碳化物析出与转变：影响因素与机理研究

250～400℃的温度范围属于回火的第三个阶段。在这个阶段，将有渗碳体（θ碳化物）形成，α相的含碳量逐渐降至ω（C）=0.1%以下，位错重新排列，密度下降，孪晶逐渐消失，但仍保持着马氏体的外形。碳含量ω（C）低于0.2%的低碳马氏体在200℃以上回火时，将在碳偏聚区直接析出θ碳化物；高碳马氏体在250℃以上回火时，将通过ε碳化物和χ碳化物等亚稳碳化物的转化，在（112）α'和（110）α'晶面上及马氏体晶界上形成稳定的渗碳体（θ碳化物）。

低碳马氏体因Ms点较高，故在淬火冷却过程中已形成的马氏体可能发生自回火，在碳的偏聚区直接析出渗碳体。

高碳马氏体在回火温度高于250℃时，ε碳化物将逐渐回溶于基体。新的亚稳χ碳化物将通过独立形核长大的方式在孪晶界面上析出。χ碳化物呈薄片状，具有单斜点阵，其组成为Fe5C2，可用χ-Fe5C2表示。χ碳化物的惯习面为{112}α'，与基体α'之间存在的位向关系为（100）χ∥（）α'，（010）χ∥（101）α'，[011]χ//[11]α'。

回火温度进一步升高时，ε碳化物和χ碳化物又将转变为稳定的θ碳化物，即渗碳体Fe3C。ε-Fe2。4C转变为θ-Fe3C时是通过ε-Fe2。4C溶解、θ-Fe3C独立形核长大的方式进行的。χ-Fe5C2转变为θ-Fe3C时既可能是通过原位转变的方式进行的，也可能是通过χ-Fe5C2溶解θ-Fe3C而独立形核长大的方式进行的。θ-Fe3C具有正交点阵，惯习面为{110}α'或{112}α'，呈条片状，其与基体之间亦存在Багаряцкнй位向关系：（001）θ∥（）α'，[010]θ∥[]α'，[100]θ∥[]α'。所以，淬火高碳钢回火过程中的碳化物转变序列可能为：α'→（α+ε）→（α+ε+χ）→（α+ε+χ+θ）→（α+χ+θ）→（α+θ）。回火过程中碳化物的转变主要决定于回火温度，但也与回火时间有关，随着回火时间的延长，发生碳化物转变的温度降低，如图18-7所示。(www.xing528.com)

图18-7　淬火高碳钢回火时3种碳化物的析出范围

渗碳体的形成也经历了形核与长大两个过程。随着回火温度的升高，扩散速度加快，渗碳体的形核与长大过程也加快、渗碳体的初始形态呈极薄的片状，在400℃左右回火时。渗碳体聚合、变粗并开始球化。温度继续升高，粒状渗碳体不断长大。回火温度越高，渗碳体颗粒的尺寸越大。

高碳钢淬火所得到的片状马氏体的亚结构主要是孪晶。当回火温度高于250℃时，马氏体片中的孪晶开始消失，但沿孪晶界面析出的碳化物仍显示出孪晶特征。当回火温度达到400℃时。孪晶全部消失，出现胞块。但α相仍保留着马氏休的形貌特征。在300～350℃，α相的碳浓度已降低到ω（C）=0.1%左右。