過燒

一般認為由於加熱溫度過高或保溫時間過長引起金屬晶粒粗大的現象稱為過熱。

碳鋼（亞共析或過共析鋼）過熱之後往往出現魏氏組織。馬氏體鋼過熱之後，往往出現晶內織構。工模具鋼（或高合金鋼，含有大量一次碳化物等）往往以一次碳化物角狀化為特徵判定過熱組織。鈦合金過熱后，出現明顯的屆相晶界和平直細長的魏氏組織。

過熱后的組織，按照用正常熱處理工藝消除的難易程度分為不穩定過熱和穩定過熱兩種情況。用正常熱處理工藝可以消除的過熱稱為不穩定過熱。用一般的正火、退火或淬火處理不能完全消除的過熱稱為穩定過熱。合金結構鋼的嚴重過熱常表現為穩定過熱。當加熱溫度比過熱更高，晶粒邊界出現氧化或熔化時，稱為過燒。

鋼在熱加工時，加熱溫度超過其過熱溫度以後，鋼中的MnS夾雜溶解，在隨後的冷卻時以非常細小的MnS顆粒優先析出於高溫奧氏體晶界上，從而削弱了這種晶界的結合力。因此在淬火或調質處理后折斷時，便沿這些晶界開裂，因此，過熱后鋼的力學性能，尤其是衝擊韌性顯著降低。加熱溫度越高，固溶於奧氏體中的硫化物等越多，奧氏體晶粒長得越大，冷卻過程中沿原奧氏體晶界析出的硫化物等質點越多，原奧氏體晶界也越穩定。

但是，在某些特定的情況下，有幾種合金結構鋼的過熱只表現為奧氏體晶粒粗大這一特點。例如，經電渣重熔僅用適量Al脫氧的18Cr2Ni4WA鋼，因硫和其他雜質含量極少，在1350℃加熱空冷后獲得的過熱斷口上，出現類似上述沿晶界有雜質析出的“過熱小刻面”，形成結晶狀斷口。微觀檢查這些刻面，沒有看到極細小的MnS等異相質點存在，而發現這種結晶粒狀斷口，完全是晶粒粗大造成的沿晶韌性和沿晶脆性的混合斷裂。它與有MnS等異相質點存在的沿晶韌性斷裂是有重要區別的。這種類型的過熱經一般的淬火或正火可以消除，因此屬於不穩定過熱。

近年來對其他合金結構鋼的研究發現，引起穩定過熱的析出相除硫化錳外，還有碳化物、氮化物、硼碳化物、Ti（NC），TiSC等。例如，40MnB鋼高溫加熱鍛后空冷時，沿奧氏體晶界有硼碳化合物Fe（CB），Fe（CB）析出；25MnTiB鋼過熱后，有TiSC，Ti（CW），Ti（CN），TiN等析出。這些析出相之所以能引起穩定過熱，是由於它們的固溶溫度高，因此一般熱處理（淬火、正火）時，在較低的奧氏體化溫度下不易溶入基體和改變其分佈狀況。

過燒是以晶界氧化或熔化為特徵的。對於碳鋼來說，以晶界嚴重氧化或熔化為特徵，工具鋼過燒，則因晶界熔化而出現魚骨狀萊氏體，鋁合金過燒時則出現晶界熔化三角區和復熔球等。過燒的鍛件是無法挽救的，只得報廢。

可熱處理強化鋁合金的加熱溫度超過該合金低熔點共晶溫度時會使晶界粗化，甚至熔化，造成該合金的機械性能急劇下降，這一溫度叫過燒溫度。因此鋁合金淬火時，必須了解該合金的過燒溫度。影響過燒溫度的因素有：

（1）合金元素的影響

熱處理可強化鋁合金存在一些二元或多元的低熔點共晶體，合金元素不同，其開始熔化的溫度也不同。過燒溫度的高低還受合金元素含量的影響，如硬鋁合金在銅含量相同的條件下，由於鎂含量不同，過燒溫度也是變化的，當含0.6%鎂時（如2A11合金），過燒溫度為514℃，當含鎂量提高到1.6%時，則過燒溫度下降到507℃。

（2）變形程度的影響

變形程度越高，低熔點共晶組織被破碎得越嚴重，它們向固溶體中擴散的幾率也就越大，其過燒溫度也相對升高一些。例如，有人指出，2A12合金板材冷變形量為20%～30%時，過燒溫度為505℃，當冷變形量增加到50%～70%時，過燒溫度提高到507℃。

部分鋁合金實測的過燒溫度見下表。

“過燒”是指焊縫金屬在焊接過程中受熱時間過長，造成晶粒粗大，晶粒邊界被激烈氧化，焊縫表面發渣，甚至起皮。這種缺陷特別在手工電弧焊全位位置管道焊縫的平焊接頭或上爬坡處，以及氣焊時容易產生。

產生過燒的原因是焊接速度太慢；焊接電弧在某處停留時間太長；焊縫加強面過寬或過高；氣焊時不恰當選用氧化焰等。

焊縫金屬過燒后，由於碳元素的大量燒損，接頭強度下降。過燒焊縫中金屬晶粒大，尤其是魏氏組織，促使焊縫韌性及塑性下降。晶界在應力作用下還容易形成熱裂紋，有時雖然焊接過程中不形成裂紋，但由於晶界強烈氧化后，晶粒之間的聯繫減弱，再次回執過程中也容易形成再熱裂紋，過燒金屬的枝晶還容易形成偏析。總之，已產生過燒的金屬其危險性很大，就當將焊縫切掉重焊。

如果由於加熱溫度過高，時間又長，鋼的奧氏體晶粒不僅已經長大，而且在奧氏體晶界上發生了某些使晶界弱化的變化，例如晶粒之間的邊界上出現熔化、有氧滲入，並在晶粒間氧化，這樣就失去了晶粒間的結合力，失去其本身的強度和可塑性。在熱處理後會在表面形成粗大的裂紋，這種現象稱為鋼的過燒。

過燒可以導致斷口遺傳，即在過燒的情況下，雖經再次適當加熱淬火消除了粗大的晶粒而得到了細晶粒的奧氏體組織，但在沖斷時仍得到了與原粗大奧氏體晶粒相對應的粗晶斷口。在奧氏體晶粒已經細化的條件下，斷裂仍沿原奧氏體晶界發生，這表明第一次過熱時在原奧氏體晶界發生了某些使晶界弱化的變化，且這種弱化在再次加熱時不能得到消除。在晶界上可能發生的變化不外乎是沿晶界析出了某種相或是形成了某些夾雜元素的偏聚。目前已經得到公認的原因是，沿原奧氏體晶界析出了MnS等第二相使晶界弱化，即在第一次過熱時由於溫度足夠高，鋼中的MnS等夾雜物已經熔入奧氏體中，並由於內吸附而偏聚在原奧氏體晶界。在加熱后如以不太快的速度冷卻，則隨溫度的下降，MnS在原奧氏體中的熔解度下降，沿原奧氏體晶界析出，使晶界弱化，形成萘狀斷口。已經析出的MnS等夾雜物再次加熱到正常溫度淬火以及回火時均不能重新熔解，所以斷裂仍沿原奧氏體晶界發生，出現斷口遺傳。

由於過燒導致晶粒間彼此的結合力大為降低，塑性變壞，使得鋼在進行壓力加工過程中就會開裂。過燒一般發生在鋼的軋、鍛等熱加工過程中，但在某些萊氏體高合金鋼（如W18Cr4V、Cr12等）的淬火熱處理中也常有發生，因為它們的淬火加熱溫度接近其萊氏體共晶點。在焊接件熱影響區中也有可能出現過燒。

當鋼加熱到比過熱更高的溫度時，不僅鋼的晶粒長大，晶粒周圍的薄膜也開始熔化，氧進入了晶粒之間的空隙，使金屬氧化，甚至熔化。過燒不僅取決於加熱溫度，也和爐內氣氛有關。爐氣的氧化能力越強，越容易發生過燒現象，因為氧化性氣體擴散到金屬中去，更易使晶粒間晶界氧化或局部熔化。在還原性氣氛中，也可能發生過燒，但開始過燒的溫度比氧化性氣氛時要高60~70℃，鋼中碳含量越高，產生過燒危害的溫度越低。

過燒不僅使奧氏體晶粒劇烈粗化，而且使晶界也被嚴重氧化甚至局部熔化，此時，不能用熱處理的辦法消除，只好報廢、回爐重煉。生產中有局部過燒，這時可切掉過燒部分，其餘部分可重新加熱軋制、鍛造。如果過燒僅僅是引起晶界弱化，消除的辦法有：（1）重新加熱到引起過燒的溫度，以極慢的速度（3℃/min）冷卻；（2）重新加熱到引起過燒的溫度，冷到室溫，再加熱到較前一次低100~150℃的溫度，再冷至室溫。如此重複加熱、冷卻直到在正常加熱溫度以下為止；（3）重新鍛造； （4）進行多次正火。

過燒產生的原因：

（1）低熔點金屬或形成低熔點共晶相的元素含量偏高，如Al—Cu合金中的Si和Mg含量偏高；

（2）不均勻加熱或加熱過快，使鑄錠或鑄件局部加熱溫度超過過燒溫度；

（3）爐內工作區的溫度局部超過過燒溫度；

（4）測量和控溫儀錶失靈，使爐溫過高。

過燒的預防：

（1）選用合格爐料和合理的升溫速度；

（2）分段加熱；定期校測爐內各加熱區的溫度，使各區之間溫度差不大於±5℃；

（3）定期校正儀錶，保證測溫和溫控準確無誤。