优化残留奥氏体在钢铁材料中的转变

马氏体和贝氏体相变都具有转变的不彻底性，因此，钢淬火后总是存在一定数量的残留奥氏体。w_C＞0.5％的碳钢或低合金钢淬火后，有可观数量的残留奥氏体（体积分数为10％～38％）。残留奥氏体随淬火加热时奥氏体中碳和合金元素含量的增加而增多。高碳钢淬火后于250～300℃之间回火时，将发生残留奥氏体分解。图7-15所示为w_C＝1.06％的钢于1000℃淬火，并经不同温度回火保温30min后，用X射线测定的残留奥氏体量的变化（淬火后残留奥氏体体积分数尚存35％）。由图中可见，随着回火温度升高，残留奥氏体量减少，在140℃回火时已有少量残留奥氏体开始分解。

1.残留奥氏体向珠光体及贝氏体的转变

将淬火钢加热到Ms点以上、临界点A₁以下的各个温度等温，可以观察到残留奥氏体的等温转变，在高温区将转变为珠光体，在中温区将转变为贝氏体，但其等温转变动力学曲线与原过冷奥氏体的转变曲线不完全相同。图7-16所示为高碳铬钢残留奥氏体和过冷奥氏体的等温转变动力学曲线^[11]，图中虚线为原过冷奥氏体，实线为残留奥氏体。由图中可见，马氏体的存在对珠光体转变的影响不大，但对于贝氏体转变，马氏体的存在则可以使之显著加快。金相观察证明，贝氏体均在马氏体与奥氏体的交界面上形核，故马氏体的存在增加了贝氏体的形核部位，从而使转变加快；但当马氏体量多时，反而使贝氏体转变变慢，这可能与残留奥氏体的状态有关。

图7-15 w_C＝1.06％的钢油淬后残留奥氏体量和回火温度的关系

图7-16 铬钢两种奥氏体的等温转变动力学曲线(www.xing528.com)

碳钢中的残留奥氏体在回火加热过程中极易分解，故难以观察到等温转变，在加热到200～300℃范围内时将发生分解，即所谓碳钢回火时的第二个转变。加入合金元素将使第二个转变的温度范围上移。合金元素含量足够多时，残留奥氏体在加热过程中可能先不发生分解，而是在加热到较高温度时在等温过程中发生转变。

2.残留奥氏体向马氏体的转变

如将淬火钢加热到低于Ms点的某一温度保温，则残留奥氏体有可能等温转变为马氏体。例如，GCr15钢经1100℃淬火，残留奥氏体的体积分数为17％，Ms点为159℃，至室温后再重新加热到低于159℃的各个温度等温，用电阻分析法测出各温度下的等温转变曲线如图7-17所示。对这些曲线进行分析后得出，在Ms点以下所发生的是受已形的成马氏体分解所控制的马氏体等温转变，即在已形成的马氏体发生分解后，残留奥氏体能等温转变为马氏体。由图中还可以看到，在Ms点以下，等温转变量很少，但应指出，这一少量的转变与精密工具及量具的尺寸稳定性密切相关。

在合金模具钢和高速工具钢的淬火组织中往往含有大量残留奥氏体，使淬火钢硬度降低。这种淬火组织在回火时往往不发生残留奥氏体的等温分解，而是在随后的回火冷却过程中转变为马氏体组织，称为二次淬火。这类钢经过2～3次回火，可以消除残留奥氏体。

图7-17 GCr15钢残留奥氏体等温转变动力学曲线^[12]