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某些成分的中碳合金结构钢在450~650℃回火较长时间或回火后
慢冷通过这个温度区间时会变脆,这种现象称为回火脆性。
1)特点
①断口通常是沿原A晶界的沿晶断裂。②在回火脆性区回火时脆化
程度对时间有显著的依赖性。③具有可逆性,即如果钢先在较高温
度回火并快冷,没有产生脆性,如果再将其在脆化温度范围加热或
慢冷通过此温度区间,则会产生脆性;如果将上述脆化了的钢再进
行高温回火并快冷,脆性又会消失,称为脱脆。产生回火脆性后使
钢的韧性ak、K1c降低,FATT温度升高。
2)影响回火脆性TE的因素
钢的化学成分成分是影响回火脆性的最根本因素。例如,不含
合金元素的碳钢,没有回火脆性。根据钢中成分对回火脆性的影
响,大体上可以把不同元素分为三类:
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①致脆元素如锰、铬、镍、硅等合金元素,当单独加入时,其致脆作用大小按锰、铬、镍、硅的顺序递减。但这类元素的致脆作用必须有磷、锡、锑、***等杂质存在才能表现出来。不含上述杂质的高纯镍铬钢就不显示回火脆性。当两种或两种以上这类元素同时加入时,其致脆往往大于单独加入时两者之和。
②促进脆性的元素,如磷、锡、锑、***、硫、硼等。这类元素引起回火脆性,但必须以存在致脆元素为前提。例如碳钢中虽含有这类元素,却不存在回火脆性。从试验数据看,锑、锡、磷是影响最大的杂质元素,其余的影响较小。一般来说,如果杂质含量在10-5数量级,影响较小,但含量在10-4数量级以上,往往会产生明显的回火脆性。
③去脆元素如钨、钼、钒、钛等。这类元素对回火脆性有抑制作用,其中又以钼的作用最为显著,钨次之。大量研究表明,钼含量有一个最佳值,高于或低于这个值都不能很好地抑制回火脆性。据统计,%,随钢中的化学成分不同,~%之间变化。当加入的钨含量为钼的2倍时,能起到钼的相同作用。
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工艺参数因素在回火脆性区回火,引起的回火脆性的
脆化程度及脆化速度均于回火温度与回火时间密切相关。
温度一定时,随等温时间延长,FATT升高。在550℃以
下,脆化温度愈低,脆化速度愈慢,但能达到的脆化程度
愈大。550℃以上,随等温温度升高,脆化速度变慢,能
达到的脆化程度进一步下降。
钢的脆化也可以用钢的等温
脆化动力学图表示。其形状
与过冷A等温转变图相似,
也呈C型,有一个鼻温。由
等温脆化动力学图可以推
出脆化是一个扩散过程。
但等温脆化过程较A等温
转变过程复杂。在有些钢中,随等温时间进一步延长,
脆化程度有可能减弱,出现所谓过时效现象。
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缓冷脆化不仅与回火温度及时间有关,还与回
火后的冷速有关。高于回火脆化的温度回火后缓冷
通过回火脆性区,使钢产
生回火脆化。冷速愈慢,
脆性愈严重;磷含量愈
高,脆化愈严重。冷速
的影响同样也反映出脆
化是一个扩散过程。即
可以把缓冷脆化看成是
各个温度下的短时等温
脆化的综合结果。
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组织因素的影响与M回火脆性不同,不论钢具有何种原
始组织均具有回火脆性,但以M的回火脆性最严重,B次
之,P最轻。这表明回火脆性主要不是由于M的分解及残
余A的在转变引起的。回火脆性还与A的晶粒度有关,A晶
粒愈细,回火脆性愈轻。
3)回火脆性的形成机理
回火脆性现象,从1917年发表的第一篇有关回火脆性的
文章到现在——探寻回火脆性的机理,两大学术流派是平
衡偏聚理论和非平衡偏聚理论。
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平衡偏聚理论回火脆性是由于碳原子在晶界的偏
聚使晶界成为过饱和固溶体→变脆。
后来的工作证明脆性主要是锑、磷、锡、***等元
素的偏聚弱化晶界,晶界的断裂强度降低。杂质原
子在晶界的偏聚是能够降
低畸变能(与杂质元素在
晶内比较),即杂质元素
在晶界的偏聚是一个向平
衡状态过渡的自发过程。
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平衡偏聚理论可以解释回火脆性的下列特征:
①脆化发生在一定温度范围;
②脆化程度随脆化时间的延长而增加;
③回火后的冷却速度有巨大影响;
④脆化过程具有可逆性;
⑤脆化主要是一种晶界现象,脆化断口是沿晶
断裂。
但是