碳原子的重新分布：时效阶段的影响

该阶段一般发生在100℃以下温度区间。碳原子的重新分布（偏聚）可以认为是第二阶段——马氏体分解的准备阶段。已经知道，马氏体是碳在α—Fe中的过饱和间隙固溶体，碳原子分布在体心立方的扁八面体位置，使晶体产生了较大的弹性变形，这部分弹性变形能储存在马氏体内，加之晶体点阵中的微观缺陷较多，因此使马氏体的能量增高，处于不稳定状态。处于不稳定状态的淬火马氏体在室温附近，甚至在更低的温度停留，碳原子可以作一定距离的迁移，造成碳原子向微观缺陷处偏聚。

一般来说，马氏体的形态主要有两种形式，即板条马氏体和片状马氏体。前者的精细结构主要是位错，而后者的亚结构主要为孪晶。因而，在回火过程中，碳在不同马氏体形态中的偏聚方式也不同。

对于板条状马氏体，由于晶体内部存在大量位错，碳原子倾向处于位错线附近，形成碳的偏聚区。这样，间隙位置的弹性变形减小，能量降低。碳原子的偏聚，与位错密度和碳原子的扩散能量有一定的关系。位错密度愈高，碳原子发生偏聚的可能性愈大；碳原子扩散能力加大，则有利于碳原子向位错线附近的迁移，从而促使碳原子偏聚区的形成。

对于片状马氏体，由于亚结构主要是精细孪晶，没有足够的位错线储存间隙原子，因而一般不形成碳原子在位错线附近的偏聚。试验结果表明，在室温下，孪晶马氏体的碳原子一般在某结晶面上富集成比平均碳浓度高的一片片小集团。但是，碳原子在这些界面上富集的稳定性，比在位错线附近偏聚的稳定性小。(www.xing528.com)

在室温附近回火，马氏体组织中造成的碳富集区，使马氏体点阵畸变，从而使钢的硬度、强度有所提高。很明显，这是一种典型的时效过程，因此有人称之为钢的时效阶段。图8-1为Fe—1.13%C合金在盐水中淬火，接着在液氮中冷却，然后在室温及60℃时发生时效时的硬度变化情况。

图8-1　Fe—1.13%C合金在室温及60℃时发生时效时硬度的变化

无论是板条马氏体还是片状马氏体，在低温回火时，当碳的富集区形成亚稳定的碳化物时，说明碳钢的回火已经进入回火第一阶段——马氏体分解阶段。