回火时的组织转变与产物形成

钢经过淬火后的组织是马氏体和一定量的残余奥氏体。淬火钢中残余奥氏体的含量随钢中碳及合金元素的含量而异。对于碳钢，当碳含量小于0.5%时，残余奥氏体量常常小于2%；碳含量为0.8%时，残余奥氏体含量约为6%；含碳量为1.25%时残余奥氏体含量则超过30%。

淬火钢中的马氏体和残余奥氏体是极不稳定的。这时因为：①马氏体中的碳是高度过饱和的，即使是含碳0.7%的钢，马氏体中的含碳量也是铁素体在727℃时的平衡含碳量的10倍。②马氏体有很高的应变能和界面能。③与马氏体并存的还有一定量的残余奥氏体，残余奥氏体处于过冷状态，并承受着应力和应变的作用。正是由于马氏体和残余奥氏体的不稳定性与平衡状态的自由能差，提供了转变的驱动力，使得回火转变成为一种自发的转变，一旦具备动力学条件，转变就会自发进行。这个动力学条件就是原子具有足够的活动能力，回火则是采用加热等手段，促使原子的活动能力增加，从而使转变达到所要求的程度。

淬火钢在回火过程中所发生的组织转变，一般都伴随着许多物理性能的变化。在钢的各种相和组织中，从比容来看，完全处于过饱和状态的马氏体的比容最大，奥氏体的比容最小，而珠光体则介于两者之间。这样，淬火时奥氏体向马氏体的转变必将引起体积膨胀，与此相反，回火时马氏体发生转变将使体积缩小，而残余奥氏体的转变则引起体积胀大。根据碳素钢回火时的组织转变和物理性能变化的关系，可大致将回火分成四种不同的相变类型，分别称为第一、二、三、四类回火转变，如表8-1所示。

表8-1　碳素钢回火时组织转变与物理性能变化的关系

注 M′表示回火马氏体；AR表示残余奥氏体；B表示贝氏体；T′表示回火屈氏体；S′表示回火索氏体。

在80～170℃温度范围内发生的回火转变称为第一类回火转变（Ⅰ），淬火钢在这个温度范围内加热，既使体积缩小，又有少量热量放出，因此是一种马氏体分解反应，转变产物为回火马氏体，它是一种α相和细微碳化物的混合物。

第二类回火转变（Ⅱ）发生在250～300℃温度范围内，这是一种既增大体积又有大量热量放出的反应，因此是一种残余奥氏体的分解转变，其转变产物是回火马氏体或贝氏体。

第三类回火转变（Ⅲ）发生在300～400℃温度范围内，这类转变既缩小体积又有热量放出，其转变产物是回火屈氏体。

第四类回火转变（Ⅳ）发生在450～600℃温度范围内，这也是一种缩小体积和放出热量的转变。在发生这类转变时，α相发生回复、再结晶，碳化物聚集长大及球化，其转变产物为回火索氏体。(www.xing528.com)

淬火低碳钢由于残余奥氏体量很少，除残余奥氏体转变不明显外，其它与淬火高碳钢回火情况基本相似。根据不同的回火温度，也可获得回火马氏体、回火托氏体和回火索氏体组织。综合各种方法的研究结果，如表8-2所示。

表8-2　淬火碳钢在回火时的组织转变概况

应该指出，淬火碳素钢在等温回火或在缓慢加热回火条件下，回火时发生的不同类型的转变是在不同温度范围内进行的，但这些温度范围可以互相重叠。换句话说，在同一温度，淬火钢中可能进行着几种不同的变化。钢在回火后表现出来的性能是这些变化的综合结果。

根据在不同温度范围内所发生的组织转变的基本特点，钢在回火过程中的四种组织转变类型可以分为五个有区别又互相重叠的阶段：

（1）碳原子的重新分布，即马氏体中碳的偏聚，也称为时效阶段。

（2）过渡碳化物（ε/η或ε′）的沉淀，即马氏体的分解，又称为回火第一阶段。

（3）残余奥氏体的分解，又称为回火第二阶段。

（4）碳化物类型的转变，过渡碳化物（ε/η或ε′）转变为Fe3C，即回火的第三阶段。

（5）Fe3C的粗化和球化，以及等轴铁素体晶粒的形成，即回火的第四阶段。