钢的回火转变
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钢在回火时的转变与回火
M具有很高的 应变能和界面能
残A具有 一定数量
淬火组织是高度不稳定的
一旦动力学条件具备，M转变就会自发进行
就是使原子具有足够的活动能力
回火处理就是通过提高原子的活动能力、使转变能
以适当的速度进行，或在适当时间内使转变达到所
需要的程度。
编辑ppt
4
根据在不同温度范围内发生的组织转变，碳钢的整 个回火过程可分为5个有区别而又相互重叠的阶段。
间隙位置的弹性变形 减小
使M的内能降低
导致M弹性畸变能下降
M中C原子分布在正常间隙位置时比偏聚在位错线
附近时的电阻要高，因此可通过测定淬火钢的电阻
率变化来间接推测C原子的编辑偏ppt 聚行为。
7
偏聚区形成的条件
M中不具备形成碳化物 的条件，或形成的碳化 物稳定性小于偏聚区
碳原子扩散能力不能 过大，否则偏聚区将 因原子扩散而消失
在80～100℃以下回火时，虽然从组织和硬度方面
观察不到明显变化，但此时M中却发体中碳的偏聚
在20～100℃的范围内
C原子可通过扩散从 八面体间隙位置迁出
迁入微观缺陷比较集 中的地方而发生偏聚
板条M晶内存在 大量的位错
C倾向于在位错线附 近偏聚形成C偏聚区
1.013
0.29
150℃
1h
2.852 2.886
1.012
0.27
175℃
1h
2.857 2.884
1.009
0.21
200℃
1h
2.859 2.878
1.006
0.14
225℃
1h
2.861 2.872
1.004
0.08
250℃
第8章 钢的回火转变及回火
二、过渡碳化物析出（M分解）
低温回火加热→M中析出规则分布的ε、 η亚稳定碳化物（弥散） ε、η与基体M共格、有位向关系 ε、η结构相似，形态棒、片或针状 ε、η在富碳区形成，但 成分不同。 低碳钢直接从富碳区析出稳定碳化物 此时M中C%↓，但仍过饱和，c/a >1
三、残余A分解
第八章 钢的回火转变及回火
回火：将淬火钢加热到A1以下某一温度，经过保温， 然后以一定的冷却方法冷至室温的工艺过程。 目的：去除残余应力；调整性能；稳定尺寸 组织转变
回火前的原始组织？ 转变过程：温度↑ →C偏聚→M分解→过渡碳化物析出；AR 分解→碳化物类型转变→碳化物聚集、基体再结晶
三、韧性
除回火脆性外，温度升高→韧性升高 高碳钢回火韧性提高显著 亚稳定碳化物析出 → 内应力降低 →M收缩 → 显微裂纹减少 碳化物 聚集→焊合显微裂纹
小结
•硬 度 ：
200℃以下，HRC不变。
>300℃，HRC降低。
• 弹性极限： 在300-400 ℃最高。
•塑
性： 在600-650 ℃最高。
§2 回火后的性能变化
一、硬度 在100℃时略高（亚稳定碳化物共格作用 >M中析出C的弱化作用） 温度 > 100℃后→硬度↓，因为：
M中C析出→固溶强化效果↓ 残余A分解 碳化物析出→基体C平衡 碳化物粗化 F等轴化（再结晶）
二、强度、塑性
随温度升高→强度降低、塑性升高 碳钢均在300~400℃时弹性最好
成分（碳含量、合金含量） 淬火后的硬度 技术要求 经验公式（Wc%=0.35~0.65%）
淬火钢回火时组织转变介绍
淬火钢回火时组织转变介绍淬火钢回火是一种常见的热处理工艺，通过控制加热和冷却过程中的温度和时间，可以改善淬火后的钢材组织和性能。
淬火后的钢材通常具有硬度高、脆性大等特点，回火处理可以使其获得一定的韧性和塑性，提高其综合性能。
淬火钢回火的基本原理是通过加热淬火后的钢材到一定温度，然后进行恒温保温一段时间，最后再进行冷却。
在这个过程中，钢材的组织会发生转变，主要表现为马氏体分解、析出出现和晶粒长大。
以下将详细介绍这些组织转变的过程。
淬火后的钢材主要为马氏体，而马氏体是一种脆性组织，回火时需要改变其组织形态。
在回火过程中，钢材受热到一定温度，马氏体开始分解成为一种较为稳定的组织形态，称为回火组织。
回火组织主要由贝氏体、残余奥氏体和回火渗碳体组成。
其中，贝氏体是一种具有韧性和塑性的组织，可以提高钢材的韧性。
残余奥氏体主要是未完全转变的马氏体，其含有适量的碳和合金元素，也具有一定的韧性和塑性。
回火渗碳体是在回火温度下，一部分由马氏体转变而来，富含碳元素，具有一定的韧性。
在回火过程中，马氏体析出出现也是重要的组织转变现象。
大部分马氏体靠较高的回火温度和长时间的回火使其尽量析出出现，以增加钢材的韧性。
马氏体析出的主要方式有两种：一种是基于长时间回火，由于较高温度使马氏体逐渐转变为贝氏体和残余奥氏体，从而使马氏体开始析出出现；另一种是基于高回火温度和短时间回火，使马氏体内部的残余奥氏体转变为贝氏体，从而使马氏体开始析出出现。
无论是哪种方式，都可以通过在适当的时间和温度下进行回火处理来增加马氏体的析出出现，提高钢材的韧性。
晶粒长大是淬火钢回火过程中的另一种组织转变。
在淬火过程中，钢材的晶粒会因快速冷却而变小，而小晶粒往往与碳化物结合更紧密，导致材料更加脆性。
回火时，由于较高的温度和较长的时间，晶粒开始重新长大，形成较大的晶粒。
较大的晶粒可以形成多个晶界，使得材料更加具有韧性。
总结起来，淬火钢回火时组织转变主要包括马氏体分解、马氏体析出出现和晶粒长大。
钢的热处理——钢的回火转变
四 碳化物转变(250~400℃) ——转变第三阶段
（一）高碳马氏体
碳钢中马氏体过饱和的C几乎全部脱溶，但仍 具有一定的正方度。形成两种比ε-FexC更加稳定 的碳化物： 一种是c-Fe5C2——单斜晶系
一种是θ-Fe3C——正交晶系
(1)碳化物转变取决于回火温度，也和时间有关， 随着回火时间的延长，转变温度可以降低。 (2)是否出现χ-Fe5C2与钢的C%有关，C%增加有利 于χ-Fe5C2产生(板条马氏体不易产生χ-Fe5C2)。
c
c/a
3.02 3.02 2.886 2.886 2.884 2.878 2.874
1.062 1.062 1.013 1.012 1.009 1.006 1.004
碳含量 (%) 1.4
1.2 0.29 0.27 0.21 0.14 0.08
250
1h
2.863
2.872
1.003
0.06
2. 马氏体单相分解 当温度高于150℃时，碳原子扩散能力 加大，a-Fe中不同浓度可通过长程扩散消 除，析出的碳化物粒子可从较远处得到碳 原子而长大。故在分解过程中，不再存在 两种不同碳含量的a相，碳含量和正方度不 断下降，当温度达300℃时，正方度c/a接 近 1。
淬火碳钢在不同温度回火，可得到不同的 组织： 250℃以下回火，得到α+碳化物(ε,η)， 即回火马氏体 (碳化物存在于板条或片内)， 记作M‘ ----低温回火 350~500℃回火，得到α （0.25%C）+θ 碳 化物，即回火屈氏体(细小碳化物及针状 α )， 记作T‘。----中温回火 500~650℃回火，得到平衡态等轴α+θ碳 化物，即回火索氏体(细粒碳化物及等轴 α)，记作S‘。-----高温回火
钢中的回火转变之马氏体的分解课件
马氏体是钢在冷却过程中，当温度低 于某一特定点时，奥氏体转变成的一 种晶体结构，其晶体结构与奥氏体不 同，呈现出特定的晶体学特征。
马氏体的结构特点
总结词
马氏体的结构特点是具有高密度位错和孪晶，这些结构特征使得马氏体具有较 高的硬度和强度。
详细描述
马氏体的晶体结构中，存在大量的位错和孪晶，这些结构缺陷使得马氏体具有 较高的硬度和强度。同时，马氏体的碳原子在晶体结构中以一种特殊的方式排 列，使得马氏体具有较好的耐磨性和耐腐蚀性。
研究背景和意义
随着工业技术的发展，对钢的性能要 求越来越高，马氏体分解的研究对于 提高钢的性能具有重要意义。
目前，关于马氏体分解的研究尚不够 深入，因此开展相关研究具有重要的 理论和实践意义。
02
马氏体的基本特性
马氏体的定义
总结词
马氏体是钢在冷却过程中形成的具有 特定晶体结构的相变产物。
详细描述
合金元素
合金元素对回火转变的影响也很大。 一些合金元素可以改变原子扩散速 度和马氏体的稳定性，从而影响回 火转变的过程和结果。
04
马氏体的分解过程
马氏体分解的定义
马氏体分解是指钢在回火过程中，马氏体结构发生改变的 现象。
马氏体分解是钢回火过程中的一个重要阶段，它决定了钢 的力学性能和显微组织。
马氏体分解的原理
马氏体分解过程中伴随着晶体 结构和化学成分的变化，这些
变化会影响钢的性能。
通过控制回火工艺，可以实现 对钢的性能的精细调控，以满
足不同应用场景的需求。
研究展望
01
深入探究马氏体分解的 微观机制和晶体学原理， 为钢的性能优化提供理 论支持。
02
开展新型钢种的开发和 研究，拓展其在航空航 天、汽车、能源等领域 的应用。
马氏体的结构特点
总结词
马氏体的结构特点是具有高密度位错和孪晶，这些结构特征使得马氏体具有较 高的硬度和强度。
详细描述
马氏体的晶体结构中，存在大量的位错和孪晶，这些结构缺陷使得马氏体具有 较高的硬度和强度。同时，马氏体的碳原子在晶体结构中以一种特殊的方式排 列，使得马氏体具有较好的耐磨性和耐腐蚀性。
研究背景和意义
随着工业技术的发展，对钢的性能要 求越来越高，马氏体分解的研究对于 提高钢的性能具有重要意义。
目前，关于马氏体分解的研究尚不够 深入，因此开展相关研究具有重要的 理论和实践意义。
02
马氏体的基本特性
马氏体的定义
总结词
马氏体是钢在冷却过程中形成的具有 特定晶体结构的相变产物。
详细描述
合金元素
合金元素对回火转变的影响也很大。 一些合金元素可以改变原子扩散速 度和马氏体的稳定性，从而影响回 火转变的过程和结果。
04
马氏体的分解过程
马氏体分解的定义
马氏体分解是指钢在回火过程中，马氏体结构发生改变的 现象。
马氏体分解是钢回火过程中的一个重要阶段，它决定了钢 的力学性能和显微组织。
马氏体分解的原理
马氏体分解过程中伴随着晶体 结构和化学成分的变化，这些
变化会影响钢的性能。
通过控制回火工艺，可以实现 对钢的性能的精细调控，以满
足不同应用场景的需求。
研究展望
01
深入探究马氏体分解的 微观机制和晶体学原理， 为钢的性能优化提供理 论支持。
02
开展新型钢种的开发和 研究，拓展其在航空航 天、汽车、能源等领域 的应用。
钢的回火转变知识点总结
抑制回火脆性。
8.哪些机械性能产生变化？
（1）硬度。 （2）强度和韧性。
9.回火脆性
[例题]将共析钢加热至 780℃，经保温后，请回答：
第2页共3页
（1）若以图示的 V1、V2、V3、V4、V5 和 V6 的速度进行冷却，各得到什么组织？ （2）如将 V1 冷却后的钢重新加热至 530℃，经保温后冷却又将得到什么组织？力学性 能有何变化？
①离位析出；原位析出。（本质：扩散）
回火第三阶段 （250-400℃）
碳化物的转变
②一般规律：随温度升高，碳化物由亚稳态向稳态 转变。
③随时间的延长，碳化物转变温度逐渐降低。
回火第四阶段 渗碳体的聚集长大 亚结构全部消失。
（400℃以上） 和α相回复、再结晶
第1页共3页
4.回火的目的
稳定组织，减小或消除淬火应力，提高钢的塑韧性，获得强度、硬度和塑性、韧性的适
具有强度、塑性和 韧性都较好的综 合机械性能。
中碳结构钢和低合金结 构钢（发动机曲轴、连杆、 连杆螺栓、汽车半轴、机 床主轴、齿轮）
6.回火时间
一般不超过 2h。
7.回火后的冷却 （1）一般采用空冷，防止重新产生内应力和变形、开裂。
（2）对于具有第二类回火脆性的某些合金钢工件，高温回火后应进行油冷或水冷，以
马氏体的分解
钢降低较缓。 ③回火时间对马氏体中含碳量影响较小，初期下降
很快，随后趋于平缓。
④较低温时，二相式分解（两种正方度的马氏体）；
较高温时，连续式分解（一种正方度的马氏体）。
回火第二阶段 （200-300℃）
残余奥氏体的转变
①随回火温度的升高，残余奥氏体的数量逐渐减少。 ②残余奥氏体和过冷奥氏体无本质区别，只是两者 所处的物理状态不同，使转变速度有所差异。
第六章钢的回火转变
一、合金元素对马氏体分解的影响
• 在马氏体分解阶段要发生马氏体中过饱和 碳的脱溶和碳化物粒子的析出与聚集长大， 同时基体α相中的碳含量下降。
• 合金元素的作用主要在于通过影响碳的扩 散而影响马氏体的分解过程以及碳化物粒 子的聚集长大速度，从而影响α相中碳浓度 的下降速度。这种作用的大小因合金元素 与碳的结合力的大小不同而异。
一、马氏体中C 原子偏聚(＜100℃)
• 当碳含量超过0.2%时，偏聚于位错等晶体缺陷处 的碳原子已经达到饱和状态，多余的碳原子只能 处于无缺陷晶格的扁八面体间隙位置，即处于非 偏聚状态，从而导致对电阻率有较大贡献。
• 用碳原子在晶体缺陷处偏聚的观点能够较圆满地 解释碳含量小于0.2%时，马氏体不呈现正方度， 为立方点阵结构，而当碳含量高于0.2%时，才可 能测出正方度的现象。
• （1）马氏体的双相分解
125-150℃以下，随碳化物的析出，出现两 种正方度不同的α相，即具有高正方度的保持原 始碳含量的未分解的马氏体以及具有低正方度的 碳已部分析出的α相。
随着回火时间的延长，即随着碳化物析出， 两种α相的碳含量均不发生改变，只是高碳区愈 来愈少，低碳区愈来愈多。
（1）马氏体的单相分解
(2)再结晶： 回火温度高于600℃发生再结晶，板条马氏体形成
位错密度很低的等轴α相取代板条α晶粒——再结晶；
片状马氏体回火温度高于400℃孪晶全部消失，出 现胞块组织，温度高于600℃发生再结晶。这一过程也 是形核(亚晶界为核心)、长大过程。
(3)碳化物长大： 温度高于400℃，碳化物已与α相脱离共格关系而
• 板条状马氏体
• 低碳(＜0.2%C)板条马氏体在100-200℃回 火，C原子仍偏聚在位错线附近处于稳定状 态，不析出ε-FexC。
钢材回火的金相转变
(2)中温回火 (2)中温回火
• 工件在250-500℃之间进行的回火 • 目的：得到较高弹性和屈服点，适当韧性 • 回火后得到回火托氏体 回火托氏体，即：马氏体回火时形成 回火托氏体 的铁素体基体内分布着极其细小球状碳化物（或 渗碳体）的复相组织 • 力学性能：35-50HRC，较高弹性极限、屈服点和 一定的韧性 • 应用范围：弹簧、锻模、冲击工具等
(3) 高温回火
• 韧性都较好的综合力学 性能 • 回火后得到回火索氏体 回火索氏体，即：马氏体回火时形成 回火索氏体 的铁素体基体内分布着细小球状碳化物（包括渗 碳体）的复相组织 • 力学性能:高硬度(200-350HBS)、较好的综合力学 性能 • 应用范围：广泛用于各种较重要的受力结构件， 如连杆、螺栓、齿轮及轴类零件等。。
(1)低温回火 (1)低温回火
• 工件在250℃以下进行的回火。 • 目的：保持淬火工件的高硬度和耐磨性，降低淬 火残留应力和脆性 • 回火后得到回火马氏体 回火马氏体，即：淬火马氏体低温回 回火马氏体 火时得到的组织 • 力学性能:高硬度(58-64HRC)和耐磨性 • 应用范围：刃具、量具、模具、滚动轴承、渗碳 及表面淬火的零件等。
简述碳钢的回火转变和回火组织
简述碳钢的回火转变和回火组织碳钢是一种由碳和铁组成的合金，其具有良好的可塑性、可焊性和机械性能。
然而，在加工过程中，碳钢可能会因为高温处理或冷加工而产生过硬化现象，导致其力学性能下降。
为了恢复碳钢的力学性能，回火是一种常用的热处理方法。
碳钢的回火转变是指经过淬火后的碳钢在加热过程中发生的物理和化学变化。
回火过程中，碳钢的组织发生改变，硬度降低，同时提高了韧性和塑性。
回火的温度和时间是影响回火组织和性能的重要因素。
回火温度通常选择在450℃至750℃之间，具体的温度取决于碳钢的成分和用途。
回火温度过低会导致回火组织不完全，硬度仍然较高，而回火温度过高会导致碳钢的强度降低。
因此，选择合适的回火温度对于保证碳钢的力学性能至关重要。
回火时间也是影响回火组织和性能的关键因素。
回火时间越长，碳钢的硬度越低，但韧性和塑性越高。
然而，回火时间过长也会导致碳钢的强度降低。
因此，需要根据具体情况选择合适的回火时间。
回火组织是指经过回火处理后的碳钢的显微组织结构。
回火组织的形成与回火温度和时间密切相关。
在低温回火条件下，碳钢的回火组织主要由球状铁素体和少量的碳化物组成。
随着回火温度的升高，球状铁素体逐渐转变为板状铁素体，碳化物的数量也逐渐减少。
在高温回火条件下，碳钢的回火组织主要由板状铁素体和少量的残余奥氏体组成。
回火后的碳钢具有较高的韧性和塑性，适用于制造需要抗冲击和承载力的零件和构件。
此外，回火还可以消除碳钢中的残余应力，提高其抗蠕变和抗疲劳性能。
碳钢的回火转变是一种通过加热处理来改变碳钢的组织和性能的方法。
回火温度和时间是影响回火组织和性能的关键因素。
回火后的碳钢具有较高的韧性和塑性，适用于制造需要抗冲击和承载力的零件和构件。
回火处理不仅可以恢复碳钢的力学性能，还可以消除残余应力，提高抗蠕变和抗疲劳性能。
因此，回火是一种重要的热处理方法，在碳钢的加工和制造过程中具有广泛的应用前景。
第七章 钢的回火转变
等轴F的形成
①再结晶；②晶粒长大的结果
淬火内应力的消除—第一、第二、第三类内应力
高碳钢中回火马氏体与下贝氏体的区别
从显微组织的形态和分布来看，下贝氏体与高碳钢回火马氏体很相似， 都是暗黑色针状，各个针状物之间都有一定的交角，而它们的区别是 ：
1）高碳钢的回火马氏体表面浮凸呈N字形，下贝氏体的表面浮凸是不平行 的，相交成“v”形或“Λ”形； 2）高碳钢回火马氏体中存在位错与孪晶，下贝氏体中铁素体也有位错缠结 存在，但没有孪晶结构存在； 3）下贝氏体中碳化物的分布与高碳钢回火马氏体中碳化物的分布明显不 同，前者沿着与贝氏体长轴呈50~60倾斜的直线规律排列，与相间析出相 似，而后者在相中均匀分布； 4）在高碳钢中回火马氏体的韧性低于同强度下贝氏体的韧性。
2.合金元素对AR转变的影响 1）ARB、 ARP 、AR M 二次淬火—当AR在B和P之间的A稳定区域保持，AR不发生分解，在随后冷 却转变为M。 2）回火时的二次淬火和稳定化、催化现象 催化—回火时二次淬火的Ms’Ms产生的二次M的量较多 稳定化—回火时二次淬火的Ms’Ms 产生的二次M的量较少 二次淬火M 脆性--必须再进行回火 3.合金元素对碳化物聚集长大的影响 合金碳化物的聚集长大：小颗粒碳化物的溶解，碳和合金元素扩散到大颗粒
Fe5C2 单斜晶系 /-碳化物与-碳化物的惯习面不同 -碳化物不是由/-碳化物转变而来
单独形核并长大 离位析出 -碳化物 {112} 从-碳化物直接转变而来—就地形核（原位析出）
{110} 重新形核长大 变化趋势：由具有一定饱和度的相与其有共格联系的-碳化物的混合组织， 转变为相与其无共格联系的-碳化物的混合组织。 转变后的组织—回火屈氏体 注：①在碳浓度＜0.4%的马氏体回火时， 不形成-碳化物； ②在碳浓度＜0.2%的马氏体回火时， 不析出-碳化物，而是直接形成-碳 化物。
材料热处理第7章钢的回火转变
特征：
低碳钢的Ms点较高，淬火时发生自回火。
在淬火形成马氏体的过程中，除了可能发生碳原子向位错的偏聚外，在最先形成
的马氏体中还可能发生自回火，析出碳化物。钢的Ms点愈高，淬火冷却速度愈慢， 则自回火析出的碳化物就愈多。
回火温度较低不析出碳化物，高于200℃的回火析出碳化物。 淬火后在100～200℃之间回火时，低碳板条状马氏体不析出碳化物，C原子仍然 偏聚在位错线附近，这是由于C原子偏聚的能量状态低于析出碳化物的能量状态。 当回火温度高于200℃时，才有可能通过单相分解析出碳化物，使α基体中的碳含 量降低。
560 ℃ 如Ta= 250℃
等温 停留
二次淬火现象产生的原因：
a. C 、N原子气团作用。
一定温度 （如560℃）保温，破坏了柯氏气团，C、N原子将从位错逸出而使
原子气团“蒸发”，从而减小相变阻力，起到催化（反稳定化）作用。
b. 碳化物的析出提高了残余奥氏体的Ms点。
碳化物析出使其碳含量和合金元素含量下降。
马氏体分解（回火第一阶段转变）
总结：
随着回火温度↑——→不断析出过饱和碳——→马氏体的 碳含量↓ ——→立方马氏体＋ε碳化物
淬火＋低温回火
回火M B下组织相似
不同碳含量马 氏体回火时碳 浓度的变化
（三） 残余奥氏体转变（200～300℃）
残余奥氏体转变
1）残余奥氏体向珠光体及贝氏体的转变
2）残余奥氏体向马氏体的转变
a. 马氏体的双相分解
温度： 回火温度在125～150℃以下; 特征：
C0
碳化物
C1
碳化物
随着碳化物的析出，出现两种正方度不同的α相：
具有高正方度的保持原始碳含量的未分解的M； 具有低正方度的碳已部分析出的M。
低碳钢的Ms点较高，淬火时发生自回火。
在淬火形成马氏体的过程中，除了可能发生碳原子向位错的偏聚外，在最先形成
的马氏体中还可能发生自回火，析出碳化物。钢的Ms点愈高，淬火冷却速度愈慢， 则自回火析出的碳化物就愈多。
回火温度较低不析出碳化物，高于200℃的回火析出碳化物。 淬火后在100～200℃之间回火时，低碳板条状马氏体不析出碳化物，C原子仍然 偏聚在位错线附近，这是由于C原子偏聚的能量状态低于析出碳化物的能量状态。 当回火温度高于200℃时，才有可能通过单相分解析出碳化物，使α基体中的碳含 量降低。
560 ℃ 如Ta= 250℃
等温 停留
二次淬火现象产生的原因：
a. C 、N原子气团作用。
一定温度 （如560℃）保温，破坏了柯氏气团，C、N原子将从位错逸出而使
原子气团“蒸发”，从而减小相变阻力，起到催化（反稳定化）作用。
b. 碳化物的析出提高了残余奥氏体的Ms点。
碳化物析出使其碳含量和合金元素含量下降。
马氏体分解（回火第一阶段转变）
总结：
随着回火温度↑——→不断析出过饱和碳——→马氏体的 碳含量↓ ——→立方马氏体＋ε碳化物
淬火＋低温回火
回火M B下组织相似
不同碳含量马 氏体回火时碳 浓度的变化
（三） 残余奥氏体转变（200～300℃）
残余奥氏体转变
1）残余奥氏体向珠光体及贝氏体的转变
2）残余奥氏体向马氏体的转变
a. 马氏体的双相分解
温度： 回火温度在125～150℃以下; 特征：
C0
碳化物
C1
碳化物
随着碳化物的析出，出现两种正方度不同的α相：
具有高正方度的保持原始碳含量的未分解的M； 具有低正方度的碳已部分析出的M。
第七章钢的回火转变
精品文档
• 温度对马氏体的分解起决定作用。马氏 体的含碳量随回火温度的变化规律如图958所示。马氏体的含碳量随回火温度升 高不断(bùduàn)降低，高碳钢的马氏体含碳量 降低较快。
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• 回火时间对马氏体中含碳量影响较小。当回火温度高 于150℃后，在一定温度下，随回火时间延长，在开 始1-2h内，过饱和碳从马氏体中析出很快，然后逐渐 减慢，随后再延长时间，马氏体中含碳量变化(biànhuà)不 大。因此钢的回火保温时间常在2h左右。
• 淬火钢中内应力很大，淬火钢件必须立即回火，以 消除或减少内应力，防止变形或开裂，并获得稳 定的组织和所需的性能。
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• 为了保证淬火钢回火获得所需的组织 和性能，必须研究淬火钢在回火过程 中的组织转变，探讨回火钢性能和组 织形态之关系，并为正确制订回火工 艺(gōngyì)(温度、时间等)提供理论依据。
• 碳钢中比E碳化物稳定的碳化物有两种： 一种是x-碳化物，化学式是Fe5C2，具有 (jùyǒu)单斜晶格；另一种是更稳定的渗碳体 （ Fe3C）。
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• 碳化物的转变主要取决于回火温度，也 与回火时间有关。图9-63表示(biǎoshì)回火温 度和回火时间对淬火钢中碳化物变化的 影响。由图可见，随着回火时间的延长 ，发生碳化物转变的温度降低。回火温 度升高，达到相同效果所需时间减少。
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• 淬火钢在500—650℃回火得到的回复或 再结晶了的铁素体和粗粒状渗碳体的机 械混合物叫做(jiàozuò)回火索氏体。在光学显 微镜下能分辨出颗粒状渗碳体(图9-69)， 在电子显微镜下可看到渗碳体颗粒明显 粗化(图9-70)。
• 淬火高碳钢在200-300℃回火时， 残留奥氏体分解为a相和E碳化物组 成的机械混合物，称为回火马氏体 或下贝氏体。
• 温度对马氏体的分解起决定作用。马氏 体的含碳量随回火温度的变化规律如图958所示。马氏体的含碳量随回火温度升 高不断(bùduàn)降低，高碳钢的马氏体含碳量 降低较快。
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• 回火时间对马氏体中含碳量影响较小。当回火温度高 于150℃后，在一定温度下，随回火时间延长，在开 始1-2h内，过饱和碳从马氏体中析出很快，然后逐渐 减慢，随后再延长时间，马氏体中含碳量变化(biànhuà)不 大。因此钢的回火保温时间常在2h左右。
• 淬火钢中内应力很大，淬火钢件必须立即回火，以 消除或减少内应力，防止变形或开裂，并获得稳 定的组织和所需的性能。
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• 为了保证淬火钢回火获得所需的组织 和性能，必须研究淬火钢在回火过程 中的组织转变，探讨回火钢性能和组 织形态之关系，并为正确制订回火工 艺(gōngyì)(温度、时间等)提供理论依据。
• 碳钢中比E碳化物稳定的碳化物有两种： 一种是x-碳化物，化学式是Fe5C2，具有 (jùyǒu)单斜晶格；另一种是更稳定的渗碳体 （ Fe3C）。
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• 碳化物的转变主要取决于回火温度，也 与回火时间有关。图9-63表示(biǎoshì)回火温 度和回火时间对淬火钢中碳化物变化的 影响。由图可见，随着回火时间的延长 ，发生碳化物转变的温度降低。回火温 度升高，达到相同效果所需时间减少。
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• 淬火钢在500—650℃回火得到的回复或 再结晶了的铁素体和粗粒状渗碳体的机 械混合物叫做(jiàozuò)回火索氏体。在光学显 微镜下能分辨出颗粒状渗碳体(图9-69)， 在电子显微镜下可看到渗碳体颗粒明显 粗化(图9-70)。
• 淬火高碳钢在200-300℃回火时， 残留奥氏体分解为a相和E碳化物组 成的机械混合物，称为回火马氏体 或下贝氏体。
钢在回火时的转变
原碳化物回溶到母相中，而新的、更稳定的碳化物在其他部位重新形核长 大。
ε转变为χ或θ时只能按独立形核长大方式，而χ转变为θ时可以独立形 核，也可以原位转变。
.
第六章 钢在回火时的转变
2）温度及时间对碳化物转变的影响
碳化物类型的转变与回火温度有关，随回火温度的升高，由亚稳定状态 向稳定状态过渡。另外，碳化物类型的转变与回火时间也有一定的关系，通 常随回火保温时间的延长，碳化物类型的转变温度降低。
由于回火温度不同，碳化物析出可以有两种不同方式，即双相分解和单 相分解。
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第六章 钢在回火时的转变
表 6.1 高碳（1.4%C）马氏体正方度和碳含量及回火温度的关系
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第六章 钢在回火时的转变
（1）马氏体的双相分解
回火温度在 125～150℃以下，马氏体以双相分解方式进行分解。此时， 随着碳化物的析出，出现两种正方度不同的相，即具有高正方度的保持原 始碳含量的未分解的马氏体以及具有低正方度的碳已部分析出的相。
随着回火时间延长，即随着碳化物析出，两种相的碳含量均不发生改 变，只是高碳区愈来愈少，而低碳区愈来愈多。
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第六章 钢在回火时的转变
马氏体双相分解示意图
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第六章 钢在回火时的转变
马氏体双相分解时碳的分布
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第六章 钢在回火时的转变
为什么会出现两种正方度？
由于温度较低，碳原子扩散能力很弱，ε-FeXC在马氏体某些碳的富集区 通过能量、结构和成分起伏形核，并向马氏体中长大。在长大时，要吸收碳， 所以碳化物附近的马氏体向其提供碳原子，而远离ε-FeXC的马氏体中碳原子 保持不变。这样在同一片马氏体出现了成分不同，而结构相同的两个区域， 每个区域相当于一相，所以称之为两相分解。合金元素对马氏体的两相式分 解没有影响。
ε转变为χ或θ时只能按独立形核长大方式，而χ转变为θ时可以独立形 核，也可以原位转变。
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第六章 钢在回火时的转变
2）温度及时间对碳化物转变的影响
碳化物类型的转变与回火温度有关，随回火温度的升高，由亚稳定状态 向稳定状态过渡。另外，碳化物类型的转变与回火时间也有一定的关系，通 常随回火保温时间的延长，碳化物类型的转变温度降低。
由于回火温度不同，碳化物析出可以有两种不同方式，即双相分解和单 相分解。
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第六章 钢在回火时的转变
表 6.1 高碳（1.4%C）马氏体正方度和碳含量及回火温度的关系
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第六章 钢在回火时的转变
（1）马氏体的双相分解
回火温度在 125～150℃以下，马氏体以双相分解方式进行分解。此时， 随着碳化物的析出，出现两种正方度不同的相，即具有高正方度的保持原 始碳含量的未分解的马氏体以及具有低正方度的碳已部分析出的相。
随着回火时间延长，即随着碳化物析出，两种相的碳含量均不发生改 变，只是高碳区愈来愈少，而低碳区愈来愈多。
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第六章 钢在回火时的转变
马氏体双相分解示意图
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第六章 钢在回火时的转变
马氏体双相分解时碳的分布
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第六章 钢在回火时的转变
为什么会出现两种正方度？
由于温度较低，碳原子扩散能力很弱，ε-FeXC在马氏体某些碳的富集区 通过能量、结构和成分起伏形核，并向马氏体中长大。在长大时，要吸收碳， 所以碳化物附近的马氏体向其提供碳原子，而远离ε-FeXC的马氏体中碳原子 保持不变。这样在同一片马氏体出现了成分不同，而结构相同的两个区域， 每个区域相当于一相，所以称之为两相分解。合金元素对马氏体的两相式分 解没有影响。
钢中的回火转变之马氏体的分解
在分解过程中，不再存在两种不同碳含量 的α相，其碳含量和正方度不断下降，当 温度达到300℃时，正方度c/a接近1。此 时α相中的碳含量ห้องสมุดไป่ตู้基本接近平衡状态， 马氏体脱溶分解过程基本上结束。
二.低碳、 中碳马氏 体的分解
低碳马氏体与高碳马氏体相比，其更不容易 析出碳化物，其碳原子在100℃~200℃时 几乎完全偏聚在位错线附近(生成位错气 团）。回火温度高于200℃时，才有可能析 出碳化物（直接析出平衡相渗碳体）。
马氏体中的碳原子含量越高，马氏体的过 饱和程度越高，碳化物的析出就更容易.
疑惑
有一本书上说双相分解 是不会有的……
它说，在100℃下，马 氏体中只有碳原子偏聚 团，尚未析出碳化物； 碳化物开始析出时，碳 原子已经可以远程扩散。 因此双向分解是一个错 误的、不会存在的东西。
疑惑
另一本书上说生成的不是ε碳化物，而是 η碳化物…… “过渡相ε碳化物是20世纪50年代初测定的，直到70年代 人们也未加怀疑。后来认为εFe2.4C就是ηFe2C，出现争论， 目前尚不能得出确切结论……”
202X
谢谢大家！
单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，请尽量言简意赅的阐 述观点。
2：单相分解
与双相分解相比，单相分解的 不同点在于：温度更高的情况 下，碳原子能够长程扩散，因 此已析出的碳化物可以从较远 区域获得碳原子而长大，α相 中的碳浓度梯度也会因此而消 除，也就是单相分解。
个人感觉，双向分解时马氏体中碳化物的 长大被抑制了，因此双向分解时马氏体的 形核更多，更可能获得分布均匀、细腻的 碳化物，或许性能也会更好……
总结
对于钢中的回火转变，马氏体分解是回火第一阶段转变(T1)，发 生在80℃~250℃之间；
二.低碳、 中碳马氏 体的分解
低碳马氏体与高碳马氏体相比，其更不容易 析出碳化物，其碳原子在100℃~200℃时 几乎完全偏聚在位错线附近(生成位错气 团）。回火温度高于200℃时，才有可能析 出碳化物（直接析出平衡相渗碳体）。
马氏体中的碳原子含量越高，马氏体的过 饱和程度越高，碳化物的析出就更容易.
疑惑
有一本书上说双相分解 是不会有的……
它说，在100℃下，马 氏体中只有碳原子偏聚 团，尚未析出碳化物； 碳化物开始析出时，碳 原子已经可以远程扩散。 因此双向分解是一个错 误的、不会存在的东西。
疑惑
另一本书上说生成的不是ε碳化物，而是 η碳化物…… “过渡相ε碳化物是20世纪50年代初测定的，直到70年代 人们也未加怀疑。后来认为εFe2.4C就是ηFe2C，出现争论， 目前尚不能得出确切结论……”
202X
谢谢大家！
单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，请尽量言简意赅的阐 述观点。
2：单相分解
与双相分解相比，单相分解的 不同点在于：温度更高的情况 下，碳原子能够长程扩散，因 此已析出的碳化物可以从较远 区域获得碳原子而长大，α相 中的碳浓度梯度也会因此而消 除，也就是单相分解。
个人感觉，双向分解时马氏体中碳化物的 长大被抑制了，因此双向分解时马氏体的 形核更多，更可能获得分布均匀、细腻的 碳化物，或许性能也会更好……
总结
对于钢中的回火转变，马氏体分解是回火第一阶段转变(T1)，发 生在80℃~250℃之间；
马氏体回火转变过程
马氏体回火转变过程马氏体回火转变是钢材在淬火后的一个热处理过程，目的是通过加热和持续时间来改变钢材的组织结构和性能。
这个过程可以分为三个主要阶段：回火前的第一阶段、回火时的第二阶段和回火后的第三阶段。
在这个过程中，马氏体将发生转变，从而影响钢材的硬度和韧性。
第一阶段：回火前的处理在淬火后，钢材中的主要组织是马氏体。
马氏体是一种具有高硬度和脆性的组织，因此钢材在这个阶段是非常脆弱的。
为了减少钢材的脆性，需要进行一个预回火处理。
这个处理过程通过在较低的温度下加热钢材一段时间来减少马氏体的脆性。
这个过程可以降低马氏体的硬度，但并不改变其组织结构。
第二阶段：回火时的处理在预回火处理完成后，钢材将进入回火的第二阶段。
在这个阶段，钢材将继续加热，并在一定温度下保持一段时间。
这个阶段的温度通常高于预回火处理的温度。
在这个过程中，马氏体将发生转变，从高硬度的马氏体转变为低硬度和高韧性的组织。
这个转变过程被称为回火马氏体。
回火的温度是决定钢材性能的重要因素之一、较高的回火温度可以降低钢材的硬度，但也会降低其强度。
相反，较低的回火温度可以保持钢材的硬度，但可能会降低其韧性。
因此，在回火过程中需要根据钢材的具体用途和要求来选择适当的回火温度。
第三阶段：回火后的处理在回火完成后，钢材将进入回火后的第三阶段。
在这个阶段，钢材会被冷却至室温。
这个阶段的目的是保持钢材的组织结构和性能，以避免进一步的转变。
如果钢材在这个阶段冷却过快，可能会导致组织结构不稳定，从而影响性能。
总结：马氏体回火转变过程是一个关键的热处理过程，用于改变钢材的硬度和韧性。
通过预回火处理、回火时的加热和持续时间控制以及回火后的冷却，马氏体将发生转变，从而改变钢材的组织结构和性能。
这个过程需要根据钢材的具体要求来选择适当的处理条件，以保证钢材达到预期的性能。
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四 碳化物转变(250~400℃) 碳化物转变(250~400℃ ——转变第三阶段 ——转变第三阶段
(一)高碳马氏体
碳钢中马氏体过饱和的C 碳钢中马氏体过饱和的C几乎全部脱溶,但仍 具有一定的正方度.形成两种比ε FexC更加稳定 具有一定的正方度.形成两种比ε-FexC更加稳定 的碳化物: 一种是χ 一种是χ-Fe5C2——单斜晶系 ——单斜晶系 一种是θ Fe3C——正交晶系 一种是θ-Fe3C——正交晶系
(1)碳化物转变取决于回火温度,也和时间有关, (1)碳化物转变取决于回火温度,也和时间有关, 随着回火时间的延长,转变温度可以降低. (2)是否出现χ-Fe5C2与钢的C%有关,C%增加有利 (2)是否出现χ 与钢的C%有关,C%增加有利 于χ-Fe5C2产生(板条马氏体不易产生χ-Fe5C2). 产生(板条马氏体不易产生χ
三 残余奥氏体转变(200~300℃) 残余奥氏体转变(200~300℃ ——转变第二阶段 ——转变第二阶段
在200～300℃之间, 钢中的残余奥氏体将 200～300℃之间 之间, 发生分解,转变为回火马氏体或下贝氏体. 发生分解,转变为回火马氏体或下贝氏体. 其转变可用下式表示: 其转变可用下式表示: Ar→M回或B下(α+ε-FexC) (α+ε回火T>Ms点,转变为P 回火T>Ms点,转变为P,B
碳化物转变方式
(a) 原位转变 ( 原位析出 , 就地形核 ) — 在 原位转变(原位析出,就地形核) 原碳化物的基础上, 原碳化物)发生成分, 原碳化物的基础上 , ( 原碳化物 ) 发生成分 , 点 阵改组, 旧相具有相同析出位置与惯习面. 阵改组 , 新 , 旧相具有相同析出位置与惯习面 . χ→θ的转变 的转变. 如χ→θ的转变. 独立转变(离位析出,单独形核) (b) 独立转变 ( 离位析出 , 单独形核 ) — 原 碳化物溶解,新碳化物在其它位置重新形核, 碳化物溶解 , 新碳化物在其它位置重新形核 , 长 使马氏体中含碳量降低,为维持平衡, 大 , 使马氏体中含碳量降低 , 为维持平衡 , 细小 的旧相溶解, ε(η)→χ碳化物或 碳化物. 碳化物或θ 的旧相溶解 , 如 ε(η)→χ 碳化物或 θ 碳化物 . . 碳化物转变的方式取决于原碳化物和新碳化 物与母相之间的晶体学关系( 物与母相之间的晶体学关系 ( 惯习面和位向关 若惯习面和位向关系相同, 系 ) . 若惯习面和位向关系相同 , 可以进行原位 析出;若惯习面和位向关系不同则进行离位析出. 析出;若惯习面和位向关系不同则进行离位析出.
二 马氏体的分解与亚稳碳化物的形成 ----转变第一阶段 ----转变第一阶段
此过程发生在温度高于100℃时,马氏 此过程发生在温度高于100℃时,马氏 体开始发生部分分解,随回火温度的升高 及时间的延长,富集区的碳原子发生有序 化然后转变为碳化物.随碳化物的析出, 马氏体的含碳量不断减少,点阵常数c 马氏体的含碳量不断减少,点阵常数c下降, a升高,正方度c/a不断下降,并析出弥散 分布的过渡型ε 分布的过渡型ε碳化物. α′→ M回(α′ + ε-FexC) M回 ε～0.25%C 共格 2~3
45钢 840℃水淬+400℃回火 45钢 840℃水淬+400℃
回火T 回火T
回火M转变为在保持M形态的 基体上分布着极其细小的渗碳体颗粒 回火 转变为在保持 形态的 基体上分布着极其细小的渗碳体颗粒 转变为在保持 形态的F基体上分布着
淬火钢组织:M+Ar 淬火钢组织:M+Ar 回火转变的四个阶段: (1)马氏体分解,室温～350℃; 马氏体分解,室温～350℃; 残余奥氏体转变,200℃300℃, (2)残余奥氏体转变,200℃300℃,属 于低温回火,得到回火马氏体(M') (M'); 于低温回火,得到回火马氏体(M'); 碳化物的析出和变化,250400℃ (3)碳化物的析出和变化,250400℃, 属 于中温回火,得到回火屈氏体(T') (T'); 于中温回火,得到回火屈氏体(T'); 相的回复,再结晶, 400℃650℃, (4)α相的回复,再结晶, 400℃650℃, 属于高温回火,得到回火索氏体(S') (S'). 属于高温回火,得到回火索氏体(S').
回火目的: 回火目的:
( 1 ) 使淬火得到的亚稳组织转变为稳定 的回火组织; 的回火组织; 提高淬火钢的塑性和韧性, ( 2 ) 提高淬火钢的塑性和韧性 , 降低脆 性; 降低或消除淬火引起的残余应力, (3)降低或消除淬火引起的残余应力, 防止变形和开裂,稳定工件尺寸. 防止变形和开裂,稳定工件尺寸.
综上所述 1.板条马氏体 马氏体中的碳原子全部析出, 1.板条马氏体 马氏体中的碳原子全部析出, 在原马氏体内或晶界上析出渗碳体. 在原马氏体内或晶界上析出渗碳体.α相仍保持 的形态. 原M的形态. 碳化物溶解,形成χ 2.片状马氏体 ε碳化物溶解,形成χ碳化物 碳化物再转变成渗碳体. ( χ—Fe5C2) , χ碳化物再转变成渗碳体 . χ碳 化物仍与基体保持共格关系. 化物仍与基体保持共格关系 . 渗碳体与基体无共 格关系. 相中的孪晶亚结构消失. 格关系.α相中的孪晶亚结构消失. 这一阶段转变完成后, 这一阶段转变完成后, 钢的组织由饱和的针状 相和细小粒状的渗碳体组成, α 相和细小粒状的渗碳体组成 , 这种组织称为回 火屈氏体.回火屈氏体仍保持原马氏体的形态, 火屈氏体 . 回火屈氏体仍保持原马氏体的形态 , 但模糊不清. 但模糊不清.
(二)低碳马氏体
当碳含量低于0.2% 当碳含量低于0.2%时,在200℃以下回 0.2%时 200℃以下回 仅发生碳在位错线的偏聚, 火,仅发生碳在位错线的偏聚,而且较为 稳定; 200℃以上回火 析出稳定的θ 以上回火, 稳定;在200℃以上回火,析出稳定的θ碳 化物.回火时, 化物.回火时,在板条内位错缠结处析出 细针状碳化物, 细针状碳化物,沿板条界析出薄片状碳化 物.
c c/a
3.02 3.02 2.886 2.886 2.884 2.878 2.874 2.872
1.062 1.062 1.013 1.012 1.009 1.006 1.004 1.003
碳含量 (%) 1.4 1.2 0.29 0.27 0.21 0.14 0.08 0.06
2. 马氏体单相分解 当温度高于150℃时,碳原子扩散能力 当温度高于150℃时,碳原子扩散能力 加大,a Fe中不同浓度可通过长程扩散消 加大,a-Fe中不同浓度可通过长程扩散消 除,析出的碳化物粒子可从较远处得到碳 原子而长大.故在分解过程中,不再存在 两种不同碳含量的a 两种不同碳含量的a相,碳含量和正方度不 断下降,当温度达300℃时,正方度 断下降,当温度达300℃时,正方度c/a接 近 1.
(一)高碳马氏体
高碳马氏体的分解分为两步: 1.马氏体双相分解 100～150℃ 马氏体双相分解( 1.马氏体双相分解(100～150℃) a) 在碳原子的富集区,形成碳化物核,周围 在碳原子的富集区,形成碳化物核, 碳原子的扩散促使其长大.但由于温度低, 碳原子的扩散促使其长大 . 但由于温度低 , 进行 的仅仅是近程扩散,从而形成具有二个浓度的α 的仅仅是近程扩散 , 从而形成具有二个浓度的 α 析出的碳化物粒子也不易长大. 相,析出的碳化物粒子也不易长大. 在高碳区继续形成新核,随时间延长, b) 在高碳区继续形成新核,随时间延长,高 碳区逐渐变成低碳区,高碳区减少. 碳区逐渐变成低碳区,高碳区减少. 低碳区增多, 平均成分将至0 25 c) 低碳区增多 , 平均成分将至 0.250.3% , 与原始碳量, 与原始碳量,分解温度无关
第六章 钢的回火转变
本章基本内容
回火的定义, 回火的定义,目的 淬火钢的回火时的组织转变 淬火钢回火时力学性能的变化
回火的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ义: 回火的定义:
将淬火零件重新加热到低于临界点A 将淬火零件重新加热到低于临界点A1某 一温度加热保温, 一温度加热保温 , 使淬火亚稳组织发生转 变为稳定的回火组织, 变为稳定的回火组织 , 并一适当的冷却速 度冷却到室温的热处理工艺过程. 度冷却到室温的热处理工艺过程.
6.1 淬火钢回火时的组织转变
一 碳原子的偏聚(～100℃) 碳原子的偏聚(～100℃) (～100℃
1.板条马氏体 亚结构为位错, 亚结构为位错 , 碳原子向位错线附近 偏聚形成偏聚区. 偏聚形成偏聚区.C+⊥ = ⊥C 2.片状马氏体 2.片状马氏体 亚结构主要为孪晶, 亚结构主要为孪晶,大量的碳原子向 垂直于马氏体的C轴的{100}面富集, 垂直于马氏体的C轴的{100}面富集,形成 富碳区. 富碳区.
如W18Cr4V淬火后,加热到560℃三次回火, W18Cr4V淬火后,加热到560℃三次回火, 560℃三次回火 淬火后 由于560℃ 560℃正处于高速钢的珠光体与贝氏体 由于560℃正处于高速钢的珠光体与贝氏体 之间的转变奥氏体稳定区, 之间的转变奥氏体稳定区,故奥氏体在回 火中不发生转变, 火中不发生转变,在随后的冷却过程中就 转变为马氏体,这就是催化. 转变为马氏体,这就是催化. 但如果该钢 560℃回火后 在冷却过程中在250℃停留5 回火后, 250℃停留 560℃回火后,在冷却过程中在250℃停留5 分钟,残余奥氏体又变得稳定, 分钟,残余奥氏体又变得稳定,这一过程 称为稳定化. 称为稳定化.
在普通金相显微镜下, 在普通金相显微镜下,观察不出回火 马氏体中的ε碳化物. 马氏体中的ε碳化物.回火马氏体在形态 上与淬火马氏体相似, 上与淬火马氏体相似,但回火马氏体易腐 成黑色组织; 蚀,成黑色组织;回火马氏体和下贝氏体 都是由α固溶体和ε碳化物所组成, 都是由α固溶体和ε碳化物所组成,但回 火马氏体中的ε碳化物较下贝氏体中的ε 火马氏体中的ε碳化物较下贝氏体中的ε 碳化物分布均匀. 碳化物分布均匀.
Α'→ α'(C↓)+ε-FexC+ α'(C↑) α'(C↓)+εα'(C↑ 动画1 动画2 动画1 动画2