过烧

当加热温度高于低熔点共晶的熔点使低熔点共晶和晶界复熔的现象

过烧也称过火，是指当加热温度高于低熔点共晶的熔点，使低熔点共晶和晶界复熔的现象。当制品发生严重过烧时，其表面上的颜色发黑或发暗。在其显微组织，可以观察到在晶界局部加宽现象，在晶粒内部产生复熔球，在晶粒交界处呈现明显的三角形复熔区等特征，同时影响制品其他性能。

过热与过烧

一般认为过热是指热处理时由于加热温度过高和保温时间过长，使奥氏体粗大而引起的力学性能恶化现象，常用正火工艺弥补；过烧是指加热时温度过高，不仅奥氏体晶粒长大，而且奥氏体晶界发生晶界弱化的变化，如晶粒边界被烧熔氧化等，过烧时除了基体有明显的魏氏组织外还有黑色氧化物沿晶粒边界分布，过烧只能报废重新冶回炼。钢过烧后性能严重恶化，淬火时形成龟裂。过烧组织无法恢复，只能报废。因此在工作中要避免过烧的发生。

过热过烧的产生

碳钢（亚共析或过共析钢）过热之后往往出现魏氏组织。马氏体钢过热之后，往往出现晶内织构。工模具钢（或高合金钢，含有大量一次碳化物等）往往以一次碳化物角状化为特征判定过热组织。钛合金过热后，出现明显的届相晶界和平直细长的魏氏组织。过热后的组织，按照用正常热处理工艺消除的难易程度分为不稳定过热和稳定过热两种情况。用正常热处理工艺可以消除的过热称为不稳定过热。用一般的正火、退火或淬火处理不能完全消除的过热称为稳定过热。合金结构钢的严重过热常表现为稳定过热。当加热温度比过热更高，晶粒边界出现氧化或熔化时，称为过烧。

一般来说，钢在热加工时，加热温度超过其过热温度以后，钢中的MnS夹杂溶解，在随后的冷却时以非常细小的MnS颗粒优先析出于高温奥氏体晶界上，从而削弱了这种晶界的结合力。因此在淬火或调质处理后折断时，便沿这些晶界开裂，因此，过热后钢的力学性能，尤其是冲击韧性显著降低。加热温度越高，固溶于奥氏体中的硫化物等越多，奥氏体晶粒长得越大，冷却过程中沿原奥氏体晶界析出的硫化物等质点越多，原奥氏体晶界也越稳定。

但是，在某些特定的情况下，有几种合金结构钢的过热只表现为奥氏体晶粒粗大这一特点。例如，经电渣重熔仅用适量Al脱氧的18Cr2Ni4WA钢，因硫和其他杂质含量极少，在1350℃加热空冷后获得的过热断口上，出现类似上述沿晶界有杂质析出的“过热小刻面”，形成结晶状断口。微观检查这些刻面，没有看到极细小的MnS等异相质点存在，而发现这种结晶粒状断口，完全是晶粒粗大造成的沿晶韧性和沿晶脆性的混合断裂。它与有MnS等异相质点存在的沿晶韧性断裂是有重要区别的。这种类型的过热经一般的淬火或正火可以消除，因此属于不稳定过热。

近年来对其他合金结构钢的研究发现，引起稳定过热的析出相除硫化锰外，还有碳化物、氮化物、硼碳化物、Ti（NC），Ti2SC等。例如，40MnB钢高温加热锻后空冷时，沿奥氏体晶界有硼碳化合物Fe3（CB），Fe23（CB）6析出；25MnTiB钢过热后，有Ti2SC，Ti（CW），Ti（CN），TiN等析出。这些析出相之所以能引起稳定过热，是由于它们的固溶温度高，因此一般热处理（淬火、正火）时，在较低的奥氏体化温度下不易溶入基体和改变其分布状况。

过烧是以晶界氧化或熔化为特征的。对于碳钢来说，以晶界严重氧化或熔化为特征，工具钢过烧，则因晶界熔化而出现鱼骨状莱氏体，铝合金过烧时则出现晶界熔化三角区和复熔球等。过烧的锻件是无法挽救的，只得报废。

过烧的影响因素

热处理强化铝合金的加热温度超过该合金低熔点共晶温度时会使晶界粗化，甚至熔化，造成该合金的机械性能急剧下降，这一温度叫过烧温度。因此铝合金淬火时，必须了解该合金的过烧温度。影响过烧温度的因素有：

（1）合金元素的影响

热处理可强化铝合金存在一些二元或多元的低熔点共晶体，合金元素不同，其开始熔化的温度也不同。过烧温度的高低还受合金元素含量的影响，如硬铝合金在铜含量相同的条件下，由于镁含量不同，过烧温度也是变化的，当含0.6%镁时（如2A11合金），过烧温度为514℃，当含镁量提高到1.6%时，则过烧温度下降到507℃。

（2）变形程度的影响

变形程度越高，低熔点共晶组织被破碎得越严重，它们向固溶体中扩散的几率也就越大，其过烧温度也相对升高一些。例如，有人指出，2A12合金板材冷变形量为20%～30%时，过烧温度为505℃，当冷变形量增加到50%～70%时，过烧温度提高到507℃。

部分铝合金实测的过烧温度见下表。

钢的过烧

过烧及其危害

如果由于加热温度过高，时间又长，钢的奥氏体晶粒不仅已经长大，而且在奥氏体晶界上发生了某些使晶界弱化的变化，例如晶粒之间的边界上出现熔化、有氧渗入，并在晶粒间氧化，这样就失去了晶粒间的结合力，失去其本身的强度和可塑性。在热处理后会在表面形成粗大的裂纹，这种现象称为钢的过烧。

过烧可以导致断口遗传，即在过烧的情况下，虽经再次适当加热淬火消除了粗大的晶粒而得到了细晶粒的奥氏体组织，但在冲断时仍得到了与原粗大奥氏体晶粒相对应的粗晶断口。在奥氏体晶粒已经细化的条件下，断裂仍沿原奥氏体晶界发生，这表明第一次过热时在原奥氏体晶界发生了某些使晶界弱化的变化，且这种弱化在再次加热时不能得到消除。在晶界上可能发生的变化不外乎是沿晶界析出了某种相或是形成了某些夹杂元素的偏聚。已经得到公认的原因是，沿原奥氏体晶界析出了MnS等第二相使晶界弱化，即在第一次过热时由于温度足够高，钢中的MnS等夹杂物已经熔入奥氏体中，并由于内吸附而偏聚在原奥氏体晶界。在加热后如以不太快的速度冷却，则随温度的下降，MnS在原奥氏体中的熔解度下降，沿原奥氏体晶界析出，使晶界弱化，形成萘状断口。已经析出的MnS等夹杂物再次加热到正常温度淬火以及回火时均不能重新熔解，所以断裂仍沿原奥氏体晶界发生，出现断口遗传。

焊缝金属过烧后，由于碳元素的大量烧损，接头强度下降。过烧焊缝中金属晶粒大，尤其是魏氏组织，促使焊缝韧性及塑性下降。晶界在应力作用下还容易形成热裂纹，有时虽然焊接过程中不形成裂纹。但由于晶界强烈氧化后，晶粒之间的联系减弱，再次回执过程中也容易形成再热裂纹，过烧金属的枝晶还容易形成偏析。总之，已产生过烧的金属其危险性很大，应将焊缝切掉重焊。

由于过烧导致晶粒间彼此的结合力大为降低，塑性变坏，使得钢在进行压力加工过程中就会开裂。过烧一般发生在钢的轧、锻等热加工过程中，但在某些莱氏体高合金钢（如W18Cr4V、Cr12等）的淬火热处理中也常有发生，因为它们的淬火加热温度接近其莱氏体共晶点。在焊接件热影响区中也有可能出现过烧。

过烧的原因、消除办法及预防

当钢加热到比过热更高的温度时，不仅钢的晶粒长大，晶粒周围的薄膜也开始熔化，氧进入了晶粒之间的空隙，使金属氧化，甚至熔化。过烧不仅取决于加热温度，也和炉内气氛有关。炉气的氧化能力越强，越容易发生过烧现象，因为氧化性气体扩散到金属中去，更易使晶粒间晶界氧化或局部熔化。在还原性气氛中，也可能发生过烧，但开始过烧的温度比氧化性气氛时要高60~70℃，钢中碳含量越高，产生过烧危害的温度越低。归纳为以下几点：（1）低熔点金属或形成低熔点共晶相的元素含量偏高，如Al—Cu合金中的Si和Mg含量偏高；（2）不均匀加热或加热过快，使铸锭或铸件局部加热温度超过过烧温度；（3）炉内工作区的温度局部超过过烧温度；（4）测量和控温仪表失灵，使炉温过高。

过烧不仅使奥氏体晶粒剧烈粗化，而且使晶界也被严重氧化甚至局部熔化，此时，不能用热处理的办法消除，只好报废、回炉重炼。生产中有局部过烧，这时可切掉过烧部分，其余部分可重新加热轧制、锻造。如果过烧仅仅是引起晶界弱化，消除的办法有：（1）重新加热到引起过烧的温度，以极慢的速度（3℃/min）冷却；（2）重新加热到引起过烧的温度，冷到室温，再加热到较前一次低100~150℃的温度，再冷至室温。如此重复加热、冷却直到在正常加热温度以下为止；（3）重新锻造；（4）进行多次正火。在金属加工过程中为避免出现过烧，在生产中必须采取以下预防措施：（1）选用合格炉料和合理的升温速度；（2）分段加热；定期校测炉内各加热区的温度，使各区之间温度差不大于±5℃；（3）定期校正仪表，保证测温和温控准确无误。

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