哪些金属可以回火？钢材硬化和回火指南

从本质上讲，回火是一种主要应用于特定铁基合金的热处理工艺。 可以回火的金属是那些首先可以被硬化的金属，这一类别包括绝大多数的钢和某些类型的铸铁。这种能力取决于金属是否含有足够的碳含量，以便在加热后再快速冷却时发生关键的结构变化。

金属可回火的能力不是一个独立属性，而是其可硬化能力的直接结果。因此，回火几乎只应用于含有足够碳以在淬火时形成坚硬、脆性结构（称为马氏体）的黑色金属——如钢和铸铁。

基本要求：可硬化的能力

回火绝不是一个独立的过程。它是旨在实现机械性能精确平衡的两步热处理的第二步。

整个过程取决于铁和碳原子在钢中独特的相互关系。当钢加热到高温时，其晶体结构会发生变化，并允许碳原子溶解到铁中。

如果将热钢快速冷却（称为淬火），碳原子就会被困在铁的晶体结构中。这会形成一种新的、高度应变且非常坚硬的微观结构，称为马氏体。这种硬化状态是回火的必要先决条件。

像铝、铜、黄铜或钛这样的金属不具备这种特定的铁碳关系。它们的晶体结构不会通过淬火形成马氏体。虽然它们可以通过“时效硬化”或“加工硬化”等其他方法得到强化，但它们不能以传统意义上进行回火。

实际上任何可以硬化的钢或铁合金都可以随后进行回火。选择特定的合金是基于所需的最终性能。

这是最大和最常见的类别。它包括从用于锉刀和刀片的简单高碳钢到含有铬、钼和钒等元素的复杂合金钢。这些合金元素提高了钢材深度和均匀硬化的能力。

顾名思义，这些是专为工具、模具和刀刃设计的特种合金。它们通过精确的硬化和回火循环来配制，以实现卓越的硬度和耐磨性。例子包括热作和冷作工具钢。

这些合金旨在平衡硬度与韧性和抗疲劳性。弹簧钢在较高温度下回火以获得所需的柔韧性，而抗摩擦轴承钢则经过回火以实现极高的硬度和尺寸稳定性。

最常见的不锈钢（如用于厨房水槽的）是奥氏体不锈钢，不能通过热处理硬化。然而，马氏体不锈钢具有不同的成分，使其能够被硬化和回火，从而适用于餐具、手术器械和高强度部件。

回火的全部目的是以战略性的方式牺牲少量的硬度来换取韧性的显著增加。

淬火形成 100% 马氏体的钢处于其最大硬度状态。然而，它也非常脆，就像玻璃一样。尖锐的冲击可能会导致其破碎，使其对大多数应用都无用。

回火涉及将硬化后的钢重新加热到精确的温度（远低于初始硬化温度）并保持在该温度。这种受控加热允许一些被困的碳原子移动，从而释放马氏体结构内部强烈的内部应力。

最终性能由回火温度决定。低温（例如 200°C / 400°F）仅释放足够的应力以减轻脆性，同时保留大部分硬度。高温（例如 600°C / 1100°F）会导致硬度损失更大，但韧性和延展性会大幅增加。

选择可回火的金属及其相应的热处理，是确定最终应用最关键的属性。

归根结底，选择可回火的金属是选择一种材料，其性能可以被精确设计，以应对硬度和韧性之间的基本权衡。