钢在回火时的转变及其组织形态
钢在回火时的转变
一、定义及目的
回火：将淬火钢加热到低于临界点A1的某一温度保温一定时间，使淬火组织转变为稳定的回火组织，然后以适当方式（一般为空冷）冷却到室温的一种热处理工艺；
回火的目的：消除或减小内应力，防止变形或开裂，并获得稳定的组织和所需的性能；
二、淬火钢的回火转变及其组织
淬火碳钢回火时，随着回火温度升高和回火时间的延长，相应地要发生如下转变：
a）马氏体中碳的偏聚；b）马氏体分解；c）残留奥氏体的转变；d）碳化物的转变；e）渗碳体的聚集和长大和α相（铁素体属于α固溶体，但如果α固溶体中C含量过饱和时，铁素体就不等于α固溶体了。回火马氏体中的一种相为碳含量过饱和的α固溶体，由于晶格畸变过大，不能称为铁素体）回复、再结晶；现对上述5种转变分别介绍如下：
1. 马氏体中碳的偏聚（100℃以下）
（1）淬火碳钢在80~100℃以下回火时，铁原子和合金元素难以进行扩散迁移，碳原子也只能作短距离的扩散迁移。板条马氏体存在大量位错，碳原子倾向于偏聚在位错线附近的间隙位置，形成碳的偏聚区，降低马氏体的弹性畸变能；
（2）碳原子的偏聚现象不能用金相法直接观察到，但可以用电阻法或内耗法间接证实。
2. 马氏体分解（100~300℃）
（1）当回火温度超过80℃时，马氏体开始发生分解，碳原子偏聚区的碳原子将发生有序化，继而转变为碳化物从过饱和α固溶体中析出；
（2）马氏体的分解持续到350℃以上，在高合金钢中可持续到600℃；
（3）回火温度对马氏体的分解起决定性作用，马氏体的含碳量随着回火温度的升高不断降低；
（4）回火时间对马氏体中含碳量影响较小；
回火马氏体：高碳钢在350℃以下回火时，马氏体分解后形成的低碳α相和弥散ε碳化物组成的双相组织成为回火马氏体；这种组织较淬火马氏体容易腐蚀，故在光学显微镜下呈黑色针状组织；
（5）回火马氏体中α相含碳量ωc=0.%~0.3%，ε碳化物具有密排六方晶格，通常用ε-FexC表示，其中x=2~3；
3. 残留奥氏体的转变（200~300℃）
（1）钢淬火后总是多少存在一些残留奥氏体。残留奥氏体随着淬火加热时奥氏体中碳和合金元素的含量的增加而增多；
（2） 高碳钢淬火后于250~300℃之间回火时，将发生残留奥氏体分解，分解为α相和ε-FexC组成的机械混合物，称为回火马氏体（来源有两种马氏体分解，残余奥氏体分解）或下贝氏体。
4. 碳化物的转变（250~400℃）
（1）马氏体分解及残留奥氏体转变形成的ε碳化物是亚稳定的过渡相。当回火温度身高至250~400℃，形成比ε碳化物更稳定的碳化物；
（2）碳钢中比ε碳化物稳定的碳化物有两种分别为：χ碳化物（Hagg碳化物）和θ碳化物（渗碳体Fe3C）；
（3）χ碳化物呈小片状分布在马氏体中，尺寸约5nm，它和母相马氏体有共格界面保持着一定的位向关系；
（4）χ碳化物是通过ε碳化物溶解在其他位置重新形核、长大的方式形成的，称为离位析出；
（5）θ碳化物是通过ε碳化物溶解在原位析出和离位析出均存在；
（6）回火温度高于250℃时，含碳量ωc＞0.4%，ε碳化物溶解，开始析出χ碳化物，随着温度升高开始析出θ碳化物,当温度继续升高到400℃以后，淬火马氏体完全分解，但α相仍然保持针状外形，先前形成的ε碳化物和χ碳化物此时消失，全部转变为细粒状θ碳化物（渗碳体）；
（7）上述过程形成的由针状α相和共格联系的细粒状渗碳体组成的机械混合物叫做回火托氏体；
（8）回火托氏体在光镜下难以分辨，在电子显微镜下可清楚看到α相和细粒状渗碳体；
（9）回火温度高于200℃时，含碳量ωc＜0.2%的马氏体将在碳原子偏聚区通过连续区通过连续分解式分解方式直接析出θ碳化物；含碳量ωc介于0.2%~0.4%的马氏体可由ε碳化物直接转变为θ碳化物，而不形成χ碳化物。
5.渗碳体的聚集长大和α相回复、再结晶（400℃以上）
（1）当回火温度升高至400℃以上时，已脱离共格关系的渗碳体开始明显地聚集和长大。片状渗碳体长度和宽度之比逐渐缩小，最终形成粒状渗碳体；
（2）碳化物的球化过程和长大过程，是按照细颗粒溶解、粗颗粒长大的机制进行的；
（3）淬火碳钢经高于500℃的回火后，碳化物已经转变为粒状渗碳体，当回火温度超过600℃时，细粒状渗碳体迅速聚集并粗化。
（3）在回火过程中α相也会发生回复和再结晶；
（4）回火温度超过600℃时，α相发生再结晶过程，α相的针状形态消失，形成等轴的铁素体晶粒；
（5）淬火钢在550~650℃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回火索氏体。在光镜下能分辨出颗粒状渗碳体，在电子显微镜下可以看到渗碳体晶粒明显粗化。
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