6.1 Fe-C马氏体的回火解析

（a）板条状马氏体；（b）回火托氏体，铁素体开始回复-再结晶。
②高碳片状孪晶马氏体的脱溶贯序：


高碳马氏体，温度高于 100℃即开始析出过渡相ηFe2C或ε-Fe2.4C，呈极细小的片状； 温度高于 200℃时，η-Fe2C （或ε- Fe2.4C）开始回 溶，同时析出另一个过渡相 X–Fe5C2 ，并且迅即开始 平衡相θ－Fe3C的析出。 在一个相当宽的温度范围内，X –Fe5C2与θ－Fe3C共 存，直到 450℃以上 X–Fe5C2 消失 , 全部转变为 θ－ Fe3C。
高速淬冷的Fe-C马 氏体硬度与淬冷速 度的关系
低速、高速得到的硬度（ H1， H2）
低碳钢的淬冷硬度保持低水平，且H-v曲线为水 平的,如0.1%C的碳素钢。 中、高碳钢的淬冷硬度，在低速淬冷时，硬度高； 在高速淬冷时，硬度变低。低速的代表值 v1 约为 1500℃/s。在此冷速范围，马氏体的硬度（H1）与 一般工业淬火硬度没有什么差异。高速（ v2）的代 表值约为 23000℃/s 。用此速度或更快的速度淬冷， 得到的硬度（H2）显然较低，而且保持恒定。
图中有4种Fe-Ni-C合金，马氏 体点均为-35℃左右。
“新鲜”马氏体回火时电阻率的变化
碳原子偏聚与电阻率
图中，含碳量小于0.08%C时，在－40 至 100℃区间内，（ ρ 2 － ρ 1 ） <0, 表明马氏体发生了碳在位错线上的偏 聚——“非均匀偏聚”（柯垂尔气团）， 使电阻率降低。 有少量碳原子在其最有利的温度形 成 G.P 区，发生碳原子的“均匀偏聚” 过程。随着含碳量的增加，“均匀偏聚” 的碳原子越来越多（弘津气团），逐渐 使Δ ρ 值大于零。 已知，固溶态的电阻率高于分离态。 从图中可见，含碳量大于0.08%C时，在 － 40 至 100℃区间内，（ ρ 2 － ρ 1 ） >0, 表明电阻率升高，说明此时没有碳 化物析出。但此时马氏体中发生的碳原 子的均匀偏聚过程 , 即形成了碳原子偏 聚区，即弘津气团。
2、碳原子的偏聚团

ห้องสมุดไป่ตู้
马氏体中的碳原子选择性地占据同一晶 向（如[001]α ）八面体间隙，形成晶格 的正方性。 弘津首先指出处于同一晶向八面体间隙 的碳原子进一步发生偏聚，可以形成小 片状的碳原子团。称为弘津气团。
1 00 2
位置的表示
1 00 2
表6－2 碳化物的晶体学参数
①低碳的板条状马氏体的脱溶贯序
200℃以下回火时不析出碳化物，只有碳原子偏聚 团。200℃以上，直接析出平衡相θ－Fe3C。 由于析出过渡相ηFe2C或ε- Fe2.4C， 需要扩散富集较高的 含碳量,这对于低碳马 氏体来说较为困难。 Dc碳原子的位错气团 可以吸纳大量碳原子 （0.2%C），较为稳 定，难以再提供多余 板条马氏体 细小的渗碳体颗粒自 的碳原子来析出过渡 间的残留奥 马氏体板条上析出。 相。 氏体



小于0.2%C的Fe-C低碳马氏体，200℃以下回火时，只 形成碳原子的位错气团，高于200℃时，析出平衡相 渗碳体。 中碳马氏体200℃以下回火时，形成碳原子的位错气 团和弘津气团。100～300℃之间形成η（或ε）碳化 物。 高碳马氏体形成过程较为复杂，随着回火温度的升高， 析出贯序(温度贯序)为： Dc,Hc→η（或ε）→X→θ－Fe3C。
0,3%C碳素钢超高速淬冷到-196℃，再热至室温
20℃），放置时间与硬度的关系
。
证明ΔH是碳原子的偏聚造成的
（1）将不同成分的Fe-Ni-C合 金试样奥氏体化，然后在液氮 中淬火，得到“新鲜”马氏体。
（2）在-100℃到100℃回火3 小时，再冷却到-195℃，测量 硬度变化，其结果如图6-2。 （3）从图可见，含碳量0.02 ％的马氏体从－195℃到100℃ 之间，硬度没有变化，而0.23 ％以上的马氏体在高于-100℃ 时，硬度均有升高，表明室温 到-100℃发生了沉淀硬化过程。
“弘津气团”。
柯垂尔（Cottrell）气团
在淬火态，碳原子已经处于位错偏聚 态， 0.2%C 可使马氏体中的位错完全饱和。 碳原子偏聚于位错线上，使它对合金的电 阻 率 的贡 献 大大 减 少 （ 与 均匀 固 溶态 相 比）。 低碳马氏体的电阻率与完全的位错偏聚 态基本相同。但是 Fe-C马氏体的电阻率随 着含碳量增加而变大。
超高速、深冷淬火时Fe-C马氏体的硬度


S.Ansell 设 计 了 一 种 超 高 速 深 冷 淬 火 装 置 ， 可 以 104℃/s 冷速淬火，冷却 0℃（冰水）后迅速转入－ 195℃，并且在低温下测定硬度。 得到了新鲜马氏体，硬度测定表明新鲜马氏体的硬 度低于一般 ( 老 ) 马氏体的硬度，以及回热到室温后 硬度又上升的现象。
马氏体脱溶的第一阶段——偏聚
工业条件下或者一般试验条件下所获得的马 氏体，碳原子已经完成了脱溶的第一阶段——偏聚， 一部分以柯垂尔（Cottrell）气团存在，另一部分 以弘津偏聚团形式出现。马氏体中的含碳量超过 0.2%越多，则弘津气团的数量越多 。
3、偏聚区、过渡相、θ -Fe3C
马氏体回火析出贯序
（a）某碳原子（几率＝1.00）周围出现其它碳 原子的几率；（b）碳原子偏聚团的外形尺寸
“弘津气团”的形状


弘津气团，该碳原子偏聚团，仅仅包含2～4个碳 原子。呈透镜状。法向最大尺寸约等于铁素体的 晶格常数aα，径向约为2aα。 惯习面为{100}α。后来也有人认为是{102}α严格 地说，这么一个小尺寸的聚集物，难以称为通常 意义上的成分偏聚，很接近均匀固溶，将其称为
6.1
Fe-C马氏体的回火
内蒙古科技大学 刘忠昌教授
1、新鲜马氏体在低温回火时性能的变化


为了研究Fe-C马氏体回火脱溶贯序的全过程，尤 其是脱溶初期的行为，首先要获得一个“新鲜” 的即未发生任何脱溶的马氏体。对于Fe-C系来说， 并非易事。 自20世纪60年代以来，进行了一系列的特殊试验， 研究表明碳原子的偏聚团是马氏体回火时脱溶的 贯序之首。