回火索氏体是碳钢调质处理最终获得的组织

回火索氏体是碳钢调质处理最终获得的组织。

而贝氏体是回火索氏体的一种，又分上贝氏体和下贝氏体。

特点是机构强度高，冲击韧性好，有较佳的综合机械性能。

金相组织上，贝氏体呈板条状。

贝氏体是在珠光体转变温度以下、马氏体转变温度以上的温围内由过冷奥氏体转变而成。

它是由铁素体和碳化物组成的机械混合物，但铁素体的是奥氏体通过晶格切变形成的。

贝氏体分为上贝氏体和下贝氏体。

中、高碳钢上贝氏体在光学显微镜下的典型特征呈羽毛状。

下贝氏体在光学显微镜下呈黑色针状。

回火索氏体是片状马氏体在500-600度回火得到的多边形铁素体和粗粒渗碳体的机械混合物，在光学显微镜下渗碳体呈颗粒状。

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织，是铁素体与粒状碳化物的混合物。

此时的铁素体已基本无碳的过饱和度，碳化物也为稳定型碳化物。

常温下是一种平衡组织。

•定义：回火就是将淬火后的钢重新加热到A c1以下的某一温度，保温一段时间，然后置于空气或水中冷却的热处理方法。

一、回火的目的1.降低淬火钢的脆性和内应力，防止变形或开裂。

2.调整和稳定淬火钢的结晶组织以保证工件不再发生形状和尺寸的改变。

3.获得不同需要的机械性能，通过适当的回火来获得所要求的强度、硬度和韧性，以满足各种工件的不同使用要求，淬火钢经回火后，其硬度随回火温度的升高而降低，回火，一般也是热处理的最后一道工序。

二、回火时组织与性能的变化淬火钢中的马氏体及残余奥氏体都是不稳定的组织，具有向稳定组织转变的自发倾向。

随回火温度的升高，钢的组织也相应发生以下四个阶段的转变：第一阶段：马氏体的分解(100～250)℃•第二阶段：残余奥氏体的转变(200～300)℃第三阶段：渗碳体的形成(250～400)℃第四阶段：渗碳体的聚集长大和α相再结晶(400℃以上)性能的变化：即随着回火温度升高，强度、硬度下降，而塑性、韧性上升，如图所示。

三、回火的种类及应用1.低温回火(150～250)℃低温回火的组织为回火马氏体。

这种回火主要是为了降低淬火钢的应力和脆性，提高韧性，而保持高硬度和耐磨性。

它主要适用于各类高碳钢的刀具、冷作模具、量具；滚动轴承；渗碳或表面淬火件等。

2.中温回火(350～500)℃中温回火的组织为回火托氏体。

这种回火可显著减少工件的淬火应力，具有较高的弹性极限和屈服极限，并有一定的韧性。

它主要应用于各种弹簧、弹性夹头及锻模的处理。

3.高温回火(500～650)℃高温回火的组织为回火索氏体。

这种回火可使工件获得强度、硬度、塑性和韧性都较好的综合机械性能。

淬火后高温回火的热处理称为调质处理，简称调质，常用于受力情况复杂的重要零件，如各种轴类、齿轮、连杆等。

以上各温度范围中看出，没有在（250～350）℃进行回火，因为这正是钢容易发生低温回火脆性的温度范围，应避开。

索氏体是铁素体与片装渗碳体的机械混合物。

...第六章淬火钢在回火时的转变淬火后得到的是亚稳组织马氏体与残余奥氏体。

将淬火零件重新加热到低于临界点某一温度保温，亚稳组织将发生转变，这一处理称为回火。

回火可使组织转变，性能改变，内应力消除。

回火时的转变称为回火转变，可分为下列四种转变：(1) 马氏体转变，发生于100℃~350℃；(2) 残余奥氏体转变，发生于200℃~300℃，属于低温回火，得到回火马氏体(M')；(3) 碳化物转变，ε(η)→θ，发生于~400℃，属于中温回火，得到回火屈氏体(T')；(4) α相回复再结晶，碳化物聚集长大，发生于400℃~550℃，属于高温回火，得到回火索氏体(S')。

这四个过程的温度不能截然分开，详细讨论见下。

第一节马氏体的分解一. 马氏体中碳原子的偏聚马氏体是碳在α-Fe中的过饱和固溶体，存在于体心立方扁八面体中的碳原子将使晶体点阵产生严重畸变，使马氏体处于不稳定状态。

为了降低能量，在100℃左右，碳原子就偏聚于位错或孪晶界面，或板条界，形成微小的碳的富集区。

例1. 计算得到在230℃时，碳原子扩散0.2 nm，约需20μs(微秒)，如钢的M S 高，则在淬火过程中就能发生扩散。

例2. 含碳0.21%的Fe-C合金，奥氏体化后淬火，150℃回火10分钟，用原子探针测得α基底含碳0.03 %，而板条马氏体的条界碳含量为0.42 %，说明淬火或回火过程中，碳偏聚于板条。

二. 马氏体的分解此过程发生在温度高于100℃时，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，正方度c/a不断下降，马氏体的分解有两种(即双相分解和单相分解)。

1.高碳马氏体分解(1) 双相分解当温度低于125℃时，回火后可出现两种不同的正方度。

表6-1为含C 1.4 % 的马氏体回火后点阵常数、正方度与含碳量的变化。

从表6-1中可看出，125℃以下回火得到的二种正方度为: 具有高正方度的保持原始碳浓度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。

表6-1 含C 1.4%的马氏体回火后点阵常数、正方度与含碳量的变化双相分解机制：a) 在碳原子的富集区，形成碳化物核，周围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-Fe，析出的碳化物粒子也不易长大。

图6-1-16-1-1马氏体双相分解过程示意图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。

图6-1-2图6-1-2马氏体双相分解碳的分布c) 低碳区增多，其平均成分将至0.25 0.3 %，与原始碳量、分解温度无关。

(2) 单相分解当温度高于150℃时，碳原子扩散能力加大，α-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α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。

2. 低碳及中碳马氏体的分解低碳钢中M S点高，淬火过程中会发生碳原子偏聚及碳化物析出，这一特征称为自回火。

淬火后，在150℃回火时，不再发生碳化物的析出。

当回火温度高于200℃时，发生单相分解析出碳化物。

中碳钢正常淬火得到板条与片状马氏体的混合组织，并有低碳、高碳马氏体特征。

三. 碳化物的析出、转变及聚集长大1.高碳马氏体中碳化物的析出(1).高碳马氏体经双、单相分解、析出亚稳碳化物：六方ε(或正交η)，结构式为Fe X C，x=2-3。

马氏体分解的反应式可写成M→M'(α+亚稳碳化物)。

当回火温度高于250℃时，ε(η)→χ(Fe5C2)，χ是较为稳定的碳化物，具有复杂斜方点阵。

当温度进一步升高后，ε(η)与χ可转变为稳定的θ(Fe3C)，θ具有正交点阵。

转变初期析出的亚稳碳化物极为细小，不易分辨，而χ与θ碳化物长大成为片状。

图6-1-36-1-3含C1.34%高碳马氏体回火时三中碳化物的析出范围(2) 碳化物转变方式(a) 原位转变—原碳化物发生成分、点阵改组，新、旧相具有相同析出位置与惯习面。

如χ→θ的转变。

(b) 独立转变—新相重新形核、长大，使马氏体中含碳量降低，为维持平衡，细小的旧相溶解，如ε(η)→χ或θ。

ε(η)均匀分布在α'基底，惯习面为{100}α'，χ与θ集中于M内孪晶面，惯习面为{112}α'，见图6-1-4。

6-1-4沿孪晶面分布的碳化物(3) 一般规律高碳钢中碳化物的析出与时间、温度的关系见图。

2. 低碳马氏体中碳化物析出当碳含量低于0.2%时，在200℃以下回火，仅发生碳偏聚；在200℃以上回火以及淬成马氏体过程中的自回火，均析出稳定的θ碳化物。

回火时，在板条内位错缠结处析出细针状碳化物，沿板条界析出薄片状碳化物。

温度升高后，条内碳化物就溶解而使条间碳化物长大。

温度达到500℃以上时，条内碳化物已消失，仅剩下较粗大的条间碳化物。

3. 中碳马氏体碳化物的析出对孪晶马氏体，当温度高于200℃时，由亚稳ε(η)→θ，无χ相出现，对位错马氏体，当温度高于200℃时，在位错线上直接析出θ，或经自回火析出；温度高时，碳化物向板条界转移。

4. 碳化物聚集长大长期保温或提高回火温度，使碳化物聚集长大。

长大机制可由胶态平衡理论解释：第二相粒子在固溶体中的溶解度与其半径有关，即：ln(C r/C∞) = 2(Mγ/RTρr)其中，C r为第二相粒子半径为r时的溶解度；C∞为第二相粒子半径为∞时的溶解度，即为平板时的溶解度；M为第二相分子量；R为气体常数；T为绝对温度；ρ为第二相密度；r为小粒子的半径；γ为单位面积界面能。

当碳化物种类确定后，上式中M，R，T，ρ，γ为常数，可见当半径r愈小，C r/C∞越大，小粒子溶解度依指数关系急剧增加，由此引出了两条可能的结果：(1) 片、杆状的第二相粒子，各处的曲率半径不同，小半径处易于溶解，而使片、杆断开，并进一步球化。

(2) 小粒子溶解，大粒子长大。

四. α相状态的变化1. 淬火时，由于马氏体转变引起晶内缺陷增加，表面与中心的温差造成热应力与组织应力引起的塑性变形，均会引起各种内应力的增加。

这些内应力，一般可分解为三类：(1) 第I类内应力，存在于宏观范围，如表面与心部之间，可造成变形与开裂。

回火温度越高，回火时间越长，应力下降越剧烈。

其间的关系可见图6-1-5。

经550℃回火，第I类内应力可基本消除。

6-1-5 C0.3%钢回火时第一累内应力的变化(2)第II类内应力，存在于晶粒间，可用△a/a来表示其大小，按性质又可分为三种类型：(a) 存在于马氏体片之间，来源于淬火时的畸变，到300℃以上时，因碳的析出而大大减小。

可见图中曲线2。

(b) 析出的ε(η)碳化物与基体共格，造成与基体间的应力，但在ε(η)→θ内消除。

其与温度的关系，可见图中曲线3。

(c) 因θ碳化物的析出而造成的与基体间的应力、与温度的关系可见图中曲线4。

这三种第II类内应力综合作用的效果可见曲线1。

6-1-6高碳钢回火时△a/a的变化(3) 第III类内应力，存在于晶胞内。

当温度升高后，碳原子析出使单胞畸变下降。

在300℃以上时，碳钢中的第III类应力可基本消除。

2．回复与再结晶在400℃以上时，开始回复。

即板条界的位错通过攀移、滑移而消失。

位错密度下降，板条合并、变宽。

当亚结构为孪晶时，经400℃回火后也消失，但片状特征仍存在。

在600℃以上时，开始再结晶，位错密度低的板条块长大成等轴α晶粒，颗粒状碳化物分布在其基体上。

这种组织成为回火索氏体S'。