27SiMnMoVB钢中粒状贝氏体形成及其回火转变的研究
摘要：本文利用金相、透射电子显微镜技术、OTM图像分析等方法，研究了27SiMnMoVB在不同热处理制度下的组织形态、残余奥氏体的含量及其转变产物，并探索了粒状贝氏体的形成机理及强化机理。结果表明粒状贝氏体中的残余奥氏体岛的形态与正火温度有关，随着正火温度的升高岛状相由块状趋向条状。M/A相含量随冷速增大而增加。
回火试验表明粒状贝氏体中的残余奥氏体在低温回火时已部分转变为贝氏体，400℃回火残余奥氏体分解为铁素体和碳化物，并在贝氏体铁素体基体上析出碳化物，马氏体的分解温度在400℃－500℃范围之间，至650℃回火转变基本结束。在回火过程中试验材料无二次淬火现象，残余奥氏体含量随回火温度升高而下降。前言
自L.Habiaken发现钢中存在粒状贝氏体以来，在贝氏体领域里引起人们对粒状贝氏体的形态、性能及形成机理等问题的重视。我国对粒状贝氏体的研究虽然开展较迟，但近年来也报到了不少文章〔1、2〕。本文通过对27SiMnMoVB钢的研究，试图对粒状贝氏体的形态、性能、形成特点及回火转变进行了分析。
1.试验材料和试验方法
试验用钢经非真空＋电渣熔炼、热加工成φ20毫米的圆棒。试验前圆棒经750℃×4小时退火，加工成需要的样品。
材料经热处理后，采用Axioplan2型光学显微镜观察其显微组织及等温条件下形成的粒状贝的形态。利用Format-4热磁仪测定材料的TTT曲线，并结合金相法划分各类显微组织的形成温度范围。材料经回火处理后，用D50X射线衍射仪及OTM-Q720图像分析仪测定残余奥氏体的数量。OTM图像分析仪测定样品的制备参考资料〔3〕采用染色法（20％亚硫酸氢钠水溶液染色），染色至残留奥氏体呈亮白色、铁素体基体呈淡黄褐色、马氏体呈棕褐色。金属薄膜样品的制备用双氧水、草酸和氢氟酸按比例制成水溶液进行中间减薄化学抛光，随后用冰乙酸高氯酸〔10：1〕电解抛光至需要厚度。
2.试验结果与分析
2.1粒状贝氏体的组织形态及性能特点
热磁仪测定的试验材料TTT曲线见图1，由图可见710℃－600℃为珠光体转变区；600℃－370℃为贝氏体转变区；370℃以下为马氏体转变区。对测定TTT曲线的等温试样进行金相观察，结果表明在贝氏体转变温度范围内自600℃－450℃为粒状贝氏体转变区；450℃－410℃为上贝氏体转变区；410℃－370℃为下贝氏体转变区。应该指出，这种温度转变范围的划分并不十分严格，试验也证明在不同转变区域的交界温度附近经常存在两种类型的组织。
27SiMnMoVB钢的使用状态为正火＋低温回火。其正火组织是一种含有粗大岛状相的粒状贝氏体组织，其岛状相的本质、形态及分布随岛中碳含量、奥氏体化温度和冷却条件的不同而变化。因而试验选择不同的正火温度（870℃、900℃、920℃、970℃、1000℃、1020℃、1100℃）和两种冷却速度（空冷和埋入纤维中冷却）。
光学显微镜观察，经上述工艺处理的样品基本上均为贝氏体铁素体基体上分布着岛状相的粒状贝氏体组织，但经不同热处理规范下岛状相的形态、分布及组织差异较大。经加热至870℃和900℃空冷的岛状相基本上均为残余奥氏体，且900℃样品残余奥氏体数量多，且较为粗大。920℃以上空冷的岛状相为残余奥氏体及大块状M/A相，并随着加热温度的升高M/A相含量增加，但加热温度超过1020℃后M/A相含量又明显开始减少，不同热处理规范下材料的显微组织见图2、图3、图4。由图3可见大块状的M-A相以整个晶粒作为形成单元，这种M-A相的形成与粒状贝氏体的形成有所不同。经显微硬度（HV0.1）测定：图2中的M/A相硬度值为420-572，图2中残余奥氏体硬度值为290－339。
由上述结果表明，M/A相含量峰值出现在加热温度970℃－1000℃之间，与OTM图像分析仪的定量结果完全一致，见表1
由图2、图3、图4还可以看出，残余奥氏体岛的形态随材料加热温度的升高由无规则块状转变为呈方向性排列的条状，当加热温度高于970℃后，残余奥氏体开始呈现方向性排列。残余奥氏体除分布在晶内和铁素体条间外，还分布于晶界，加热温度越高这种理象越明显。
试验结果还表明，发生转变的残余奥氏体量对冷却速度很敏感。图2和图5均为920℃×10分钟奥氏体化，但由于图5的样品采用埋入纤维的慢速冷却，发生转变的残余奥氏体量明显减少，并使残余奥氏体的转变复杂化。如图5所示发生贝氏体类型的转变。
通过透射电子显微镜观察920℃正火样品，发现残余奥氏体的转变产物为位错马氏体(如图6所示)，这说明该钢种残余奥氏体中富碳程度比一般常见的粒状贝氏体钢低。
不同正火温度下，材料的洛氏硬度(HRc)检测结果如图7所示，由图可见材料硬度的峰值出现在
970℃-1000℃。可见奥氏体化温度在一定温度范围内，材料的硬度随M-A含量的增加而提高。因而可以认为M-A相是粒状贝氏体材料的主要强化相。27SiMnMoVB钢粒状贝氏体强化机理与M.E.Bush〔4〕指出的粒贝材料的强化类似铁素体-珠光体型材料，岛状相相当于珠光体群所引起的强化作用相一致，即双相强化机制。
2.2粒状贝氏体的等温形成
粒状贝氏体自L.HABIEKEN发现以来，人们发现不仅在连续冷却的条件下而且在等温条件下也有粒状贝氏体形成〔5〕。为了观察粒状贝氏体的形成过程及转变特点，根据TTT曲线上粒状贝氏体形成的温度范围，选择了540℃和470℃两个等温温度，由φ1.5毫米样品经920℃和1020℃奥氏体化后在上述温度等温不同的时间，随后用冰水冷却。
从1020℃奥氏体化后540℃等温不同时间的样品观察到粒状贝氏体的形成过程，首先在贫碳区形成铁素体条（如图8所示），随着等温时间的延长，条状铁素体向两侧和前沿推移生长，数量不断增加，并呈现块状特征（如图9所示）。等温30分钟奥氏体大部分转变为铁素体，残余奥氏体分布在铁素体条间或包裹在块状铁素体之中（如图10所示），在随后的冰水冷却中转变为马氏体。等温时间延长到3小时50分时，随着铁素体不断析出，残余奥氏体中碳含量不断升高，当含碳量达到足以形成碳化物时，碳化物就从奥氏体中析出，奥氏体也由于碳浓度的升高而提高了稳定性，在随后的冷却过程中一部分奥氏体不发生马氏体转变，最终保留至室温。图11为等温3小时50分后沿晶界析出碳化物的粒状贝氏体组织。
观察920℃奥氏体化、540℃等温的样品，在贫碳区首先形成的铁素体大部分呈块状，少量为条状（图12），随着等温过程时间的延长，铁素体不断形核和长大，当块状铁素体相遇时便形成较大的无规则块状，
部分奥氏体就被包裹在其中，呈不规则的岛状，在随后的冷却中转变为马氏体（图13、14），当等温时间延长到3小时90分时，少量奥氏体中析出碳化物，剩余的奥氏体保留至室温（图15）。
观察在470℃等温的样品，不论奥氏体化温度的高低，材料中均形成明显的类似于上贝氏体的铁素体条（图16），但其边缘不象上贝氏体那样平直，随后铁素体以条状形式生长。长时间等温后，由于铁素体的长大和合并，完全失去原来的条状形态，如图17所示，470℃等温15h后试样的组织形态，成为铁素体基体上分布着岛状残余奥氏体和碳化物（沿晶界析出）的粒状贝氏体组织。
对1020℃奥氏体化后540℃等温10分的试样在透射电子显微镜下观察，可看到少量铁素体内部存在亚结构呈条状形态，并可看到条内具有较高的位错密度（图18）。
上述试验结果表明，试验钢粒状贝氏体的形成方式与奥氏体化温度及等温温度有关。等温温度较高时，奥氏体化温度高，粒状贝氏体主要以共格切变的方式形成，奥氏体化温度低时主要以块状转变方式形成；而当等温温度较低时，粒状贝氏体均以共格切变的方式形成，与奥氏体化的温度无关。
2.3粒状贝氏体回火
回火试验的目的在于了解组织变化对机械性能的影响。对920℃奥氏体化后空冷的样品进行系列回火试验，回火温度的选择自250℃开始，每隔50℃一档，直至650℃。回火时间在500℃以下为2小时；550℃以上为1小时。
（a）残余奥氏体的变化：对系列回火后的试样进行金相观察，发现在250℃回火后部分残余奥氏体确实发生了转变，图19和图20是同一视场回火前、回火后的残余奥氏体变化情况，其转变产物经显微硬度（HV0.1）测定为357-397.
众所周知，奥氏体的稳定性与合金元素的含量有关〔6〕，但含碳量的影响最为明显，碳含量越高奥氏体的稳定性亦越高。许多研究结果〔1、2、〕表明岛状奥氏体中的合金元素含量与铁素体基体内含量基本相似，但奥氏体含碳量要比铁素体基体内含碳量高数倍以上，因此奥氏体的稳定性相当高，一般在400℃以下不发生任何转变。可是试验钢在250℃回火处理，部分奥氏体发生了转变，说明残余奥氏体中的富碳程度较低，因而残余奥氏体含量随回火温度的升高而下降。
（b）光学显微镜观察：在光学显微镜下观察，250℃－350℃回火的样品中较大的块状奥氏体和M-A相周围的奥氏体均发生了贝氏体转变（图21）；400℃回火的样品中，奥氏体开始分解析出碳化物，如图22
所示，颜色较深者为奥氏体分解产物；回火温度在450℃时马氏体出现明显分解（如图23所示），之后随着回火温度的升高，奥氏体量逐渐减少，碳化物逐渐聚集，回火温度至650℃时已可明显观察到碳化物颗粒（如图24所示），形成类似铁素体－珠光体型的组织。
（c）回火对机械性能的影响：系列回火后材料的机械性能的测定结果表明，延伸率和冲击值随回火温度的升高有不同程度的下降及回升（图25）。由图可见，随着回火温度的升高冲击值在350℃以前略有下降，但之后出现明显的下降，这可能与碳化钒的析出有关，牧正志〔7〕指出钒钢中钒碳化物的析出虽能引起二次硬化，但冲击值随钒碳化物析出量的增加而明显下降。回火温度在500℃以后冲击值又略有回升，这可能与碳化物的聚集长大有关；回火温度超过600℃后冲击值明显升高，这与组织发生珠光体类型的转变有关。
3.结论
（1）27SiMnMoVB钢在正火状态下能获得含有大块状M-A相的粒状贝氏体。其残余奥氏体岛的形态及M-A的量可以通过正火温度和冷却速度加以控制。残余奥氏体岛的形态随正火温度的升高由无规则块状趋向条状；M-A的含量随冷却速度的增大而增加，并与正火温度相关；M-A含量的峰值温度范围在970℃-1000℃。
（2）27SiMnMoVB钢粒状贝氏体的强化机理属一般铁素体－珠光体型材料的双相强化机理。其主要的强化相为M-A相，并由于M－A相中形成位错马氏体，故对材料的韧性影响不大。
（3）27SiMnMoVB钢粒状贝氏体的形成特点是块状转变和共格切变两种不同相变机制的综合。并与奥氏体化温度和转变温度的高低有关，等温温度较高时，奥氏体化温度粒状贝氏体主要以共格切变方式形成，反之粒状贝氏体以块状转变为主。而当等温温度低时，与奥氏体化温度无关，粒状贝氏体均以共格切变方式形成。摘要：本文利用金相、透射电子显微镜技术、OTM图像分析等方法，研究了27SiMnMoVB在不同热处理制度下的组织形态、残余奥氏体的含量及其转变产物，并探索了粒状贝氏体的形成机理及强化机理。结果表明粒状贝氏体中的残余奥氏体岛的形态与正火温度有关，随着正火温度的升高岛状相由块状趋向条状。M/A 相含量随冷速增大而增加。
回火试验表明粒状贝氏体中的残余奥氏体在低温回火时已部分转变为贝氏体，400℃回火残余奥氏体分解为铁素体和碳化物，并在贝氏体铁素体基体上析出碳化物，马氏体的分解温度在400℃－500℃范围之间，至650℃回火转变基本结束。在回火过程中试验材料无二次淬火现象，残余奥氏体含量随回火温度升高而下降。
第六章金属材料及热 处理
第六章答案 1．用 45 钢制造机床齿轮，其工艺路线为：锻造—正火—粗加工一调 质一精加工—高频感应加热表面淬火一低温回火—磨加工。说明各热处理 工序的目的及使用状态下的组织。 答：锻造后的 45 钢硬度较高，不利于切削加工，正火后将其硬度控制 在 160-230HBS 范围内，提高切削加工性能。组织状态是索氏体。粗加工后， 调质处理整个提高了 45 钢强度、硬度、塑性和韧性，组织状态是回火索氏 体。高频感应加热表面淬火是要提高 45 钢表面硬度的同时，保持心部良好 的塑性和韧性。低温回火的组织状态是回火马氏体，回火马氏体既保持了 45 钢的高硬度、高强度和良好的耐磨性，又适当提高了韧性。2．常用的合金元素有哪些？其中非碳化物形成元素有一一一：碳化物 形成元素有一一一；扩大 A 区元素有——；缩小 A 区元素在一一。
答：常用的合金元素有：锰、铬、钼、钨、钒、铌、锆、钛、镍、硅、 铝、钴、镍、氮等。其中非碳化物形成元素有：镍、硅、铝、钴等；化物 形成元素有：锰、铬、钼、钨、钒、铌、锆、钛等；扩大 A 区元素有：镍、 锰、碳、氮等；小 A 区元素有：铬、铝、硅、钨等。 3．用 W18Cr4V 钢制作盘形铣刀，试安排其加工工艺路线，说明各热 加工工序的目的，使用状态下的显微组织是什么？为什么淬火温度高达 1280℃？淬火后为什么要经过三次 560℃回火？能否用一次长时间回火代 替？ 答：工艺路线: 锻造十球化退火→切削加工→淬火+多次 560℃回火→喷砂→磨削加工→成品 热处理工艺： 球化退火:高速钢在锻后进行球化退火，以降低硬度，消除锻造应力， 便于切削加工，并为淬火做好组织准备。球化退火后的组织为球状珠光体。
1.回火的定义与目的 回火是将淬火后的金属成材或零件加热到某一温度，保温一定时间后，以一定方式冷却的热处理工艺，回火是淬火后紧接着进行的一种操作，通常也是工件进行热处理的最后一道工序，因而把淬火和回火的联合工艺称为最终热处理。 钢件在淬火状态下有以下三个主要特征。 （1）组织特征 根据钢件尺寸、加热温度、时间、转变特征及利用的冷却方式，钢件淬火后的组织主要由马氏体或马氏体＋残余奧氏体组成，此外，还可能存在一些未溶碳化物。马氏体和残余奥氏体在室温下都处于亚稳定状态，它们都有向铁衆体加渗碳体的稳定状态转化的趋势。 （2）硬度特征 由碳原子引起的点阵畸变通过硬度表示出来，它随过饱和度（即含碳量)的增加而增加。淬火组织硬度、强度高，塑性、韧性低。 （3）应力特征 包括微观应力和宏现应力，前者与碳原子引起的点阵畸变有关，尤其是与髙碳马氏体达到最大值有关，说明淬火时马氏体处于紧张受力状态之中；后者是由于淬火时横截面上形成的温差而产生的，工件表面或心部所处的应力状态是不同的，有拉应力或压应力，在工件内部保持平衡。如不及时消除淬火钢件的内应力，会引起零件的进一步变形乃至开裂。
综上所述，淬火工件虽有髙硬度与髙强度，但跪性大，组织不稳定，且存在较大的淬火内应力，因此必须经过回火处理才能使用。一般来说，回火工艺是钢件淬火后必不可少的后续工艺，它也是热处理过程的最后一道工序，它賦予工件最后所需要的性能。 回火是将淬火钢加热到Ac1以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。它的主要目的为： （1）合理地调整钢的硬度和强度，提高钢的韧性，使工件满足使用要求； （2）稳定组织，使工件在长期使用过程中不发生组织转变，从而稳定工件的形状与尺寸； （3） 降低或消除工件的淬火内应力，以减少工件的变形，并防止开裂。 2.淬火钢回火时的组织转变 淬火钢件回火时，按回火温度的髙低和组织转变的特征，可将钢的回火过程分为以下5个阶段。 （1）马氏体中碳原子的偏聚 马氏体是C在α-Fe中的过饱和间隙固溶体，C原子分布在体心立方的扁八面体间隙之中，造成了很大的弹性畸变，因此升高了马氏体的能量，使之处于不稳定的状态。在100℃以下回火时，C、N等间隙原子只能短距离扩散迁移，在晶体内部重新分布形成偏聚状态，以降低弹性应变能。对于板条马氏体，因有大量位错，C原子便偏聚于位错线附近，所以淬火钢在室温附近放置时，碳原子向位错线附近偏聚。对于片状马氏体，C原子则偏聚在一定晶面上，形成薄片状偏聚区。这些偏聚区的含碳量高于马氏体的平均含碳量，为碳化物的析出创造了条件。
第七章合金钢 碳钢具备很多优点，在机器制造业中获得了广泛应用。但是碳钢淬透性低、回火抗力差、不具备特殊的物理、化学性能，且屈强比低，约为0.6。而合金钢屈强比一般为0.85～0.9。在零件设计时，屈服强度是设计的依据。所以，碳钢的强度潜力不能充分发挥。为了满足使用要求，必须选用合金钢。 1、合金元素对钢中基本相有哪些影响？ 答：⑴与碳亲合力很弱的合金元素，溶入铁素体内形成合金铁素体，对基体起固溶强化作用，与碳不发生化合反应。 ⑵与碳亲合力较强的合金元素，一般能置换Fe3C中的铁原子，形成合金Fe3C。合金Fe3C较Fe3C稳定性略高，硬度较为提高，是低合金钢中存在的主要碳化物。 ⑶与碳亲合力很强的合金元素，且含量大于5％，易形成特殊碳化物。它比合金渗碳体具有更高的熔点、硬度、耐磨性和回火稳定性。 2、普通低合金钢与含碳量相同的碳素钢相比有什么特点？这类钢常用于哪些场合？钢中合金元素主要作用是什么？ 答：普通低合金钢是一种低碳、低合金含量的结构钢，其含碳量＜0.2％，合金元素含量＜3％。与具有相同含碳量的碳素钢相比具有较高的强度，较高的屈服强度，因此，在相同受载条件下，使结构的重量减轻20～30％。具有较低的冷脆转变温度（-30℃）。 普通低合金钢主要用于桥梁、车辆、油罐以及工程构件。因此它的工作环境大多在露天，受气温和大气中腐蚀性气体的影响较大。 钢中合金元素的主要作用：Mn—强化铁素体基体；V、Ti—细化铁素体晶粒，形成碳化物起弥散强化的作用；Cu、P—提高钢对大气的抗蚀能力。 3、普通低合金钢常用于哪些场合？对性能有何要求？如何达到这些性能要求？ 答：普通低合金钢主要用于桥梁、车辆、油罐以及工程构件。 由于它的工作环境大多在露天，受气温和大气中腐蚀性气体的影响较大。因此对它的性能要求如下：良好的综合力学性能，ζs＝350～650 MPa，δ＝16～23％，αk＝60～70 J/cm2；良好的焊接性、冷热加工性；较好的抗蚀性；低的冷脆转化温度，一般为-30℃。 为了达到这些要求，普通低合金钢碳含量低，一般为0.1～0.2％；合金元素含量低，一般＜3％。主加元素Mn用来强化铁素体基体；辅加元素V、Ti用来形成碳化物起弥散强化的作用，同时细化铁素体晶粒；Cu、P用来提高钢对大气的抗蚀能力。 4、合金钢与碳钢相比，为什么它的力学性能好？热处理变形小？为什么合金工具钢的耐磨性、热硬性比碳钢高？ 答：合金钢中的合金元素能溶入铁素体基体起固溶强化作用，只要加入量适当并不降低钢的韧性；除了Co和Al外，其它合金元素均使C曲线右移，使合金钢淬火时临界冷却速度下降，淬透性提高，从而使力学性能在工件整个截面上均匀（特别是ζs和αk）。故合金钢力学性能好。 合金钢淬透性高，临界冷却速度小，故可用较小的冷却速度进行淬火，使热应力大大降低，所以，合金钢的热处理变形小。 合金工具钢中存在合金渗碳体和特殊炭化物，比碳素工具钢中的渗碳体具有更高的硬度和稳定性，弥散度高，故耐磨性高。
第六章钢的热处理 习题参考答案 一、解释下列名词 答： 1、奥氏体：碳在γ-Fe中形成的间隙固溶体。 过冷奥氏体：处于临界点A1以下的不稳定的将要发生分解的奥氏体称为过冷奥氏体。 残余奥氏体：M转变结束后剩余的奥氏体。 2、珠光体：铁素体和渗碳体的机械混合物。 索氏体：在650～600℃温度范围内形成层片较细的珠光体。 屈氏体：在600～550℃温度范围内形成片层极细的珠光体。 贝氏体：过饱和的铁素体和渗碳体组成的混合物。 马氏体：碳在α-Fe中的过饱和固溶体。 3、临界冷却速度V K：淬火时获得全部马氏体组织的最小冷却速度。 4、退火：将工件加热到临界点以上或在临界点以下某一温度保温一定时间后，以十分缓慢的冷却速度（炉冷、坑冷、灰冷）进行冷却的一种操作。 正火：将工件加热到A c3或A ccm以上30～80℃，保温后从炉中取出在空气中冷却。 淬火：将钢件加热到Ac3或Ac1以上30～50℃，保温一定时间，然后快速冷却（一般为油冷或水冷），从而得马氏体的一种操作。 回火：将淬火钢重新加热到A1点以下的某一温度，保温一定时间后，冷却到室温的一种操作。 冷处理：把冷到室温的淬火钢继续放到深冷剂中冷却，以减少残余奥氏体的操作。 时效处理：为使二次淬火层的组织稳定，在110～150℃经过6～36小时的人工时效处理，以使组织稳定。 5、调质处理：淬火后再进行的高温回火或淬火加高温回火 6、淬透性：钢在淬火后获得淬硬层深度大小的能力。 淬硬性：钢在淬火后获得马氏体的最高硬度。 7、回火马氏体：过饱和的α固溶体（铁素体）和与其晶格相联系的ε碳化物组成的混合物。 回火索氏体：在F基体上有粒状均匀分布的渗碳体。 回火屈氏体：F和细小的碳化物所组成的混合物。 8、第一类回火脆性：淬火钢在250℃～400℃间回火时出现的回火脆性。 第二类回火脆性：淬火钢在450℃～650℃间回火时出现的回火脆性。 10、表面淬火：采用快速加热的方法，将工件表层A化后，淬硬到一定深度，而心部仍保持未淬火状态的一种局部淬火法。
9-4 试比较贝氏体转变与珠光体转变和马氏体转变的异同。 答：贝氏体转变：是在珠光体转变温度以下马氏体转变温度以上过冷奥氏体所发生的中温转变。与珠光体转变的异同点：相同点：相变都有碳的扩散现象；相变产物都是铁素体+碳化物的机械混合物不同点：贝氏体相变奥氏体晶格向铁素体晶格改组是通过切变完成的，珠光体相变是通过扩散完成的。与马氏体转变的异同点（可扩展）：相同点：晶格改组都是通过切变完成的；新相和母相之间存在一定的晶体学位相关系。不同点：贝氏体是两相组织，马氏体是单相组织；贝氏体相变有扩散现象，可以发生碳化物沉淀，而马氏体相变无碳的扩散现象。 9-5 简述钢中板条马氏体和片状马氏体的形貌特征和亚结构，并说明它们在性能上的差异。答：板条马氏体的形貌特征：其显微组织是由成群的板条组成。一个奥氏体晶粒可以形成几个位向不同的板条群，板条群由板条束组成，而一个板条束内包含很多近乎平行排列的细长的马氏体板条。每一个板条马氏体为一个单晶体，其立体形态为扁条状。在这些密集的板条之间通常由含碳量较高的残余奥氏体分割开。板条马氏体的亚结构：高密度的位错，这些位错分布不均匀，形成胞状亚结构，称为位错胞。片状马氏体的形貌特征：片状马氏体的空间形态呈凸透镜状，由于试样磨面与其相截，因此在光学显微镜下呈针状或竹叶状，而且马氏体片互相不平行，大小不一，越是后形成的马氏体片尺寸越小。片状马氏体周围通常存在残留奥氏体。片状马氏体的亚结构：主要为孪晶，分布在马氏体片的中部，在马氏体片边缘区的亚结构为高密度的位错。板条马氏体与片状马氏体性能上的差异: 马氏体的强度取决于马氏体板条或马氏体片的尺寸，尺寸越小，强度越高，这是由于相界面阻碍位错运动造成的。马氏体的硬度主要取决于其含碳量。马氏体的塑性和韧性主要取决于马氏体的亚结构。差异性：片状马氏体强度高、塑性韧性差，其性能特点是硬而脆。板条马氏体同时具有较高的强度和良好的塑韧性，并且具有韧脆转变温度低、缺口敏感性和过载敏感性小等优点。 9-6 试述钢中典型的上、下贝氏体的组织形态、立体模型并比较它们的异同。 答：上贝氏体的组织形态、立体模型：在光学显微镜下，上贝氏体的典型特征呈羽毛状。在电子显微镜下，上贝氏体由许多从奥氏体晶界向晶内平行生长的条状铁素体和在相邻铁素体条间存在的断续的、短杆状的渗碳体组成。其立体形态与板条马氏体相似呈扁条状，亚结构主要为位错。下贝氏体的组织形态、立体模型：在光学显微镜下，下贝氏体呈黑色针状。在电子显微镜下，下贝氏体由含碳过饱和的片状铁素体和其内部析出的微细ε-碳化物组成。其立体形态与片状马氏体一样，也是呈双凸透镜状，亚结构为高密度位错。异同点：相同点：都是铁素体和碳化物的机械混合物，组织亚结构都是高密度的位错。不同点：组织形态不同，立体模型不同，铁素体和碳化物的混合方式不同。 9-8 简述碳钢的回火转变和回火组织。 答：碳钢的回火转变过程及回火组织： 1、马氏体中碳原子的偏聚，组织为淬火马氏体+残留奥氏体，与淬火组织相同 2、马氏体分解，组织为回火马氏体+残留奥氏体 3、残留奥氏体转变，组织为回火马氏体 4、碳化物的转变，组织为回火托氏体 5、渗碳体的聚集长大和α 相的回复、再结晶，组织为回火索氏体。 9-9 比较珠光体、索氏体、托氏体和回火珠光体、回火索氏体、回火托氏体的组织和性能。答：组织比较：珠光体：片状铁素体+片状渗碳体，片间距μm，形成温度：A1-650℃。索氏体：片状铁素体+片状渗碳体，片间距，形成温度：650-600℃。托氏体：片状铁素体+片状渗碳体，片间距，形成温度：600℃以下。以上三类珠光体是由过冷奥氏体直接转变而得。回火索氏体：将淬火钢经高温回火后得到的回复或再结晶了的α 相和粗粒状渗碳体的机械混合物称为回火索氏体。回火托氏体：将淬火钢经中温回火后得到的由针状α 相和无共格联系的细粒状渗碳体组成的机械混合物称为回火托氏体。通过以上分析，可以
回火问题基础知识 奥氏体回火处理 奥氏体回火处理是一种较?特殊的热处理方法，主要程序是将钢材淬入温度介於S曲线鼻部与Ar’’（Ms点）温度之间的热浴，直到过冷奥氏体完全变态成变韧体才取出空冷的一种热处理方法，亦称?变韧淬火，它不需要再行回火处理。奥氏回火的最大特色是可得高硬度、高韧性兼具的材质，一般而言，转变温度愈高，强硬度愈低，但可增进低温韧性；转变温度愈接近Ms温度，所得之强度、硬度皆大增，且伸长率及断面收缩率亦大增，颇适合小型工件之大量生?。 马氏体回火处理 马氏体回火处理是将钢材淬入Ms与Mf温度范围之间的热浴，经过长时间持温后，使过冷合金奥氏体体一部分变态成马氏体，一部分变态成下贝氏体。此种热处理后，可不必再行回火处理，且可降低一般淬火回火之急剧程度；其最终组织为回火马氏体及贝氏体之混合，因此拥有高硬度和高韧性的组合。主要的缺点是需要保持?温的时间甚久，在工业应用上较不经济。 回火的种类及应用 根据工件性能要求的不同，按其回火温度的不同，可将回火分为以下几种： （一）低温回火（150－250度） 低温回火所得组织为回火马氏体。其目的是在保持淬火钢的高硬度和高耐磨性的前提下，降低其淬火内应力和脆性，以免使用时崩裂或过早损坏。它主要用于各种高碳的切削刃具，量具，冷冲模具，滚动轴承以及渗碳件等，回火后硬度一般为HRC58－64。 （二）中温回火（350－500度） 中温回火所得组织为回火屈氏体。其目的是获得高的屈服强度，弹性极限和较高的韧性。因此，它主要用于各种弹簧和热作模具的处理，回火后硬度一般为HRC35－50。 （三）高温回火（500－650度） 高温回火所得组织为回火索氏体。习惯上将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理，其目的是获得强度，硬度和塑性，韧性都较好的综合机械性能。因此，广泛用于汽车，拖拉机，机床等的重要结构零件，如连杆，螺栓，齿轮及轴类。回火后硬度一般为HB200－330。 回火脆性处理 回火处理要避开几个会?生回火脆性的温度范围，这些脆化温度范围视钢材种类而有所不同，包括：（1）270℃至350℃脆化（又称低温回火脆性或A脆性），大多数的碳钢及低合金钢，都在此温度范围内发生脆化现象； （2）400℃至550℃脆化，通常构造用合金钢在此温度范围内会?生脆化现象； （3）475℃脆化（特别指Cr含量超过13%的肥粒体系不湫钢）； （4）500℃至570℃脆化，针对工具钢或高速钢在此温度范围加热，会析出分?均匀的碳化物，?生二次硬化效果，但也易导致脆性。 钢回火的目的 淬火钢回火时,随着回火温度的升高,通常其强度,硬度降低，而塑性，韧性提高。但在某些温度范围内回火时，钢的冲击韧性不仅没有提高，反而显著降低，这种脆化现象称为回火脆性。因此，一般不在 250－350度进行回火，这就是因为淬火钢在这个温度范围内回火时要发生回火脆性。这种回火脆性称为低温回火脆性或第一类回火脆性。产生低温回火脆
§6淬火钢在回火时的组织转变 概述： 一、回火定义：经淬火硬化的钢被加热至A1以下的某一温度，保温一段时间，然后以适当 的冷速冷却至室温，这一工艺过程称回火 二、回火的目的 1.消除淬火应力，淬火应力（组织应力、热应力）>ζs变形，>ζb时引起裂纹，残余应 力使钢的脆性上升 2.改善钢的韧性和塑性，使片状M中的Sv↓，使M正方度下降，内应力↓（晶格间）↓ 3.调整钢的力性指标 4.稳定组织，稳定尺寸，使A R→k；A R→M→M回→B下 §6-1碳钢的淬火组织在回火时发生的转变 钢中含碳量不同时，钢在淬火后的组织也不尽相同 当<0.2﹪C,获得板条M+少量A R 0.2-0.5﹪C 大部分为板条，少量为片状 0.6-1.0﹪C 混合M 错误！未找到引用源。0.77﹪C M板+M片+A R错误！未找到引用源。>0.8﹪C 75﹪M片+M板+A R >1.0﹪C 100M片+A R 淬火组织为亚稳定组织，及相对稳定状态 亚稳状态，一个系统内除可以出现一个稳定状态外，其他任何事件还可能发生，这种状态称之为亚稳状态，它是系统本身强制作用形成的，在一定条件下可转变为稳定状态 淬火钢被重新加热（回火）时，随加热温度升高，其比容和体积均发生变化，说明系统有组织转变发生，而且不同温度阶段有不同变化发生，这是钢从亚温状态向稳定状态变化的过程一、碳原子的偏聚 淬火时M的C、N原子被强制溶入α相中，位于体心立方点阵（或体心正方点阵）的扁八面体间隙中心位置，使α点阵畸变，使系统的能量上升，而处于不稳定状态 另一方面淬火M中存在大量的缺陷，也使其处于不稳定状态 在室温附近，Me和Fe原子已经不能扩散，但C、N原子尚可以做短距离扩散，计算表明在0℃时，在一分钟内C、N可以迁移2埃的距离 由于间隙造成的应力场与晶体缺陷造成的应力场相互作用，C、N原子扩散到这些微观晶体缺陷处，可是系统的能量降低——C、N原子发生偏聚 偏聚，M中的C、N原子在一定的温度下向点阵缺陷处聚积的过程，成为C、N原子的偏聚，偏聚过程是一个自发过程，可以表示为C+⊥<=>C⊥它是可逆过程，过程的方向取决于当时的系统能量状态 1.板条M中碳原子的偏聚 错误！未找到引用源。发生温度范围，室温——250℃，约在250℃基本完成，碳原子有相
第六章钢的热处理 一、名词解释 1热处理： 2等温转变: 3连续冷却转变： 4马氏体： 5退火： 6正火： 7淬火： 8回火： 9表面热处理： 10渗碳： 二、填空题 1、整体热处理分为、、、和等。 2、根据加热方法的不同，表面淬火方法主要有表面淬火、 表面淬火、表面淬火、表面淬 火等。 3、化学热处理方法很多，通常以渗入元素命名，如、、、和等。 4、热处理工艺过程由、和三个阶段组成。 5、共析钢在等温转变过程中，其高温转变产物有、和。 6、贝氏体分和两种。 7、淬火方法有、、和 淬火等。 8、常用的退火方法有、和等。 9、常用的冷却介质有、和等。 10、常见的淬火缺陷有与，与，与， 与等。 11、按电流频率的不同，感应加热表面淬火法可分为、 和、三种，而且感应加热电流频率越高，淬硬层越。 12、按回火温度范围可将回火分为、和三种。 13、化学热处理由、和三个基本过程组成。
14、根据渗碳时介质的物理状态不同，渗碳方法可分为渗碳、渗 碳和渗碳三种。 15、过共析钢经奥氏体化后，在650-600℃范围内等温时，其转变产物是， 用符号表示是；在600-550℃范围内等温时，其转变产物是， 用符号表示是。 16、钢件淬火+ 回火的符合热处理工艺称为调质，钢件调质后的组织 是。 17、退火和正火通常称为预备热处理工序，一般安排在之后，之 前。 18、当合金冷却到此线时（727℃）将发生，从奥氏体中同时析出 和的，即。 19、亚共析钢的正常淬火温度范围是。 20、过共析钢的正常淬火温度范围是。 21、钢经__ ___淬火可获得下贝氏体组织，使钢具有良好的__ _性能。 22、淬火钢的回火温度越高，钢的抗拉强度和硬度越。 23、淬火+高温回火称处理。 24、为改善钢的耐磨性能，常采用的热处理方法为：淬火 + 回火。 25、为使钢获得高的硬度，应进行淬火加回火。 26、为使钢获得理想的综合机械性能，应进行淬火+ 回火。 27、为使钢获得理想的弹性，应进行淬火 + 回火。 28、钢的淬硬性随着C%的增加而。 29、弹簧钢淬火后采用中温回火，可以得到回火__ __组织。 30、为了改善碳素工具钢的切削加工性能，通常采用的预备热处理是。 31、T10钢锉刀，通常采用的最终热处理为淬火+ 回火。 三、选择题 1、过冷A是温度下存在，尚未转变的奥氏体。 A、Ms B、Mf C、A 1 2、过共析钢的淬火加热温度应选择在，亚共析钢则应选择在。 A、Ac 1+（30-50）℃ B、Ac cm 以上 C、Ac 3 +（30-50）℃ 3、调质处理就是的热处理。
钢的回火知识 1.回火的定义与目的 钢件在淬火状态下有以下三个主要特征。 （1）组织特征 根据钢件尺寸、加热温度、时间、转变特征及利用的冷却方式，钢件淬火后的组织主要由马氏体或马氏体＋残余奧氏体组成，此外，还可能存在一些未溶碳化物。马氏体和残余奥氏体在室温下都处于亚稳定状态，它们都有向铁衆体加渗碳体的稳定状态转化的趋势。 （2）硬度特征 由碳原子引起的点阵畸变通过硬度表示出来，它随过饱和度（即含碳量)的增加而增加。淬火组织硬度、强度高，塑性、韧性低。 （3）应力特征 包括微观应力和宏现应力，前者与碳原子引起的点阵畸变有关，尤其是与髙碳马氏体达到最大值有关，说明淬火时马氏体处于紧张受力状态之中；后者是由于淬火时横截面上形成的温差而产生的，工件表面或心部所处的应力状态是不同的，有拉应力或压应力，在工件内部保持平衡。如不及时消除淬火钢件的内应力，会引起零件的进一步变形乃至开裂。 综上所述，淬火工件虽有髙硬度与髙强度，但跪性大，组织不稳定，且存在较大的淬火内应力，因此必须经过回火处理才能使用。一般来说，回火工艺是钢件淬火后必不可少的后续工艺，它也是热处理过程的最后一道工序，它賦予工件最后所需要的性能。 回火是将淬火钢加热到Ac1以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。它的主要目的为： ?（1）合理地调整钢的硬度和强度，提高钢的韧性，使工件满足使用要求； ?（2）稳定组织，使工件在长期使用过程中不发生组织转变，从而稳定工件的形状与尺寸； （3） 降低或消除工件的淬火内应力，以减少工件的变形，并防止开裂。 2.淬火钢回火时的组织转变 淬火钢件回火时，按回火温度的髙低和组织转变的特征，可将钢的回火过程分为以下5个阶段。 （1）马氏体中碳原子的偏聚 马氏体是C在α-Fe中的过饱和间隙固溶体，C原子分布在体心立方的扁八面体间隙 之中，造成了很大的弹性畸变，因此升高了马氏体的能量，使之处于不稳定的状态。 在100℃以下回火时，C、N等间隙原子只能短距离扩散迁移，在晶体内部重新分布 形成偏聚状态，以降低弹性应变能。对于板条马氏体，因有大量位错，C原子便偏聚于位错线附近，所以淬火钢在室温附近放置时，碳原子向位错线附近偏聚。对于片状马氏体，C原子则偏聚在一定晶面上，形成薄片状偏聚区。这些偏聚区的含碳量高于马氏体的平均含碳量，为碳化物的析出创造了条件。
回火马氏体 片装马氏体经低温回火（150-250摄氏度）后，得到回火马氏体。他具有针状特征。 低温回火(150-250℃) 所得到的组织是回火马氏体,其性能是:具有高的硬度(HRC58-64)和高的耐磨性,因内应力有所降低,故韧性有所提高.这种回火方法主要用于刃具,量具,拉丝模以及其它要求硬而耐磨的零件. 钢淬火后的组织是马氏体及少量残余奥氏体,它们都是不稳定的组织,都有向稳定的组织(铁素体和渗碳体两相混合物)转变的倾向.但在室温下,原子活动能力很差,这种转变速度极慢.随着回火温度的升高,原子活动能力加强,组织转变便以较快的速度进行.由于组织的变化,钢的性能也发生相应的变化. 按回火温度的不同,回火时淬火钢的组织转变可分为四个阶段. 1. 80-200℃马氏体分解,当钢加热到约80℃时,其内部原子活动能力有所增加,马氏体中的过饱和碳开始逐步以碳化物的形式析出,马氏体中碳的过饱和程度不断降低,同时,晶格畸变程度也减弱,内应力有所降低. 这种出过饱和程度较低的马氏体和极细的碳化物所组成的组织,称为回火马氏体. 2. 200-300℃残余奥氏体分解,当钢加热温度超过200℃时,马氏体继续分解,同时,残余奥氏体也开始分解,转变为下贝氏体或回火马氏体,到300℃时,残余奥氏体的分解基本结束. 3. 300-400℃渗碳体的形成,钢在回火的这一阶段,从过饱和固溶体中析出的碳化物转变为颗粒状的渗碳体(Fe3C).当温度达到400℃时,α固溶体中过饱和的碳已基本完全析出,α-Fe晶格恢复正常,由过饱和固溶体转变为铁素体.钢的内应力基本清除. 4. 400℃以上渗碳体的聚集长大,在第三阶段结束时,钢内形成了细粒状渗碳体均匀分布在铁素体基体上的两相混合物,随着回火温度的升高,渗碳体颗粒不断聚集而长大.根据混合物中渗碳体颗粒大小,可将回火组织分为二种:400-500℃内形成的组织, 渗碳体颗粒很细小,称为回火屈氏体.温度升高到500-600℃时,得到细小的粒状渗碳体和铁素体的机械混合物,称为回火索氏体. 回火索氏体 回火索氏体的定义及组织特征。回火索氏体(tempered martensite)是马氏体于回火时形成的，在在光学金相显微镜下放大500~600倍以上才能分辨出来，其为铁素体基体内分布着碳化物（包括渗碳体）球粒的复合组织。它也是马氏体的一种回火组
常规马氏体淬回火工艺 常规高碳铬轴承钢马氏体淬回火为：把轴承零件加热到830~860℃保温后，在油中进行淬火，之后进行低温回火。淬回火后的力学性能除淬前的原始组织、淬火工艺有关外，还很大程度上取决于回火温度及时间。随回火温度升高和保温时间的延长，硬度下降，强度和韧性提高。可根据零件的工作要求选择合适的回火工艺：GCr15钢制轴承零件：150~180℃；GCr15SiMn钢制轴承零件：170~190℃。对有特殊要求的零件或采用较高温度回火以提高轴承的使用温度，或在淬火与回火之间进行-50~-78℃的冷处理以提高轴承的尺寸稳定性，或进行马氏体分级淬火以稳定残余奥氏体获得高的尺寸稳定性和较高的韧性。 不少学者对加热过程中的转变进行了研究，如奥氏体的形成、奥氏体的再结晶、残留碳化物的分布及使用非球化组织作为原始组织等。 G. Lowisch等两次奥氏体化后淬火的轴承钢100Cr6的机械性能进行了研究：首先，进行1050℃奥氏体化并快冷至550℃保温后空冷，得到均匀的细片状珠光体，随后进行850℃二次奥氏体化、淬油，其淬后组织中马氏体及碳化物的尺寸细小、马氏体基体的碳含量及残余奥氏体含量较高，通过较高温度的回火使奥氏体分解，马氏体中析出大量的微细碳化物，降低淬火应力，提高硬度、强韧性和轴承的承载能力。在接触应力的作用下，其性能如何，需进行进一步的研究，但可推测：其接触疲劳性能应优于常规淬火。 酒井久裕等对循环热处理后的SUJ2轴承钢的显微组织及机械性能进行了研究：先加热到1000℃保温0.5h使球状碳化物固溶，然后，预冷至850℃淬油。接着重复1~10次由快速加热到750℃、保温1min后油冷至室温的热循环，最后快速加热到680℃保温5min油冷。此时组织为超细铁素体加细密的碳化物（铁素体晶粒度小于2μm、碳化物小于0.2μm），在710℃下出现超塑性（断裂延伸率可到500%），可利用材料的这一特性进行轴承零件的温加工成型。最后，加热到800℃保温淬油并进行160℃回火。经这种处理后，接触疲劳寿命L10比常规处理大幅度提高，其失效形式由常规处理的早期失效型变为磨损失效型。
马氏体（用M表示） 马氏体 1、马氏体通常是指碳在a-Fe中的过饱和固溶体。 2、钢中马氏体的硬度随碳含量的增加而提高。高碳马氏体硬度高而脆，低碳马氏体则有较高的韧性。马氏体在奥氏体转变产物中硬度最高。理论上来说，马氏体是通过钢进行淬火而直接形成的，含碳量越低，所需的过冷度就越大。所以当含碳量低到一定程度后，就不能够形成马氏体了。马氏体的正常显微状态是呈针状的。马氏体的特点是硬度高，韧性差。它也是钢材淬火后的基本组织，通过对马氏体进行回火，可得到其他不同的金相组织。所以马氏体在热处理中是极为重要的一章。 高碳马氏体硬而脆，韧性很低。硬度HB600-700。组织很不稳定，硬度很高，脆性很大，延伸率和断面收缩率几乎为零。板条马氏体（低碳马氏体）有较高的强度和良好的塑性、韧性，抗拉强度1200-1600MPa，延伸率10%，断面收缩率40%，冲击功为600KPa?m（可能为60J，需进一步验证） 钢中马氏体的形态很多，淬火钢中形成的马氏体形态主要与钢的含碳量有关.，但就其单元的形态特征和亚结构的特点来看有五种，即：板条马氏体、片状马氏体、蝶状马氏体、薄片状马氏体、薄板状马氏体。其中主要有两种类型,即板条状马氏体和片状马氏体最为常见。 4、钢的马氏体转变 当奥氏体的冷却速度大于VK,并过冷到MS以下时,就开始发生马氏体转变.。由于马氏体转变温度极低,过冷度很大,而且形成的速度很快,使奥氏体向马氏体的转变只发生r-Fe向 a-Fe的晶格改组,而没有铁,碳原子的扩散.所以马氏体的含碳量就是转变前奥氏体的含碳量,由于a-Fe中最大溶碳量为0.0218%,所以马氏体是碳在a-Fe中的过饱和间隙固溶体.。 ： 马氏体转变温度： 马氏体转变温度 以下不在转变。。 内完成转变。。在低于Mz以下不在转变Ms-Mz（Ms=230°C，Mz=-50°C）内完成转变 板条马氏体：低碳钢中的马氏体组织是由许多成群的、相互平行排列的板条所组成，故5、板条马氏体 称为板条马氏体。板条状马氏体是低碳钢,马氏体时效钢,不锈钢等铁系合金形成的一种典型的马氏体组织,因其单元立体形状为板条状,故称板条状马氏体.。 板条马氏体的亚结构主要为高密度的位错，故又称为位错马氏体和低碳马氏体 板条马氏体（位错马氏体、低碳马氏体）： 1）形成板条马氏体的钢和合金：出现于低、中碳钢中，WC<0.3%；
马氏体与贝氏体的判别 1 马氏体组织形态 是一种非扩散型相变，是提高钢的硬度、强度的主要途径。 1.1 板条状马氏体（低碳马氏体）： 是低、中碳钢，马氏体时效钢，不锈钢等铁系合金中形成的一种典型组织。亚结构是位错（又称位错马氏体），其形态特征见表1。
1.2 片状马氏体（针状马氏体或高碳马氏体）： 常见淬火高、中碳钢，高镍的Fe-Ni 合金中。亚结构是孪晶，其形态特征见表1。 表 1 铁碳合金马氏体类型及其特征 1.3 其它马氏体形态： 1.3.1 蝶状马氏体：在Fe-Ni 合金中当马氏体在某一温度范围内形成时会出现，形状为细长杆状，断面呈蝴蝶形，亚结构为高密度位错，看不到孪晶。
1.3.2 薄片状马氏体：是在Ms 点极低的Fe-Ni-C 合金中发现的。呈非常细的带状，带互相交叉、呈现曲折、分叉等特异形态，由孪晶组成的孪晶型马氏体。 1.3.3 ε 马氏体：在Fe-Mn 合金中，当Mn 超过15%时，淬火后形成ε 马氏体，它是密排六方结构。金相形态呈极薄的片状。
2 贝氏体组织形态 贝氏体是过饱和铁素体和渗碳体组成的两相混合物。 2.1 上贝氏体（B 上）：是成束的大致平行的条状铁素体和间夹有相平行的渗碳体所组成的非层状组织。亚结构是位错。形成温度在贝氏体转变区的上部。
中、高碳钢350~550℃，低碳钢温度要高些。 光学显微镜下：看到成束的自晶界向晶内生长的铁素体条，整体看呈羽毛状，分辨不清条间的渗碳体粒子。低碳钢（0.1%C）：铁素体条略宽，渗碳体呈细条状。中、高碳钢：形态由粒状、链珠状而出现长杆状。高碳钢（1.0%C 以上）：组织似雪花状，基体上由短条铁素体和短杆渗碳体所组成。随含碳量增加，渗碳体可分布于铁素体之间，也可分布于各个铁素体板条内部。 电镜下观察：看到铁素体和渗碳体两个相。铁素体之间成小角度晶界（6°~18°），渗碳体沿条的长轴方向排列成行。大片铁素体板条群之间成大角度晶界。 2.2 下贝氏体（B 下）：是片状铁素体与内部沉淀的碳化物的两相组织。亚结构为位错。 中、高碳钢形成温度与约350℃~Ms 点之间。
组成铁碳合金的铁具有两种晶格结构：910℃以下为具有体心立方晶格结构的α——铁，910℃以上为具有面心立方晶格结构的Υ——铁。如果碳原子挤到铁的晶格中去，而又不破坏铁所具有的晶格结构，这样的物质称为固溶体。碳溶解到α——铁中形成的固溶体称铁素体。而碳溶解到Υ——铁中形成的固溶体则称奥氏体。奥氏体是铁碳合金的高温相。 钢在高温时所形成的奥氏体，过冷到727℃以下时变成不稳定的过冷奥氏体。如以极大的冷却速度过冷到230℃以下，这时奥氏体中的碳原子已无扩散的可能，奥氏体将直接转变成一种含碳过饱和的α固溶体，称为马氏体。由于含碳量过饱和，引起马氏体强度和硬度提高、塑性降低，脆性增大。 马氏体(martensite)是黑色金属材料的一种组织名称。马氏体最初是在钢（中、高碳钢）中发现的：将钢加热到一定温度（形成奥氏体）后经迅速冷却（淬火），得到的能使钢变硬、增强的一种淬火组织。马氏体的三维组织形态通常有片状(plate)或者板条状(lath)。 马氏体经低温回火（150-250摄氏度）后，得到回火马氏体，具有针状特征。 低温回火(150-250℃) 所得到的组织是回火马氏体，其性能是:具有高的硬度(HRC58-64)和高的耐磨性，因内应力有所降低，故韧性有所提高。这种回火方法主要用于刃具，量具，拉丝模以及其它要求硬而耐磨的零件。 钢淬火后的组织是马氏体及少量残余奥氏体，它们都是不稳定的组织，都有向稳定的组织(铁素体和渗碳体两相混合物)转变的倾向。但在室温下，原子活动能力很差，这种转变速度极慢。随着回火温度的升高，原子活动能力加强，组织转变便以较快的速度进行。由于组织的变化，钢的性能也发生相应的变化。 按回火温度的不同，回火时淬火钢的组织转变可分为四个阶段。 1。80-200℃马氏体分解，当钢加热到约80℃时，其内部原子活动能力有所增加，马氏体中的过饱和碳开始逐步以碳化物的形式析出，马氏体中碳的过饱和程度不断降低，同时，晶格畸变程度也减弱，内应力有所降低。 这种出过饱和程度较低的马氏体和极细的碳化物所组成的组织，称为回火马氏体。 2。200-300℃残余奥氏体分解，当钢加热温度超过200℃时，马氏体继续分解，同时，残余奥氏体也开始分解，转变为下贝氏体或回火马氏体，到300℃时，残余奥氏体的分解基本结束。 3。300-400℃渗碳体的形成，钢在回火的这一阶段，从过饱和固溶体中析出的碳化物转变为颗粒状的渗碳体(Fe3C)。当温度达到400℃时，α固溶体中过饱和的碳已基本完全析出，α-Fe晶格恢复正常，由过饱和固溶体转变为铁素体。钢的内应力基本清除。 4。400℃以上渗碳体的聚集长大，在第三阶段结束时，钢内形成了细粒状渗碳体均匀分布在铁素体基体上的两相混合物，随着回火温度的升高，渗碳体颗粒不断聚集而长大。根据混合物中渗碳体颗粒大小，可将回火组织分为二种:400-500℃内形成