第七章--淬火钢在回火时的转变
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（一）高碳马氏体分解 1.马氏体双相分解
当温度低于125℃时，回火后可出现两种 不同的正方度。下页表为含碳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。
400℃550℃，属于高温回火，得到回火索氏体(S')。 这五个过程的温度不能截然分开。
5
7.1.1 马氏体中碳原子的偏聚
马氏体中碳原子偏聚－时效阶段（～100℃）
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。
(2).马氏体分解马氏体转变，发生于100℃～350℃；
(3).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')；
(4).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')； (5). 基 体 α 相 回 复 再 结 晶 ， 碳 化 物 聚 集 长 大 ， 发 生 于
9
表7-1 含碳 1.4%的马氏体回火后点阵常数、 正方度与含碳量的变化
回火温 回火时 a 度℃ 间
室 温 10d 2.846
100 1h
2.846
125 1h
2.846
150 1h
2.852
175 1h
2.857
200 1h
2.859
225 1h
2.861
250 1h
2.863
c
c/a
3.02 3.02 2.886 2.886 2.884 2.878 2.874 2.872
3
概述
回火的定义： 度将加淬热火保零温件，重使新淬加火热亚到稳低组于织临发界生点转A变1某为一稳定温 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。 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； （2）提高淬火钢的塑性和韧性，降低脆性； （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。
6
7.1.2 马氏体的分解
马氏体的分解－－过渡型碳化物析出阶段。 此过程发生在温度高于100℃（80～250℃）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碳化物。
时，正方度c/a接近1。
合金元素对单相式分解有 很大的影响。
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（二）低碳及中碳马氏体的分解
低碳钢及中碳中MS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。
第七章 淬火钢在回火 时的转变
1
本章基本内容
• 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
2
基本要求
1.回火的定义、目的、淬火组织为淬火亚稳组织 2.淬火钢的回火时的组织转变的五个阶段： • 马氏体中碳的偏聚 • 马氏体分解：类型、过程、产物， • 残余奥氏体转变：过程、产物 • 碳化物转变：碳化物类型、方式、过程、产物 • 基体α相回复再结晶，碳化物聚集长大：淬火内应力的变化、 碳化物聚集长大方式、基体α相回复再结晶的过程、产物 3. 淬火钢回火时力学性能的变化 • （1）低、中、高碳钢淬火后回火时力学性能的变化 • （2）回火时强度、硬度、塑性、韧性、淬火裂纹等的变化 • （3）合金元素对钢回火时组织转变和性能的影响 • （4）回火脆性：类型、特征、影响因素、减小和防止方法 • 4. 回火转变产物与过冷奥氏体分解产物在组织、性能等方面的 区别
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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相，析出的碳化物粒子也不易 长大。
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。
c) 低碳区增多，平均成分将至0.250.3%，与原始碳量、 分解温度无关。
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
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2.马氏体单相分解 当温度高于150℃时，碳 原子扩散能力加大，α相中 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℃
马氏体的分解有两种分解方式(即双相分解和单相分解)，分 解析出的ε碳化物与马氏体保持共格关系。 化ε物碳与化基物体为ε马－氏Fe体xC保（持x共=2格～关3）系，，具存有在蜜一排定六的方晶结体构学，关ε系碳。 ε不是平衡相，而是向渗碳体转变前的一个过渡相。
对于含碳量低的板条马氏体只发生碳原子向位错线附近的 偏聚，没有碳化物析出。
1.板条马氏体 亚结构为位错， 碳原子向位错线附近偏聚形成偏
聚区。C＋⊥ = ⊥C
2.片状马氏体 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， 形成富碳区。
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。
4ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
7.1 淬火钢的回火时的组织转变
淬火后得到的组织由马氏体和残余奥氏体所组成，它们都 是处于亚稳定状态，是亚稳组织，有自发转变为铁素体和渗 碳体平衡组织的倾向。回火可使组织转变，性能改变，内应 力消除。回火时组织和性能的转变称为回火转变。 回火时的组织转变大体上可分为五个阶段：
(1).马氏体中碳的偏聚— 时效阶段，100℃以下；
（一）高碳马氏体分解 1.马氏体双相分解
当温度低于125℃时，回火后可出现两种 不同的正方度。下页表为含碳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。
400℃550℃，属于高温回火，得到回火索氏体(S')。 这五个过程的温度不能截然分开。
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7.1.1 马氏体中碳原子的偏聚
马氏体中碳原子偏聚－时效阶段（～100℃）
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。
(2).马氏体分解马氏体转变，发生于100℃～350℃；
(3).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')；
(4).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')； (5). 基 体 α 相 回 复 再 结 晶 ， 碳 化 物 聚 集 长 大 ， 发 生 于
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表7-1 含碳 1.4%的马氏体回火后点阵常数、 正方度与含碳量的变化
回火温 回火时 a 度℃ 间
室 温 10d 2.846
100 1h
2.846
125 1h
2.846
150 1h
2.852
175 1h
2.857
200 1h
2.859
225 1h
2.861
250 1h
2.863
c
c/a
3.02 3.02 2.886 2.886 2.884 2.878 2.874 2.872
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概述
回火的定义： 度将加淬热火保零温件，重使新淬加火热亚到稳低组于织临发界生点转A变1某为一稳定温 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。 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； （2）提高淬火钢的塑性和韧性，降低脆性； （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。
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7.1.2 马氏体的分解
马氏体的分解－－过渡型碳化物析出阶段。 此过程发生在温度高于100℃（80～250℃）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碳化物。
时，正方度c/a接近1。
合金元素对单相式分解有 很大的影响。
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（二）低碳及中碳马氏体的分解
低碳钢及中碳中MS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。
第七章 淬火钢在回火 时的转变
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本章基本内容
• 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
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基本要求
1.回火的定义、目的、淬火组织为淬火亚稳组织 2.淬火钢的回火时的组织转变的五个阶段： • 马氏体中碳的偏聚 • 马氏体分解：类型、过程、产物， • 残余奥氏体转变：过程、产物 • 碳化物转变：碳化物类型、方式、过程、产物 • 基体α相回复再结晶，碳化物聚集长大：淬火内应力的变化、 碳化物聚集长大方式、基体α相回复再结晶的过程、产物 3. 淬火钢回火时力学性能的变化 • （1）低、中、高碳钢淬火后回火时力学性能的变化 • （2）回火时强度、硬度、塑性、韧性、淬火裂纹等的变化 • （3）合金元素对钢回火时组织转变和性能的影响 • （4）回火脆性：类型、特征、影响因素、减小和防止方法 • 4. 回火转变产物与过冷奥氏体分解产物在组织、性能等方面的 区别
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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相，析出的碳化物粒子也不易 长大。
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。
c) 低碳区增多，平均成分将至0.250.3%，与原始碳量、 分解温度无关。
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
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2.马氏体单相分解 当温度高于150℃时，碳 原子扩散能力加大，α相中 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℃
马氏体的分解有两种分解方式(即双相分解和单相分解)，分 解析出的ε碳化物与马氏体保持共格关系。 化ε物碳与化基物体为ε马－氏Fe体xC保（持x共=2格～关3）系，，具存有在蜜一排定六的方晶结体构学，关ε系碳。 ε不是平衡相，而是向渗碳体转变前的一个过渡相。
对于含碳量低的板条马氏体只发生碳原子向位错线附近的 偏聚，没有碳化物析出。
1.板条马氏体 亚结构为位错， 碳原子向位错线附近偏聚形成偏
聚区。C＋⊥ = ⊥C
2.片状马氏体 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， 形成富碳区。
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。
4ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
7.1 淬火钢的回火时的组织转变
淬火后得到的组织由马氏体和残余奥氏体所组成，它们都 是处于亚稳定状态，是亚稳组织，有自发转变为铁素体和渗 碳体平衡组织的倾向。回火可使组织转变，性能改变，内应 力消除。回火时组织和性能的转变称为回火转变。 回火时的组织转变大体上可分为五个阶段：
(1).马氏体中碳的偏聚— 时效阶段，100℃以下；