模具钢材的第二种回火脆性

　　常用模具钢材，第二种回火脆性出现在450 650℃之间，出现在较高的回火温度后，这种脆性对中碳合金调质钢的性能影响较大。回火后镍钢冷却速度对其冲击吸收能的影响，回火后的炉冷钢在500 550℃附近明显脆化。当钢发生第二次回火脆化时，其室温冲击韧性大大降低，而韧脆转变温度显著升高。这种回火脆性有固定的温度范围，各种常用的合金元素对第二种回火脆性的温度范围没有明显的影响。脆化后的钢只需要再加热到略高于回火脆性的温度，然后迅速冷却，回火脆性就会消失，然后回到韧性状态，从而提高冲击韧性。如果在脆性温度区间内反复回火，会反复出现脆性，故称为可逆回火脆性。

　　钢中的回火脆化需要一定的碳含量，可与一定量的P、Cr、Mn等元素结合产生第二种回火脆化。Ni、Cr、Mn无论单独添加还是组合添加，都会促进钢的回火脆性，其影响按Ni、Cr、Mn的顺序增大，尤其是组合添加时。当钢中铬和锰的总质量分数超过1%时，会出现明显的二次回火脆性。钢中的Cr促进了磷等杂技元素在晶界的偏析(Ni也有类似的作用)，从而增加了回火脆性的敏感性。在铬锰钢中，镍和磷增加了钢的回火脆性。但一般来说，钢中单独加入Ni对回火脆性影响不大。但是，在碳钢中，回火脆化倾向较小。研究表明，高纯合金钢对回火脆性不敏感，因此工业用钢的回火脆性与杂质元素密切相关。磷、砷、锑和锡是造成钢二次回火脆性的主要杂质元素。Sb影响最大，P、Sn次之，as影响相对较小。回火脆性与奥氏体晶界附近杂质浓度的增加直接相关。铬、锰、镍等合金元素与杂质元素亲和力高，促进了杂质元素在晶界上的偏析，从而显著增加了钢的二次回火脆性。在钢中加入钼、钨、钛等元素，可降低回火脆化倾向。当钢中钼含量约为0.5%时，回火脆性的影响最大。从图中还可以看出，钼的含量对回火脆性的可逆性没有影响。

　　需要指出的是，最能抑制回火脆性的Mo含量不是一个固定值，而是随钢的其他化学成分而上下变化。这种脆化是由晶界脆化引起的，所以回火脆化是由杂质元素如磷、锑、锡、砷和合金元素如铬、镍、锰、硅在奥氏体晶界偏析引起的。粗晶粒钢的回火脆性敏感性大于细晶粒钢，因为晶粒越粗，晶界越少，晶界处杂质元素偏析浓度越高。由于晶界杂质元素的偏析是在一定的温度和时间条件下产生的，但在其他温度和时间条件下可以消除或不产生，这种回火脆性是可逆的，是在一定的温度和时间条件下产生的。回火温度高于600℃，然后快速冷却抑制杂质元素向晶界偏析，从而减少或防止回火脆性的发生。

　　在某些合金钢中，随着碳含量的增加，钢的回火脆性倾向增加，这表明晶界杂质元素的偏析也与碳化物析出有关。第二种回火脆性是可逆的，受多种因素影响。为了避免或降低回火脆性，需要防止或消除有害杂质在晶界上的偏析。除了在回火脆性温度下回火外，还可以通过调整钢的化学成分和改变回火工艺来防止或减轻回火脆性。它能提高钢水的纯净度，尽可能降低钢中有害杂质元素如磷、锑、锡、砷的含量，从根本上消除或减少晶界处杂质元素的偏析。

　　对于由回火脆性敏感钢材料制成的小型工件，工业上采用回火后的快速冷却(水冷或油冷)来防止或降低回火脆性，并可采用略低于回火脆性发生温度的补充回火来消除回火快速冷却引起的内应力。如果钢件尺寸较大，回火后的快速冷却使中心的冷却速率达不到要求，效果很小，或者由于钢件形状复杂，工件内部会有较大的残余内应力，回火后不允许快速冷却，可采用含Mo 0.5%左右的合金钢制造，或采用回火脆性温度(400℃)以下的回火来抑制回火脆性的发生。两相区淬火可以在显微组织中保留少量细小的过量铁素体，在加热过程中往往在晶粒内的杂质处成核析出，使杂质元素集中在铁元素中，避免向晶界偏析。此外，两相区淬火可获得细小晶粒，从而降低和消除回火脆性。

　　在钢被淬火和奥氏体化之后，它在临界温度以上塑性变形，然后通过高温热机械处理淬火。由于奥氏体晶粒细化，晶界呈锯齿状，增加了晶界面积，减少了回火时晶界上杂质的偏析，可显著降低甚至消除钢的回火脆性。