温度/?C800700
AA?SA?PA1A'600500A?TA?B上转变终了线4003002001000Mf-1000110102103105104时间/s转变开始线MsA?B下A?MM+A'图4-4 共析钢过冷A'等温转变图
共析钢过冷奥氏体在Ar1线以下不同温度会发生三种不同的转变，即珠光体转变、贝氏体转变和马氏体转变。亚共析钢和过共析钢过冷奥氏体的等温转变曲线与共析钢的奥氏体等温转变曲线相比，它们的C曲线分别多出一条先共析铁素体析出线或先共析渗碳体析出线。
6.3.1 珠光体转变：共析成分的奥氏体过冷到Ar1～550℃高温区等温停留时，将发生共析转变，转变产物为珠光体型组织，都是由铁素体和渗碳体的层片组成的机械混合物。由于过冷奥氏体向珠光体转变温度不同，珠光体中铁素体和渗碳体片厚度也不同。在Ar1～650℃范围内，片间距较大，称为珠光体（P）；在650℃～600℃范围内，片间距较小，称为索氏体（S）；在600℃～550℃范围内，片间距很小，称为托氏体（T）。
珠光体组织中的片间距愈小，相界面愈多，强度和硬度愈高；同时由于渗碳体变薄，使得塑性和韧性也有所改善。
6.3.2 贝氏体转变：共析成分的奥氏体过冷到550℃～Ms的中温区停留时，将发生过冷奥氏体向贝氏体的转变，形成贝氏体（B）。由于过冷度较大，转变温度较低，贝氏体转变时只发生碳原子的扩散而不发生铁原子的扩散。因而，贝氏体是由于含过饱和碳的铁素体和碳化物组成的两相混合物。
按组织形态和转变温度，可将贝氏体组织分为上贝氏体（B上）和下贝氏体（B下）两种。上贝氏体是在550～350℃温度范围内形成的。由于脆性较高，基本无实用价值；下贝氏体是在350℃～Ms点温度范围内形成的。它由含过饱和碳的细小针片状铁素体和铁素体片
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内弥散分布的碳化物组成，因而，它具有较高的强度和硬度、塑性和韧性。在实际生产中常采用等温淬火来获得下贝氏体。
下贝氏体典型形貌
当温度较低（350℃～Ms）时，碳原子扩散能力低，铁素体在奥氏体的晶界或晶内的某些晶面上长成针状。尽管最初形成的铁素体固溶碳原子较多，但碳原子不能长程迁移，因而不能逾越铁素体片的范围，只能在铁素体内一定的晶面上以断续碳化物小片的形式析出，从而形成下贝氏体。
6.3.3 马氏体转变：
转变温度：与前两种转变不同的是，马氏体转变不是等温转变，而是在一定温度范围内（Ms～Mf）快速连续冷却完成的转变。随温度降低，马氏体量不断增加。过冷奥氏体在马氏体开始形成温度Ms以下转变为马氏体，这个转变持续至马氏体形成终了温度Mf。在Mf以下，过冷奥氏体停止转变。合金元素对这两个温度点有影响。例如，碳含量增多，Ms、Mf点降低。
残余奥氏体：经冷却后未转变的奥氏体保留在钢中，称为残余奥氏体。在Ms与Mf温度之间过冷奥氏体与马氏体共存。在Ms温度以下，到达的转变温度越低，残余奥氏体量越少。而实际进行马氏体转变的淬火处理时，冷却只进行到室温，这时奥氏体不能全部转变为马氏体，还有少量的奥氏体未发生转变而残余下来，成为残余奥氏体。过多的残余奥氏体会降低钢的强度、硬度和耐磨性，而且因残余奥氏体为不稳定组织，在钢件使用过程中易发生转变
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而导致工件产生内应力，引起变形、尺寸变化，从而降低工件精度。因此，生产中常对硬度要求高或精度要求高的工件，淬火后迅速将其置于接近Mf的温度下（通常零度以下），促使残余奥氏体进一步转变成马氏体，这一工艺过程称为“冷处理”。
典型的马氏体形貌：由于转变温度较低，原奥氏体中溶解的过多碳原子没有能力进行扩散，致使所有溶解在原奥氏体中的碳原子难以析出，从而使晶格发生畸变，含碳量越高，畸变越大，内应力也越大。马氏体实质上就是碳溶于α-Fe中过饱和间隙固溶体。
马氏体的强度和硬度主要取决于马氏体的碳含量。当马氏体（原奥氏体）中Wc低于0.2%时，可获得呈一束束尺寸大体相同的平行条状马氏体，称为板条状马氏体。当钢的组织为板条状马氏体时，具有较高的硬度和强度、较好的塑性和韧性。
当马氏体中Wc大于0.6%时，得到针片状马氏体。片状马氏体具有很高的硬度，但塑性和韧性很差，脆性大。当Wc在0.2%～0.6%之间时，低温转变得到板条状马氏体与针状马氏体混合组织。随着碳含量的增加，板条状马氏体量减少而针片状马氏体量增加。
6.4 钢在连续冷却时的转变：
在实际生产中，奥氏体的转变大多是在连续冷却过程中进行，故有必要对过冷奥氏体的连续冷却转变曲线有所了解。
TA1PsPf炉冷空冷MsMfAK水冷vk油冷vk'S图4-6 共析钢的CCT曲线
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连续冷却转变曲线又称CCT图。图中Ps和Pf表示A→P的开始线和终了线，K线表示A→P的终止线，若冷却曲线碰到K线，这时A→P转变停止，继续冷却时奥氏体一直保持到Ms点温度以下转变为马氏体。
Vk称为临界冷却速度，也称为上临界冷却速度，它是获得全部马氏体组织的最小冷却速度。Vk愈小，钢在淬火时越容易获得马氏体组织，即钢接受淬火的能力愈大。
Vk’为下临界冷却速度，是保证奥氏体全部转变为珠光体的最大冷却速度。Vk’越小，则退火速度要求越慢，所需时间越长。 6.5 普通热处理
普通热处理是将工件整体进行加热、保温和冷却，以使其获得均匀的组织和性能的一种操作。它包括退火、正火、淬火和回火。适用于最终热处理和预处理。 6.5.1 退火
退火是将钢加热到加热到临界点以上或在临界点以下某一温度，保温一定时间，然后十分缓慢进行冷却的热处理工艺。
退火的目的是降低硬度，提高塑性，改善切削加工性能，消除钢种的内应力，细化晶粒，均匀组织。退火工艺可分为：完全退火、等温退火、球化退火、去应力退火等。 6.5.2 正火
正火是将钢件加热至Ac3（加热时F→A的临界温度）或Accm（加热时Fe3CⅡ→A的临界温度）以上30-50℃或更高一些的温度，经保温使之完全奥氏体化，然后在静止的空气中冷却的一种热处理工艺。
正火的冷却速度较快，过冷度较大，得到的珠光体组织较细，因此，强度和硬度等力学性能优于退火处理。 6.5.3 淬火
淬火是将钢件加热到Ac3或Ac1（加热时P→A的临界温度）点以上30-50℃，经适当保温后，然后用水、油或盐水以大于v（上临界冷却速度，获得全部马氏体组织的最小冷却速度）k的冷却速度冷却而获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺。提高零件的硬度和耐磨性，强化材料。但淬火后，出现内应力，材料变脆，须回火。
淬火的目的就是获得马氏体。但淬火必须和回火相配合，否则淬火后得到了高硬度，高强度，但韧性，塑性低，不能得到优良的综合机械性能。
淬火是一种复杂的热处理工艺，又是决定产品质量的关键工序之一，（淬火后要得到细小的马氏体组织又不致于产生严重的变形和开裂）就必须根据钢的成分、零件的大小，形状
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等，结合C曲线合理地确定淬火加热和冷却方法。
钢的淬透性：是指钢在淬火时获得淬硬层的能力。淬硬层一般规定为工件表面至半马氏体（马氏体量占50%）之间的区域，它的深度叫淬硬层深度。不同的钢在同样的条件下淬硬层深度不同，说明不同的钢淬透性不同，淬硬层较深的钢淬透性较好。
钢的淬硬性：是指钢以大于临界冷却速度冷却时，获得的马氏体组织所能达到的最高硬度。钢的淬硬性主要决定于马氏体的含碳量，即取决于淬火前奥氏体的含碳量。淬透性好，淬硬性不一定好，同样淬硬性好，淬透性亦不一定好。
影响淬透性的因素：
① 化学成分——C曲线距纵坐标愈远，淬火的临界冷却速度愈小，则钢的淬透性愈好。对于碳钢，钢中含碳量愈接近共析成分，其C曲线愈靠右，临界冷却速度愈小，则淬透性愈好，即亚共析钢的淬透性随含碳量增加而增大，过共析钢的淬透性随含碳量增加而减小。除Co和Al以外的大多数合金元素都使C曲线右移，使钢的淬透性增加，因此合金钢的淬透性比碳钢好。
② 奥氏体化的条件——奥氏体化温度越高，保温时间越长，所形成的奥氏体晶粒也就越粗大，使晶界面积减少，这样就会降低过冷奥氏体转变的形核率，不利于奥氏体的分解，使其稳定性增大，淬透性增加。
火力发电厂用的汽轮机、发电机转轴，高温汽缸螺栓等承受复杂弯曲和扭转力和疲劳冲击载荷的零件，要求淬透性高。保持截面组织均匀、性能均匀。 6.5.4 回火
回火是将淬硬了的钢件重新再加热到Ac1点以下某一温度，保温一段时间，然后冷却至室温的热处理工艺。是淬火的后续工序。以达到设计图纸要求的硬度，消除内应力。
淬火钢硬度高，脆性大，存在着淬火内应力，且淬火后的组织马氏体和残余奥氏体都处于非平衡状态，是一种不稳定的组织，在一定条件下，经过一定的时间后，组织会向平衡组织转变，导致工件的尺寸形状改变，性能发生变化，为克服淬火组织的这些弱点而采取回火处理。
回火的目的：降低淬火钢的脆性，减少或消除内应力，使组织趋于稳定并获得所需要的性能。
回火过程中的组织变化：共析钢在淬火后，得到的马氏体和残余奥氏体组织是不稳定的，存在着向稳定组织转变的自发倾向。回火加热可加速这种自发转变过程。根据转变发生的过程和形成的组织，回火可分为四个阶段：
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