鍛件淬火之后，其中的馬氏體與殘余奧氏體都是不穩(wěn)定的組織，它們有自發(fā)向穩(wěn)定組織轉(zhuǎn)變的趨勢，如馬氏體中過飽和的碳要析出、殘余奧氏體要分解等。為了促進(jìn)這種轉(zhuǎn)變，可進(jìn)行回火。回火是一個由非平衡組織向平衡組織轉(zhuǎn)變的過程，這個過程是依靠原子的遷移和擴散進(jìn)行的。冋火溫度越高，擴散速度就越快；反之，擴敗速度就越慢。
鍛件隨著回火溫度的升高，淬火組織將發(fā)生一系列變化。根據(jù)組織轉(zhuǎn)變的情況，回火一般分為4個階段：馬氏體分解、殘余奧氏體分解、碳化物轉(zhuǎn)變、碳化物的聚集長大和鐵素體的再結(jié)晶。
鍛件回火第一階段（≤200℃)—馬氏體分解。在80℃以下溫度回火時，淬火鋼沒有明S的組織轉(zhuǎn)變，此時只發(fā)生馬氏體中碳的偏聚，而沒有開始分解。在80-200℃回火時，馬氏體開始分解，析出極細(xì)微的碳化物，使馬氏體中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低。
鍛件在這一階段中，由于回火溫度較低，馬氏體中僅析出了一部分過飽和的碳原子，所以它仍是碳在a-Fe中的過飽和固溶體。析出的極細(xì)微碳化物均勻分布在馬氏體基體上。這種過飽和度較低的馬氏體和極細(xì)微碳化物的混合組織稱為回火馬氏體。
鍛件回火第二階段（200-300℃)—殘余奧氏體分解。當(dāng)溫度升至200-300℃時，馬氏體分解繼續(xù)進(jìn)行，但占主導(dǎo)地位的轉(zhuǎn)變已是殘余奧氏體的分解過程了。殘余奧氏體分解是通過碳原子的擴散先形成偏聚區(qū)，進(jìn)而分解為α相和碳化物的混合組織，即形成下貝氏體。此階段鋼的硬度沒有明顯降低。
鍛件回火第三階段（250-400℃）—碳化物轉(zhuǎn)變。在此溫度范圍，由于溫度較高，碳原子的擴散能力較強，鐵原子也恢復(fù)了擴散能力，馬氏體分解和殘余奧氏體分解析出的過渡碳化物將轉(zhuǎn)變?yōu)檩^穩(wěn)定的滲碳體。
隨著碳化物的析出和轉(zhuǎn)變，馬氏體中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不斷降低，馬氏體的晶格畸變消失，馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體，得到鐵素體基體內(nèi)分布著細(xì)小粒狀（或片狀）滲碳體的組織，該組織稱為回火托氏體。此階段淬火應(yīng)力基本消除，硬度有所下降，塑性、韌性得到提高。
鍛件回火第四階段（＞400℃）—碳化物的聚集長大和鐵素體的再結(jié)晶。由于回火溫度已經(jīng)很高，碳原子和鐵原子均具有較強的擴散能力，第三階段形成的滲碳體薄片將不斷球化并長大。在500-600℃以上時，α相逐漸發(fā)生再結(jié)晶，使鐵素體形態(tài)失去原來的板條狀或片狀，而形成多邊形晶粒。此時組織為鐵素體基體上分布著粒狀碳化物，該組織稱為回火索氏體。回火索氏體具有良好的綜合力學(xué)性能。此階段內(nèi)應(yīng)力和晶格畸變完全消除。
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