低温回火对未脱溶马氏体性能的影响

为了研究Fe-C马氏体回火脱溶贯序的全过程，尤其是脱溶初期的行为，首先需要获得“新鲜”的即未发生任何脱溶的马氏体，这并非易事。自20世纪60年代以来，一系列的特殊实验研究表明，碳原子偏聚是马氏体回火时脱溶的贯序之首^[1]。

1.超高速、深冷淬火时Fe-C马氏体的硬度

据资料记载^[1]，S.Ansell设计了一种超高速深冷淬火装置，可以10⁴℃/s冷速淬火，冷却到0℃（冰水）后迅速转入－195℃，并且在低温下测定硬度。硬度测定表明，“新鲜”马氏体的硬度大大低于一般马氏体的硬度，并且具有回热到室温后硬度又上升的现象。

将几十种不同碳和合金元素含量的工业用碳素钢及合金钢淬冷至0℃，再迅即冷至－195℃，并在该温度下测定硬度，得到的高速淬冷的Fe-C马氏体硬度与淬冷速度的关系如图7-1所示。由图中可见，低碳钢的淬冷硬度保持在低水平，且H-v曲线为水平的。中高碳钢在低速淬冷时硬度高，在高速淬冷时硬度变低。低速（v₁）的代表值约为1500℃/s，在此冷速范围内，马氏体的硬度（H₁）与一般工业淬火硬度没有什么差异。高速（v₂）的代表值约为23000℃/s，用此速度或更快的速度淬冷，得到的硬度（H₂）显然较低，而且保持恒定。

据此分析，v₁低速区的马氏体与v₂高速区的马氏体不同。在v₂淬冷区获得的马氏体为“新鲜”马氏体，而在普通条件下获得的马氏体已经经历了碳原子从马氏体中脱溶出来而强化的过程。

低碳钢的H₁＝H₂，表明随着含碳量的降低，ΔH之值逐渐减小。

若将中、高碳钢淬冷到－196℃，再加热至室温测定硬度，则H₁不变，而H₂随着时间的延长逐渐回升至H₁。图7-2所示为将碳的质量分数为0.3％的碳素钢超高速淬冷再加热至室温（20℃）后放置时间与硬度的关系，可见，这个过程约需1h，由此证明ΔH是由碳原子的偏聚造成的。

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图7-2 超高速淬冷再加热至室温后放置时间与硬度的关系

2.“新鲜”马氏体回火时电阻率的变化

图7-3所示为不同含碳量的Fe-Ni-C合金淬冷后等温回火温度对电阻率的影响^[2]。图中给出电阻率之差（ρ₂－ρ₁）与回火温度的关系，ρ₂为等温回火后（在冷却到－195℃测定）的电阻率，ρ₁为淬冷态的电阻率。

众所周知，固溶态组织的电阻率高于分离态。从图7-3中可见，碳的质量分数大于0.08％时，在－40～100℃区间内，（ρ₂－ρ₁）＞0，表明电阻率升高，说明此时没有碳化物析出。应该考虑的是，此时在马氏体中形成了类似于G.P区的溶质原子“均匀偏聚”的过程。当碳的质量分数小于0.08％时，在－40～100℃区间内，（ρ₂－ρ₁）＜0，表明马氏体发生了碳在位错线上的偏聚——“非均匀偏聚”，这是降低电阻率的因素。然而，仍有少量碳原子在其最有利的温度发生G.P区的原子均匀偏聚过程。随着含碳量的增加，均匀偏聚的碳原子越来越多，逐渐使电阻率Δρ值大于零。

图7-3 Fe-Ni-C合金马氏体等温回火后的电阻率

“新鲜”马氏体的制备及回火时电阻率的测定，为Fe-C马氏体脱溶初期行为的研究提供了重要的试验数据，促进了碳原子偏聚理论的形成和对Fe-C马氏体脱溶贯序的认识。