火后的组织：(1) 20 钢齿轮； (2) T12 钢锉刀； (3) 性能要求不高的 45 钢小轴。它们可否改用等温退火？为什么？5-10 简述回火[1]的分类、目的、组织性能及其应用范围。

本题主要考查金属材料的退火和回火工艺相关知识。解题思路是分别分析不同钢材采用等温退火的可行性，以及详细阐述回火的分类、目的、组织性能和应用范围。

不同钢材采用等温退火的可行性分析

• 20钢齿轮：
  • 20钢是低碳钢，其含碳量较低。普通退火可以使20钢齿轮达到合适的硬度和韧性，满足其使用要求。
  • 等温退火是将钢件加热到临界温度以上，保温适当时间后迅速冷却到珠光体转变温度区间的某一温度，并等温保持，使奥氏体转变为珠光体组织。对于20钢，等温退火也能达到细化晶粒、降低硬度、改善切削加工性能的目的。所以20钢齿轮可改用等温退火，但由于普通退火已能满足要求，并非必需。
• T12钢锉刀：
  • T12钢是高碳钢，锉刀需要高硬度和耐磨性。球化退火是将钢加热到临界温度以上，保温一定时间后缓慢冷却，使渗碳体球状化。对于T12钢，球化退火能获得球状碳化物组织，这种组织可以显著降低钢的硬度，改善切削加工性能，同时在后续淬火后能获得高硬度和耐磨性。
  • 而异温退火主要是为了获得珠光体组织，对于T12钢获得球状碳化物的效果不如球化退火，所以不建议改用等温退火。
• 45钢小轴：
  • 45钢是中碳钢，性能要求不高的45钢小轴，普通退火可以消除内应力、降低硬度、改善切削加工性能，满足其性能要求。
  • 等温退火虽然也能达到类似的效果，但对于性能要求不高的45钢小轴，采用普通退火成本更低、工艺更简单，所以不建议改用等温退火。

回火的分类、目的、组织性能及其应用范围分析

• 低温回火（150 - 250°C）：
  • 目的：降低淬火内应力，减少钢的脆性，保持淬火后的高硬度和耐磨性。
  • 组织：回火马氏体（$M_{回}$）。淬火后的马氏体存在较大的内应力，低温回火可以使马氏体中的过饱和碳以碳化物的形式析出，降低内应力，同时保留马氏体的高硬度。
  • 性能：硬度高，一般为58 - 64 HRC，具有较高的耐磨性和一定的韧性。
  • 应用范围：适用于要求高硬度和耐磨性的刀具、轴承等零件。
• 中温回火（350 - 500°C）：
  • 目的：获得高的弹性极限和屈服强度，同时具有一定的韧性。
  • 组织：回火托氏体（$T_{回}$）。在中温回火过程中，马氏体进一步分解，形成细小的渗碳体和铁素体的混合组织，即回火托氏体。
  • 性能：弹性好，具有较高的弹性极限和屈服强度，能承受较大的弹性变形而不发生塑性变形。
  • 应用范围：用于弹簧、模具等需要高弹性的零件。
• 高温回火（500 - 650°C）：
  • 目的：获得良好的综合力学性能，即强度、塑性和韧性都比较好。
  • 组织：回火索氏体（$S_{回}$）。高温回火时，马氏体完全分解，形成颗粒状渗碳体和铁素体的混合组织，即回火索氏体。
  • 性能：综合性能优，具有较高的强度、良好的塑性和韧性。
  • 应用范围：用于轴、齿轮等承受交变载荷的重要零件。
• 调质处理：
  • 调质处理是淬火加高温回火的双重热处理工艺。先进行淬火，使钢获得马氏体组织，然后进行高温回火，使马氏体转变为回火索氏体组织。
  • 这种处理方法可以使钢获得良好的综合力学性能，适用于重要的结构件，如发动机曲轴、连杆等。