淬火钢中温回火分析
淬火钢在350-500℃为中温回火，其得到的组织为回火托氏体，α固溶体中过饱和的碳逐渐析出，ε-碳化物转变为稳定的较小的Fe3C颗粒，α固溶体中的含碳量几乎达到平衡成分，故马氏体变成铁素体（c/a≈1），体心正方晶格变成体心立方晶格，此时组织为“铁素体与弥散在其中的细粒状渗碳体的混合物”,称为“回火托氏体”。
图3-2中针状为铁素体，另还有一些颗粒状的渗碳体，但看的不是很清晰（针状铁素体+粒状的渗碳体的两相组织称为回火托氏体）。
通过金相实验制备，用金相显微镜放大400倍观察得出如上图3-2所示，图3-3为回火托氏体的组织图，把两个图进行对比发现都可以看到针状铁素体和一些粒状的渗碳体，这种两相组织便是我们要得到得回火托氏体组织。
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第四章 实验总结分析
4.1、热处理实验总结
4.1.1、钢在淬火时的组织转变
一、奥氏体的形成
大多数热处理工艺的加热温度都高于钢的临界点（A1或A3），使钢具有奥氏体 组织，然后以一定的冷却速度冷却，以获得所需的组织和性能。
铁碳合金缓慢加热时奥氏体的形成可以从Fe-Fe3C相图中反映出来，珠光体向 奥氏体的转变属于扩散型相变。以共析钢为例，珠光体组织在A1（727℃）以 下，组织保持不变（α相中碳的溶解度及Fe3C的形状稍有变化）；当加热到A1 点以上时，珠光体全部转变为奥氏体。 奥氏体的形成过程可以分为四个步骤：
①奥氏体晶核的形成 ②奥氏体晶粒长大 ③残余渗碳体溶解 ④奥氏体成分均匀化
对于亚共析钢（过共析钢），当缓慢加热到A1以上时，除珠光体全部转化为奥氏体外，还有少量先共析铁素体转变为奥氏体（过共析钢二次渗碳体溶解）,随着温度升高，先共析铁素体不断向奥氏体转变，当温度高于A3时，组织为单相奥氏体。本实验材料得到的淬火组织就为单相奥氏体。 二、影响珠光体向奥氏体转变的因素 1、温度的影响
提高温度，原子的扩散能力增大。特别是碳原子在奥氏体中的扩散能力增大，奥氏体的形成速率加快。
2、钢中含炭量增加，铁素体与渗碳体的相界面总量增多，有利于加速奥氏体形 成。
3、钢中加入合金元素，可影响奥氏体的形成①强碳化合物②减缓C的扩散，减 缓A的形成③非碳化物形成元素加速A形成。
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4、钢组织中珠光体越细，奥氏体形成速度越快（相界面积大）。加热速度越快，奥氏体形成温度升高，形成速度越快。
4.1.2、钢在回火时的组织转变
通过加热使钢转变为均匀的奥氏体组织后，仅完成了热处理的加热准备工作，将高温奥氏体以不同的冷却速度冷却，获得所需的组织与性能，才是热处理的最终目的。
高温奥氏体组织是稳定的，如冷却到A1以下，奥氏体就处于不稳定状态（过冷态），称为过冷奥氏体。不同的过冷度，奥氏体发生转变的过程不同：①转变开始与转变终了的时间不同；②转变后产物的组织与性能不同 一、珠光体型转变——高温转变（A1—550℃）
1、转变过程及特点
过冷奥氏体在A1—550℃温度范围内，将分解为珠光体类组织。当奥 氏体被过冷至A1以下温度时，在奥氏体晶界处（含碳量高）优先产生渗碳体的核心，然后依靠奥氏体不断供应碳原子（随着冷却，奥氏体溶解碳的能力下降，碳从奥氏体内向晶界扩散），渗碳体沿一定方向逐渐长大，而随着渗碳体的长大，又使其周围的奥氏体碳浓度下降，这就促使贫碳的奥氏体局部区域转变成铁素体（即渗碳体两侧出现铁素体晶核），在渗碳体长大的同时，铁素体也不断长大，而随着铁素体的长大，必然将多余的碳排挤出去，这就有利于形成新的渗碳体晶核。最终形成了相互交替的层片状渗碳体和铁素体——珠光体。排列方向相同的铁素体与渗碳体区域，称为珠光体晶粒。珠光体一直长大到与相邻的珠光体互相接触，而奥氏体全部转化为珠光体为止。
转变特点：过冷奥氏体转变为珠光体是扩散型相变。
2、分类
在高温转变区形成的珠光体类组织，虽然都是渗碳体与铁素体的混合物，但由于过冷度大小不同，其片层距差别很大：
A1—650℃, 形成的组织层间距较大，在400-500倍的金相显微镜下即可分辨，称为珠光体P。650℃—600℃，形成的组织分散度较大，层间距较小，在800-1000倍的金相显微镜下才能分辨，称为索氏体S。
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600℃—550℃，形成的组织，层间距很小，只有在电子显微镜下放大几千倍才能分辨，称为屈氏体或托氏体。珠光体、索氏体、屈氏体都是珠光体类组织，本质上没有任何区别，只是渗碳体、铁素体片的厚度不同而已。从珠光体到索氏体、屈氏体，随着层间距的减小，强度和硬度依次升高。
二、贝氏体型转变——中温转变（550℃—Ms） 1、转变过程及特点
过冷奥氏体在550℃—Ms（共析钢的Ms约230℃）温度范围内，转变为贝氏体类组织。由于过冷度增大，铁原子的扩散很困难，碳原子的扩散能力也显著减弱，扩散不充分，形成渗碳体所需的时间增长。过冷奥氏体在这一温度范围内的转变产物仍是铁素体和渗碳体的混合物，但它与珠光体有本质的区别：贝氏体转变由于冷却速度快，渗碳体已不能呈片状析出。碳的扩散速度受到很大限制，部分碳来不及析出，固溶在铁素体中形成过饱和的铁素体。因此，贝氏体型转变产物是过饱和的铁素体与渗碳体的混合物。
转变特点：过冷奥氏体向贝氏体转变是一种半扩散型相变。
2、分类
贝氏体组织形态比较复杂，根据其中铁素体与渗碳体的分布形态的不同，分为上贝氏体B上和下贝氏体B下。上贝氏体B上：是过冷奥氏体在550℃--350℃范围内的转变产物，其中过饱和铁素体形成密集而相互平行的羽毛状扁片，一排一排地由晶界伸向晶内，渗碳体呈短杆状断断续续地分布在铁素体扁片之间。（上贝氏体由于转变温度较高，渗碳体长得较大）
上贝氏体的组织形态决定了其强度较低，塑性、韧性较差。
下贝氏体B下：是过冷奥氏体在350℃--Ms范围内的转变产物。其中过饱和的铁素体呈针片状，比较散乱地成角度分布，而极细小的渗碳体质点呈弥散状分布在过饱和铁素体内。在金相显微镜下下贝氏体呈竹叶状特征。（下贝氏体由于转变温度较低，渗碳体来不及长大，而呈质点状）
下贝氏体组织具有较高的强度、硬度，良好的塑性、韧性，即具有良好的综合机械性能。生产上常用等温淬火法来获得下贝氏体组织。
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三、马氏体型转变——低温转变（Ms—Mz） 1、转变过程
当过冷度很大，奥氏体被快速冷却至Ms时，由于碳原子已无法扩散，上述珠光体或贝氏体等扩散型相变已不可能进行，奥氏体只能进行非扩散型的晶格转变。碳原子来不及扩散，被完全固溶于铁素体内，形成过饱和的铁素体，这种过饱和的铁素体就是马氏体M。所以马氏体的含碳量与相应的奥氏体含碳量相同。
室温下铁素体的含碳量仅为0.0008%,而马氏体的含碳量与奥氏体相同，故马氏体的过饱和程度很大，此时过饱和的铁素体的某些棱边被撑长，形成了体心正方晶格。由于碳原子过饱和造成的晶格畸变严重，故马氏体具有很高的硬度，而塑性、韧性较低。
马氏体的高硬度决定了它是钢中的重要强化组织，也是淬火钢的基本组织，凡是要求高硬度、高耐磨性的零件，都需要经过淬火获得马氏体组织。 马氏体的硬度主要与含碳量有关，与其他合金元素关系不大。因为合金元素在马氏体晶格中，不是处于间隙位置，而是置换了某些铁原子的位置，它对马氏体晶格歪扭和畸变的作用远不及碳的作用大。
4.2、合金元素对钢的影响分析
4.2.1、合金元素在钢中的作用
1． 溶解于铁起固溶强化作用
几乎所有合金元素均能不同程度地溶于铁素体、奥氏体中形成固溶体，使钢的强度、硬度提高，但塑性韧性有所下降。使钢具有强韧性的良好配合。 2．形成碳化物，起第二相强化、硬化作用
按照与碳之间的相互作用不同，常用的合金元素分为非碳化物形成元素和碳化物形成元素两大类。碳化物形成元素包括Ti、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn等，它们在钢中能与碳结合形成碳化物，如TiC、VC、WC等，这些碳化物一般都具有高的硬度、高的熔点和稳定性，如果它们颗粒细小并在钢中均匀分布时，则显著提高钢的强度、硬度和耐磨性。
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