回火是受擴(kuò)散控制的，組織轉(zhuǎn)變不僅取決于溫度，也取決于時(shí)間。二者相比，溫度是第一位的，時(shí)間是第二位的，但絲毫不能小視時(shí)間的作用，因?yàn)槊茉谝欢ǖ臈l件下會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)換。有一些轉(zhuǎn)變到一定溫度才發(fā)生，如殘留氏體的分解要在200℃以上，Fe3C碳化物的析出要在400℃以上，鐵素體的再結(jié)晶要在600℃以上等等，都表明了回火溫度的決定性影響。但所有的回火轉(zhuǎn)變都可以在一定溫度范圍內(nèi)發(fā)生，在該范圍內(nèi)，較低溫度長(zhǎng)時(shí)間與較高溫度短時(shí)間發(fā)生的組織轉(zhuǎn)變可能有相同的效果，這就為高溫回代替低溫回提供了理論依據(jù)。碳鋼和低合金鋼的回火常分為低溫、中溫、高溫回火三類(lèi)。回火溫度在Ac1以上的高溫回火法則沒(méi)有低、中、高溫之分。其選擇原則是短時(shí)高溫回火和長(zhǎng)時(shí)間低溫回火達(dá)到相的組織和力學(xué)性能。圖1是T8Mn鋼淬火后不同回火溫度、回火時(shí)間對(duì)硬度的關(guān)系圖，時(shí)間以對(duì)數(shù)坐標(biāo)表示，在大部分時(shí)間范圍內(nèi)硬度變化接近手直線，鋼的回火時(shí)間在10s以?xún)?nèi)時(shí)，回火后的硬度即發(fā)生快速變化，在1～10min時(shí)，硬度變化相對(duì)較慢，但變化仍然很大，而在1～2h內(nèi)變化較小。
由圖1可以發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是低溫、中溫、高溫回火，硬度的變化都是在極短時(shí)間內(nèi)完成的，時(shí)間越長(zhǎng)變化越緩慢，高溫快速回火正是根據(jù)這一現(xiàn)象提出的。
圖1 淬火鋼的回火溫度及時(shí)間對(duì)硬度的影響
回火過(guò)程中馬氏體的分解需要很大的激活能，據(jù)計(jì)算，馬氏體分解激活能為4.1868×33000J/mol，因此，馬氏體在室溫下是相當(dāng)穩(wěn)定的。有人做過(guò)試驗(yàn)，在室溫下放置6年多，淬火馬氏體才半分解。要節(jié)能必須縮短回火時(shí)間提高回火溫度，以便使激合能高的馬氏體，在高溫短時(shí)間內(nèi)快速分解，從而獲得滿意的力學(xué)性能。具體表達(dá)式為：
T＝Ks+AsD……（1）
式中T——回火時(shí)間，s；
Ks——回火時(shí)間基數(shù)，s；
As——回火時(shí)間系數(shù)，s/mm；
D——工件的有效厚度或直徑，mm。
例如，45鋼在860℃溫度快速回火時(shí)，選Ks=30s、As=0.3、D＝10mm，則T＝30+0.3×10＝33（s），即回火時(shí)間為33s，回火后硬度為52HRC，若用傳統(tǒng)的200℃×（1～1.5）h回火，回火后的硬度也是52HRC。
表1是75Mn鋼（0.75%、0.72%Mn或T8Mn）當(dāng)回火參量不變時(shí)，采用不同回火溫度和保溫時(shí)間回火后的硬度和力學(xué)性能對(duì)照表。
表1 回火溫度和回火時(shí)間對(duì)75Mn鋼力學(xué)性能的影響
力學(xué)性能 | 435℃×120min | 450℃×30min | 480℃×10min | 510℃×1min |
硬度HRC | 40 | 40 | 40 | 40 |
σb/MPa | 1401 | 1450 | 1411 | 1470 |
σs/MPa | 1196 | 1274 | 1205 | 1274 |
δ（%） | 9 | 8.5 | 8.5 | 9.5 |
ψ（%） | 35.5 | 35 | 41 | 40.8 |
αk/J·cm-2 | 46 | 37 | 45 | 40 |
表1數(shù)據(jù)說(shuō)明，提高回火溫度，縮短保溫時(shí)間，不但可以得到相同的硬度，而且力學(xué)性能相差無(wú)幾。采用適當(dāng)提高回火溫度、縮短保溫時(shí)間 的快速回火方法，可以在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，達(dá)到可觀的節(jié)能效果。例如45鋼的軸，要求調(diào)質(zhì)硬度25～30HRC，將回火溫度度提高20℃，可使保溫時(shí)間減少約60%，其表面硬度和截面金相組織均與常規(guī)回火相同，但節(jié)電20%～25%。
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