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奧氏體通過非擴(kuò)散型相變轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體組織，而實(shí)際淬火處理以后，由于鋼的Mf 點(diǎn)溫度往往低于室溫，所以淬火處理以后得到的是馬氏體加殘余奧氏體組織。從馬氏體轉(zhuǎn)變的熱力學(xué)角度來看，馬氏體是一種亞穩(wěn)定組織，而且從性能角度來分析，片狀馬氏體的機(jī)械性能較差，我們需要通過回火處理來穩(wěn)定組織，得到所需要的性能。
一、淬火鋼的回火轉(zhuǎn)變過程
回火是將淬火以后的鋼加熱到低于臨界點(diǎn)A1 的某一溫度，保溫以后以適 當(dāng)方式冷卻的一種熱處理工藝。馬氏體是一種過飽和的固溶體，隨著加熱溫度 的不同，過飽和固溶體的脫溶分解產(chǎn)物也不同，從而具有不同的性能。隨著加熱溫度的變化和保溫時(shí)間的延長，會發(fā)生以下幾種轉(zhuǎn)變。
1、馬氏體中碳的偏聚
當(dāng)回火加熱溫度較低時(shí)，在80～100℃以下，鐵和合金元素很難進(jìn)行擴(kuò)散， 碳原子也只能進(jìn)行短距離的擴(kuò)散。在馬氏體中存在大量的位錯，由于位錯與間 隙原子的彈性交互作用，使得碳原子向位錯處偏聚，偏聚的結(jié)果可以降低馬氏 體的晶格畸變。
（1）彈性偏聚： 低碳的板條馬氏體，碳原子進(jìn)入到刃型位錯的拉應(yīng)力區(qū)，形成柯垂?fàn)枤鈭F(tuán)，
使馬氏體的正方度降低，成為立方馬氏體。由于柯垂?fàn)枤鈭F(tuán)對位錯的釘扎和拖曳作用，這時(shí)馬氏體的硬度并不明顯下降，這種偏聚稱為“彈性偏聚”。
（2）化學(xué)偏聚： 高碳的片狀馬氏體，由于亞結(jié)構(gòu)為精細(xì)孿晶，除了一些碳原子偏聚到位錯
附近以外，大量的碳原子將會在垂直于馬氏體的c軸的(100)面上偏聚，形成小片的富碳區(qū)，富碳區(qū)的存在會引起馬氏體硬度的升高。這種偏聚稱為“化學(xué) 偏聚”。
2、馬氏體的分解
當(dāng)加熱溫度超過 80℃以后，從過飽和的α固溶體中析出ε-碳化物。隨著馬氏體中碳濃度的降低，馬氏體的正方度減小，加熱溫度超過 260℃以上時(shí)，正方度接近于 1。
含碳量較高的鋼，所析出的ε-碳化物具有密排六方晶格，與α固溶體之間保持著一定的晶體學(xué)位向關(guān)系，慣習(xí)面為{100}M，這與化學(xué)偏聚有關(guān)。
馬氏體分解過程與回火溫度有關(guān)。當(dāng)回火溫度較低時(shí)，由于碳原子活動能力低，馬氏體的分解依靠ε-碳化物的不斷形核、析出而進(jìn)行，這樣在緊靠ε-碳化物的周圍，α固溶體的碳濃度急劇降低，而遠(yuǎn)處的馬氏體仍具有較高的碳濃度。在加熱時(shí)，鋼中存在兩種不同碳濃度的α固溶體（馬氏體），人們把這種分解方式稱為“兩相式分解”。
當(dāng)加熱溫度較高時(shí)，碳原子的活動能力加強(qiáng)，ε-碳化物可以通過碳原子的遠(yuǎn)距離擴(kuò)散而長大，這樣從ε-碳化物附近的馬氏體到遠(yuǎn)處的馬氏體，其碳濃度是連續(xù)變化的，這種分解方式稱為“連續(xù)式分解”。
3、殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變
隨著加熱溫度的升高，淬火后的殘余奧氏體發(fā)生轉(zhuǎn)變。殘余奧氏體與過冷奧氏體之間沒有本質(zhì)的區(qū)別，只是由于物理狀態(tài)的差異使轉(zhuǎn)變的速度有所不同。殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w的速度較慢，轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w的速度較快，在某些鋼中在珠光體和貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)中間存在一個殘余奧氏體的穩(wěn)定區(qū)。
4、碳化物的轉(zhuǎn)變
馬氏體和ε-碳化物都是亞穩(wěn)定相，隨著加熱溫度的提高，保溫時(shí)間的延長，會向穩(wěn)定相轉(zhuǎn)變。
（1）低碳鋼
低碳馬氏體在回火時(shí)，碳原子偏聚在位錯等缺陷附近，當(dāng)形成ε-碳化物時(shí)，數(shù)量較少，基本是在缺陷處形核析出。當(dāng)加熱溫度升高時(shí)，ε-碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)楦臃€(wěn)定的θ相（Fe3C）。θ相長大時(shí)與α相不再保持共格聯(lián)系。
（2）高碳鋼
含碳高的鋼中的馬氏體，析出的ε-碳化物與α固溶體保持著共格聯(lián)系。 隨著加熱溫度的升高，從ε-碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N較為穩(wěn)定的χ—碳化物，χ— 碳化物與α固溶體仍然保持著共格聯(lián)系，但是它與α固溶體的位向關(guān)系與ε-碳化物與α固溶體的位向關(guān)系不同，所以χ—碳化物的形成，是通過ε-碳化物溶解和χ—碳化物在其它地方重新形核、長大形成的，這種析出方式稱為“離位析出”。
加熱溫度升高，χ—碳化物會轉(zhuǎn)變?yōu)棣取蓟?，θ—碳化物與α固溶體間保持著一定的位向關(guān)系，而且這種位向關(guān)系與θ—碳化物的相同，所以θ—碳化 物的轉(zhuǎn)變可以依靠χ—碳化物的就地轉(zhuǎn)變來完成，這種轉(zhuǎn)變方式稱為“原位析出”。
當(dāng)加熱溫度繼續(xù)升高，θ—碳化物由共格關(guān)系轉(zhuǎn)變?yōu)榉枪哺耜P(guān)系，形成穩(wěn)定的 Fe3C.
5、滲碳體的聚集長大和α相的再結(jié)晶
回火加熱溫度超過400℃以上，已經(jīng)脫離共格關(guān)系的滲碳體開始聚集長大，由于界面能的影響，滲碳體的形狀逐漸長大為粒狀滲碳體。
當(dāng)回火溫度較低時(shí)，α固溶體仍然保持著馬氏體的形態(tài)，存在著較高密度的位錯，可以視其處于加工硬化狀態(tài)。當(dāng)加熱溫度超過 600℃時(shí)，α固溶體發(fā)生再結(jié)晶，從原來的馬氏體形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槎噙呅蔚蔫F素體。加熱溫度越高，鐵素體的晶粒越粗大。
我還是來點(diǎn)基本知識吧，有點(diǎn)班門弄斧了：
淬火鋼在回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變
高碳淬火鋼的組織是馬氏體和少量殘余奧氏體，都是不穩(wěn)定的組織，在回火加熱時(shí)將逐漸向較穩(wěn)定的組織——鐵素體和滲碳體兩相組織轉(zhuǎn)變。其轉(zhuǎn)變大致可分為以下四個階段：
第1階段：馬氏體的分解（約100～350℃）在100℃以上回火時(shí)，馬氏體開始分解。馬氏體中的碳以過渡碳化物（Fe2.4C）的形式析出，過飽和程度逐漸降低。約在300℃以下，形成由極細(xì)的過渡碳化物和過飽和程度較低的馬氏體組成的組織，稱為回火馬氏體。繼續(xù)升溫到約350℃時(shí)，馬氏體的含碳量降至接近平衡成分，成為鐵素體，馬氏體分解基本結(jié)束。但此時(shí)的鐵素體仍保持針狀特征。
第2階段：殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變（約200～300℃）其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物仍為回火馬氏體。
第3階段：滲碳體的形成（約250～450℃）約從250℃開始，過渡碳化物逐漸向滲碳體（Fe3C）轉(zhuǎn)變，到400℃左右，全部變?yōu)榧?xì)薄的短片狀滲碳體。至此，馬氏體便完全分解為鐵素體（針狀）和滲碳體的兩相組織。
第4階段：滲碳體的聚集長大和鐵素體的變化（＞450℃），約在450℃以上，滲碳體由短片狀逐漸變?yōu)榱?，并聚集散地長大。同時(shí)，鐵素體逐漸由針狀形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S晶粒（＞550℃），鋼的淬火殘余應(yīng)力完全消除。 |
| 回火索氏體在一定程度上還保持著馬氏體的相位 這是在晶相中區(qū)別索氏體與回火索氏體最常用的依據(jù) |
大家光顧著說馬氏體、回火，還得注意第一和第二個回火脆性溫度區(qū)域??！
第一類回火脆性出現(xiàn)在200～350℃，這種脆性在所有的淬火鋼回火時(shí)不同程度的發(fā)生。又稱為“不可逆回火脆性”。
第二類回火脆性在450～650℃之間形成。即鋼的沖擊韌性下降。其特點(diǎn)之一是快冷不產(chǎn)生而慢冷就形成脆性狀態(tài)。另外對已經(jīng)具有韌性狀態(tài)的試樣，再經(jīng)回火脆化處理后，又會變成脆性狀態(tài)使沖擊韌性降低，所以此類回火脆性又稱為“可逆回火脆性”。
回火過程中碳化物的析出、殘余奧氏體轉(zhuǎn)變、馬氏體分解、a相回復(fù)與再結(jié)晶，都是很復(fù)雜的。希望大家從實(shí)踐中得真知，再升華到理論上的創(chuàng)新與突破！
再談淬火鋼回火過程馬氏體及碳化物轉(zhuǎn)變
淬火鋼件在回火加熱過程中，隨加熱溫度的升高和加熱時(shí)間的延長，其表觀雖無顯著變化，但其內(nèi)部結(jié)構(gòu)卻發(fā)生了一系列極其復(fù)雜的變化。為了便于分析研究，常按其組織轉(zhuǎn)變特征劃分為四個階段，但這種劃分只是為了分析問題的方便，而并非絕對。事實(shí)上，在整個回火過程中，由于其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的變化是連續(xù)不斷及前后交錯進(jìn)行的，且由于鋼種不同、其合金化原理也不同，從而使其出現(xiàn)同類組織的溫度和分界點(diǎn)也是錯綜復(fù)雜的，無法截然分開。例如，一般文獻(xiàn)將回火四階段分為：1.150℃以下的馬氏體分解；2.200~300℃范圍殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變（其實(shí)這種轉(zhuǎn)變可持續(xù)至500~600℃，合金工具鋼則可持續(xù)到700℃以上）；3.250~400℃范圍回火馬氏體中的碳化物及殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w中的碳化物發(fā)生ε（Fe2.4C）→χ（Fe5C2）→θ（Fe3C）等一系列變化；4.α相的回復(fù)、再結(jié)晶及碳化物聚集球化等，600℃以上，滲碳體聚集球化過程是按小顆粒溶解、大顆粒長大的膠態(tài)平衡規(guī)律進(jìn)行，且往往有限溶解晶內(nèi)碳化物，而在晶界析出。
值得強(qiáng)調(diào)的是：以上四階段主要是基于碳素鋼的回火而劃分的。我最近看了一篇翻譯文章，一個日本人將回火劃分為如下四階段：1.200℃左右，0.25％C以下的鋼，幾乎無變化，0.25％C以上的鋼，降低硬度的同時(shí)，析出ε碳化物（Fe2.4C），200℃以上，析出Fe3C，這一階段基本上無合金元素的影響；2.150~316℃范圍，殘奧分界。高合金工具鋼是由于Mf點(diǎn)下降所致，低合金工具鋼則幾乎無顯著分解，260℃為回火脆小區(qū)，應(yīng)避開260℃回火；3.260~480℃范圍，低合金工具鋼Fe3C析出、聚集，硬度降低，高合金工具鋼由于碳化物固溶，顯示了抗軟化作用；4.480~704℃范圍，高合金工具鋼500~550℃左右二次析出合金碳化物，使硬度上升但韌性急劇下降，故熱加工工具鋼一般采用二次析出硬化溫度高20~50℃的溫度回火，以便利用其較高的硬度與恢復(fù)的韌度。
顯然，這位日本學(xué)者是考慮了合金元素在鋼中的作用而劃分的。 |
尤其是主題關(guān)于“馬氏體中碳化物是如何分解的”不僅是別扭的問題，我至今還是覺得這個命題本身就是錯誤的！請問：馬氏體中何來碳化物？
首先，如果是因?yàn)楦咛几吆辖痄搳W氏體化不充分而遺留的未溶碳化物，則淬火后不應(yīng)存在于馬氏體中；其次，如果是因?yàn)楦咛几吆辖痄摬捎幂^高的奧氏體化溫度并進(jìn)行較長的奧氏體化，導(dǎo)致奧氏體中溶入過多的碳，則如果淬火冷卻條件能夠保證在淬火冷卻而尚未發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的過程不析出第二相（碳化物），那么淬火后必然得到高碳的馬氏體較多的殘余奧氏體，那么馬氏體中仍然不存在碳化物，在回火過程中，因?yàn)榫邆淞笋R氏體的分解條件，則過飽和的馬氏體就會析出碳化物，既然是析出碳化物，那么碳化物就游離于馬氏體之外，何來“馬氏體中大碳化物如何分解”之說呢？
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