高温回火

冶金工程学术语

高温回火是指把零件淬火后，再加热到500~650℃，一般是加热到临界点的某一温度，保温一段时间后，以适当的速度冷却。

适用场景

高温回火得到铁素体+细粒状渗碳体的混合物，即回火索氏体组织。具有优良的综合力学性能，多用于结构零件淬火后的回火，如连杆、螺栓、齿轮及轴。淬火+高温回火称为调质。

一般用于淬火的后续处理，淬火+高温回火被称为调质处理，在工业生产中有广泛的应用。回火温度范围为500-650摄氏度，有利于彻底消除内应力，提高金属的塑性和韧性，回火一般采用空气中冷却。硬度一般在25~35HRC之间，回火后的组织为回火索氏体。主要应用于含碳量为0.3%-0.5%的碳钢和合金钢制造的各类连接和传动的结构零件。

影响

20Cr2Ni4A钢具有良好的淬透性和强韧性，是高强渗碳钢中主要选择材料之一。但由于20Cr2Ni4A钢中含有大量铬、镍等合金元素，因而增强了奥氏体的稳定性。渗碳后基体中溶入了大量碳和合金元素，使Ms点显著下降，渗碳空冷后组织为针状马氏体+碳化物+大量残留奥氏体，渗碳空冷后表面硬度超过55HRC。重新加热淬火无法减少残留奥氏体量，造成表层硬度偏低，达不到设计要求（≥60HRC）。另外在使用过程中残留奥氏体受热或在应变作用下转变，引起尺寸变化和应力重分配，也可能在磨削精加工时产生磨削裂纹。减少残留奥氏体量的途径主要有高温回火和深冷处理，深冷处理易引起产品开裂和变形。

硬度测试

将渗碳后的试棒经不同的高温回火热处理后，将试棒在盐浴炉统一进行同工艺的淬、回火处理，采用FM-ARS-9000全自动显微硬度测量系统，在试验力为9.8N的载荷下对渗碳层硬度进行测试。

高温回火对20Cr2Ni4A钢渗碳层中残留奥氏体的影响主要从高温回火次数和高温回火时间这两个方面进行比较分析。由于渗碳层中的残留奥氏体和高碳淬火马氏体都是亚稳相，在高温回火的条件下，必然有先共析碳化物从残留奥氏体和马氏体中析出，随着回火次数的增加，会减少渗碳层中的残留奥氏体量，从而在后续的淬火过程中得到更多的稳定碳化物和马氏体组织，减少残留奥氏体量，提高渗碳层表面硬度。

相变硬化消除的动力学驱动力是渗碳空冷淬火得到的马氏体中碳的过饱和度，并且这个驱动力在回火前最大，随着回火时间延长，碳化物的析出，驱动力逐渐减小，碳化物的析出速度逐渐变慢。所以在第一次回火时采用较高温度，较短时间，相变硬化能基本消除。第二次回火时残留奥氏体中碳化物析出占主导。碳化物大量析出后，残留奥氏体因碳及合金含量下降而使Ms点升高，冷却时，残留奥氏体向马氏体转变。

由于20Cr2Ni4A合金渗碳钢的珠光体转变孕育期很长，残留奥氏体中碳化物的析出也是一个缓慢的过程，因此在第二次回火时选择较长的保温时间能使残留奥氏体中的碳化物充分析出，有利于提高表面硬度，减少残留奥氏体，得到理想的渗碳淬火组织。

总结

1.渗碳后渗碳表层显微组织为高碳淬火马氏体+碳化物+大量残留奥氏体。

2.高温回火能有效减少基体中的残留奥氏体，随高温回火次数的增加，残留奥氏体量减少，淬火后渗碳表层的硬度升高。

3.通过研究不同高温回火工艺对20Cr2Ni4A钢渗碳层中残留奥氏体转变的影响，分析比较得出工艺4是一种最理想的热处理工艺:650℃×30min高温回火+620℃×2h高温回火+810℃×30min油冷淬火+160℃×2.5h空冷低温回火。

4.20Cr2Ni4A钢渗碳后的高温回火过程中第一次高温回火为相变硬化消除占主导，回火温度要求偏高；第二次高温回火时残留奥氏体中碳化物析出占主导，回火保温时间长一点效果更好。

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