高温回火

高温回火得到鐵素體+細粒狀滲碳體的混合物，即回火索氏體組織。具有優良的綜合力學性能，多用於結構零件淬火後的回火，如連桿、螺栓、齒輪及軸。淬火+高温回火稱為調質。

一般用於淬火的後續處理，淬火+高温回火被稱為調質處理，在工業生產中有廣泛的應用。回火温度範圍為500-650攝氏度，有利於徹底消除內應力，提高金屬的塑性和韌性，回火一般採用空氣中冷卻。硬度一般在25~35HRC之間，回火後的組織為回火索氏體。主要應用於含碳量為0.3%-0.5%的碳鋼和合金鋼製造的各類連接和傳動的結構零件 ^[1]  。

20Cr₂Ni₄A鋼具有良好的淬透性和強韌性，是高強滲碳鋼中主要選擇材料之一。但由於20Cr₂Ni₄A鋼中含有大量鉻、鎳等合金元素，因而增強了奧氏體的穩定性。滲碳後基體中溶入了大量碳和合金元素，使Ms點顯著下降，滲碳空冷後組織為針狀馬氏體+碳化物+大量殘留奧氏體，滲碳空冷後表面硬度超過55HRC。重新加熱淬火無法減少殘留奧氏體量，造成表層硬度偏低，達不到設計要求（≥60HRC）。另外在使用過程中殘留奧氏體受熱或在應變作用下轉變，引起尺寸變化和應力重分配，也可能在磨削精加工時產生磨削裂紋。減少殘留奧氏體量的途徑主要有高温回火和深冷處理，深冷處理易引起產品開裂和變形 ^[2]  。

將滲碳後的試棒經不同的高温回火熱處理後，將試棒在鹽浴爐統一進行同工藝的淬、回火處理，採用FM-ARS-9000全自動顯微硬度測量系統，在試驗力為9.8N的載荷下對滲碳層硬度進行測試。

高温回火對20Cr₂Ni₄A鋼滲碳層中殘留奧氏體的影響主要從高温回火次數和高温回火時間這兩個方面進行比較分析。由於滲碳層中的殘留奧氏體和高碳淬火馬氏體都是亞穩相，在高温回火的條件下，必然有先共析碳化物從殘留奧氏體和馬氏體中析出，隨着回火次數的增加，會減少滲碳層中的殘留奧氏體量，從而在後續的淬火過程中得到更多的穩定碳化物和馬氏體組織，減少殘留奧氏體量，提高滲碳層表面硬度。

相變硬化消除的動力學驅動力是滲碳空冷淬火得到的馬氏體中碳的過飽和度，並且這個驅動力在回火前最大，隨着回火時間延長，碳化物的析出，驅動力逐漸減小，碳化物的析出速度逐漸變慢。所以在第一次回火時採用較高温度，較短時間，相變硬化能基本消除。第二次回火時殘留奧氏體中碳化物析出佔主導。碳化物大量析出後，殘留奧氏體因碳及合金含量下降而使Ms點升高，冷卻時，殘留奧氏體向馬氏體轉變。

由於20Cr₂Ni₄A合金滲碳鋼的珠光體轉變孕育期很長，殘留奧氏體中碳化物的析出也是一個緩慢的過程，因此在第二次回火時選擇較長的保温時間能使殘留奧氏體中的碳化物充分析出，有利於提高表面硬度，減少殘留奧氏體，得到理想的滲碳淬火組織 ^[3]  。

1.滲碳後滲碳表層顯微組織為高碳淬火馬氏體+碳化物+大量殘留奧氏體。

2.高温回火能有效減少基體中的殘留奧氏體，隨高温回火次數的增加，殘留奧氏體量減少，淬火後滲碳表層的硬度升高。

3.通過研究不同高温回火工藝對20Cr₂Ni₄A鋼滲碳層中殘留奧氏體轉變的影響，分析比較得出工藝4是一種最理想的熱處理工藝: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鋼滲碳後的高温回火過程中第一次高温回火為相變硬化消除佔主導，回火温度要求偏高；第二次高温回火時殘留奧氏體中碳化物析出佔主導，回火保温時間長一點效果更好 ^[1]  。