋼鐵的一種技法，是指將經(jīng)過淬火硬化或正?；?/span>
處理之鋼材在浸置于一低于臨界溫度一段時間后，以一定的速率冷卻下來，以
增加材料之韌性的一種處理。根據(jù)冶金原理，將經(jīng)過淬火及正常化處理在放回
中溫浸置（時效）一段時間，可促使一部分之碳化物析出，同時有可消除一部