在冶金学中，回火根据所使用的温度范围分为三种截然不同的类型。它们是低温回火（150-250°C）、中温回火（350-500°C）和高温回火（500-650°C）。选择每个温度范围都是经过深思熟虑的，目的是将钢材脆性的淬火后微观结构转变为具有特定、所需硬度和韧性平衡的结构。
您选择的回火类型并非随意的；它是一个直接的工程决策。您选择的温度范围决定了部件的最终硬度与其吸收冲击和抵抗断裂能力之间的权衡。
回火的目的：从脆性到耐用性
回火是一种应用于硬化钢材的热处理工艺，旨在通过降低硬度来提高韧性。它总是遵循淬火等硬化过程。
淬火后钢材的问题
当钢材加热到高温然后快速冷却（淬火）时，会形成一种称为马氏体的微观结构。这种结构非常坚硬且耐磨，但它也非常脆，并充满了内应力，使其不适用于大多数应用。淬火后的零件可能像玻璃一样易碎。
温度的作用
回火涉及将淬火后的零件重新加热到低于其临界点的特定温度，保持设定的时间，然后冷却。这种受控加热允许碳原子析出并形成碳化物，从而释放内应力并将脆性的马氏体转变为更具延展性的微观结构。
基本的权衡
回火的核心原则是硬度与韧性之间的反比关系。回火温度越高，硬度降低越多，但韧性和延展性就越大。
三种回火范围的详细介绍
回火分为三种类型的分类是基于在不同温度范围内发生的微观结构变化以及由此产生的机械性能。
I 型：低温回火（150°C – 250°C）
这里的首要目标是在保持马氏体结构所能达到的最高硬度和耐磨性的同时，释放内部应力。
产生的微观结构称为回火马氏体。在此温度下，极细的 ε（epsilon）碳化物颗粒会析出。
此工艺最适合硬度是最关键性能的部件。常见应用包括刀具、量规、轴承和渗碳零件。
II 型：中温回火（350°C – 500°C）
此范围旨在生产具有高弹性、良好强度和足够韧性的材料。与低温回火相比，硬度被有意地牺牲了更多。
所得的微观结构是屈氏体 (troostite)，它是铁素体和渗碳体非常细的混合物。这种结构以其高弹性极限而闻名。
典型应用包括弹簧、板簧、锤子和凿子，在这些应用中，在不发生变形或断裂的情况下弯曲或承受中等冲击的能力是关键。
III 型：高温回火（500°C – 650°C）
高温回火的目标是获得强度、最重要的是韧性和延展性的最佳组合。此过程会显著降低硬度。
这种处理会产生称为索氏体 (sorbite) 的微观结构，它是铁素体和渗碳体较粗的混合物，擅长在高应力下吸收能量和抵抗断裂。
这用于需要高韧性和抗冲击强度的重载结构部件，例如汽车曲轴、连杆、轴和螺栓。此过程通常被称为“韧化”或“淬火和回火”。
了解陷阱和注意事项
选择回火工艺需要了解可能损害最终材料性能的潜在问题。
回火脆性的风险
某些温度范围可能会引起脆性，必须避免。需要注意两种主要形式。
第一种，称为“回火马氏体脆化”或“蓝脆”，发生在大约 250°C 到 400°C 之间。除非为了达到特定的硬度目标，否则通常会避免此范围。
第二种形式，“回火脆化”，发生在钢材在高温回火后缓慢冷却（或在 375°C 至 575°C 之间长时间保持）时。这是由杂质在晶界处偏析引起的，通过回火后快速冷却来控制。
浸泡时间的重要性
虽然温度是主要因素，但零件在该温度下保持的时间（浸泡时间）也至关重要。时间不足将导致微观结构转变不完全，并且部件内部性能不一致。
颜色作为不完美的指南
历史上，铁匠使用钢材加热过程中形成的氧化层颜色作为回火温度的指南。虽然有用，但这种方法不精确，对于需要受控炉具提供更高精度的现代关键应用不应依赖。
为您目标做出正确选择
回火工艺的选择必须由部件的最终用途要求驱动。
- 如果您的主要关注点是最大的硬度和耐磨性： 对刀具和轴承等应用使用低温回火。
- 如果您的主要关注点是强度和弹性的平衡： 对弹簧或冲击工具等部件使用中温回火。
- 如果您的主要关注点是最大的韧性和延展性： 对必须吸收大量能量而不破裂的关键结构部件使用高温回火。
通过了解这些原理，您可以精确设计钢材的机械性能，以满足任何应用的严格要求。
摘要表：
| 回火类型 | 温度范围 | 关键微观结构 | 主要目标 | 常见应用 |
|---|---|---|---|---|
| 低温回火 | 150°C – 250°C | 回火马氏体 | 最大硬度与耐磨性 | 刀具、轴承、量规 |
| 中温回火 | 350°C – 500°C | 屈氏体 | 高弹性和强度 | 弹簧、锤子、凿子 |
| 高温回火 | 500°C – 650°C | 索氏体 | 最大韧性和延展性 | 曲轴、连杆、螺栓 |
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