回火馬氏體

片狀馬氏體經低溫回火（150-250攝氏度）后，得到回火馬氏體。其具有針狀特徵，因此也叫針狀馬氏體。

低溫回火（150-250℃）所得到的組織是回火馬氏體，其性能是：具有高的硬度（HRC58-64）和高的耐磨性，因內應力有所降低，故韌性有所提高。這種回火方法主要用於刃具，量具，拉絲模以及其它要求硬而耐磨的零件。

鋼淬火后的組織是馬氏體及少量殘餘奧氏體，它們都是不穩定的組織，都有向穩定的組織（鐵素體和滲碳體兩相混合物）轉變的傾向。但在室溫下，原子活動能力很差，這種轉變速度極慢。隨著回火溫度的升高，原子活動能力加強，組織轉變便以較快的速度進行。由於組織的變化，鋼的性能也發生相應的變化。

由極細的ε碳化物和低過飽和度的鐵素體組成。過渡相ε碳化物的析出使母體過飽和度減 小，正方度降低，但並不改變淬火馬氏 體的針狀特徵。ε碳化物是極細的並 與母體保持共格聯繫的薄片，彌散分 布，屬正交點陣，分子式為FeC。顯 微鏡下，高碳回火馬氏體為黑色針狀，低碳回火馬氏體為暗板條狀，中碳為兩者的混合。而極細的ε析出物在電 子顯微鏡下才能看到。與鋼的其他組織相比，回火馬氏體具有很高的強度、硬度、耐磨性和韌性。

按回火溫度的不同，回火時淬火鋼的組織轉變可分為四個階段。

80-200℃馬氏體分解，當鋼加熱到約80℃時，其內部原子活動能力有所增加，馬氏體中的過飽和碳開始逐步以碳化物的形式析出，馬氏體中碳的過飽和程度不斷降低，同時，晶格畸變程度也減弱，內應力有所降低。

這種出過飽和程度較低的馬氏體和極細的碳化物所組成的組織，稱為回火馬氏體。

200-300℃殘餘奧氏體分解，當鋼加熱溫度超過200℃時，馬氏體繼續分解，同時，殘餘奧氏體也開始分解，轉變為下貝氏體或回火馬氏體，到300℃時，殘餘奧氏體的分解基本結束。

300-400℃滲碳體的形成，鋼在回火的這一階段，從過飽和固溶體中析出的碳化物轉變為顆粒狀的滲碳體（FeC)。當溫度達到400℃時，α固溶體中過飽和的碳已基本完全析出，α-Fe晶格恢復正常，由過飽和固溶體轉變為鐵素體。鋼的內應力基本清除。

400℃以上滲碳體的聚集長大，在第三階段結束時，鋼內形成了細粒狀滲碳體均勻分佈在鐵素體基體上的兩相混合物，隨著回火溫度的升高，滲碳體顆粒不斷聚集而長大。根據混合物中滲碳體顆粒大小，可將回火組織分為二種：400-500℃內形成的組織，滲碳體顆粒很細小，稱為回火屈氏體。溫度升高到500-600℃時，得到細小的粒狀滲碳體和鐵素體的機械混合物，稱為回火索氏體。

將經過淬火的工件，重新加熱到低於臨界溫度的適當溫度，保溫一段時間，然後以一定方式冷卻下來的金屬熱處理方法。以鋼鐵為例，適當的溫度指適當低於Ac1(共析線) 的溫度。冷卻方式可以是空氣冷卻，也可以在水、油等介質中冷卻。回火是淬火的後續工序。經過淬火的工件，一般都需要進行回火處理。回火的主要目的是：降低脆性、消除內應力、減小工件的變形和開裂傾向；調整硬度提高塑性和韌性，以獲得工件所要求的機械性能；穩定工件尺寸；提高工件內部組織的穩定性，以實現不穩定的不平衡組織轉變為穩定的平衡組織。

回火的種類有多種，以溫度的不同可分為低溫回火 (150～250℃)、中溫回火 (350～450℃) 和高溫回火 (500～680℃)。通常根據對工件機械性能的要求來確定回火溫度。在生產實踐中，硬度的測定比較簡便，常以硬度值作為選擇回火溫度以及工藝的主要參考指標。低溫回火主要應用在各類工具、模具、滾動軸承以及滲碳或表面淬火工件，以達到降低內應力和脆性，保持淬火后的高硬度和耐磨性的目的。中溫回火主要應用於各種彈簧、鍛模、衝擊型工具和其他要求高強度的工件，以獲取適宜的韌性、彈性和好的屈服強度。高溫回火廣泛應用在各種較為重要的結構零件、連桿、螺栓、齒輪和軸類等，既可作為最終熱處理，又可作為預備熱處理 (為下道工序提供組織準備)。通常把淬火加高溫回火稱作“調質”處理。儘管目前有人試用形變熱處理來代替調質處理，但在機械製造行業中，調質的應用仍然十分廣泛。

除了在爐中進行加熱回火的常規方法之外，生產實踐中根據不同的需要，還產生了一些其他回火方法; 如自回火和感應加熱回火。(1) 自回火。在工件進行淬火操作時，不讓冷卻進行到底，而提前中斷冷卻。利用心部的餘熱加熱外部的淬硬層，並達到一定的回火溫度進行回火，保持淬硬層的回火效果。在一些工具、曲軸等工件上，已成功地得到了應用。(2) 感應加熱回火。利用工頻感應加熱回火，可大大縮短工藝時間，易實現自動化，提高生產效率。例如一些形狀簡單的軸承套圈和軸類等均可採用此類回火。(3) 其他回火方法。按加熱方式不同，還有火焰加熱回火、通電加熱回火等。這些方法時效處理的作用與回火近似，時間化費較長。低溫時效處理實際就是補充回火過程。

早在19世紀末，人們就已經知道把鋼從高溫急冷(淬火)時，鋼會從高溫相轉變為較硬的另一種相，為紀念德國冶金學家Adolph Martens，將淬火后形成的相稱為馬氏體。到20世紀50年代，馬氏體定義為符合馬氏體相變基本特徵的相變產物。除了鋼以外，許多鐵合金、有色金屬和合金都有馬氏體。一般鋼內馬氏體的形態是多種多樣的，但就其特徵而言可分為兩類：一類是低碳馬氏體，呈條狀，其亞結構為位錯，稱為條狀或位錯型馬氏體。另一類是高碳馬氏體，呈片狀(針狀、透鏡狀)，其亞結構為細的孿晶，稱為片狀或孿晶型馬氏體。含碳量大約在0.4%～1.0%之間為條狀馬氏體及片狀馬氏體的混合組織。

Fe-C馬氏體的強度主要決定於碳的固溶強化以及自回火的時效強化，孿晶亞結構也有附加強化的作用，原始奧氏體的晶粒大小及馬氏體的大小對強度也具有影響。Fe-N馬氏體的強度也具類似的情況，對替代式固溶體，如Fe-Ni馬氏體的強度主要為固溶強化。Fe-C馬氏體的韌性主要決定於亞結構的類型，孿晶降低韌性。條狀馬氏體的韌性則主要決定於馬氏體領域的大小。低碳的位錯型馬氏體具有相當的強度和良好的韌性，高碳的孿晶型馬氏體具有大的強度但韌性很差。因此，對結構鋼來說，以各種途徑來強化馬氏體的同時，使其亞結構基本保持位錯型，這樣可以兼具強度和韌性。由於Fe-Ni-C合金的形態和M溫度有關係，而形態又和性質有聯繫，因此合金的M溫度也能和其性質聯繫起來，如增加鋼中含碳量，使M降低，促使孿晶形成，馬氏體的形態由條狀(位錯亞結構)變為條狀和片狀(孿晶亞結構)的混合組織，乃至完全形成片狀馬氏體。外加應力、熱處理等均會影響M點，一般合金的M愈高，韌性和塑性也愈好. 但碳雖提高鋼的M點，但仍促使孿晶的形成對鋼的韌性不利。

某些有色合金也具馬氏體，其形態為片狀，內部亞結構具有孿晶和層錯結構兩大類，層錯類型一般有：3R (=ABC…)，9R(=ABCBCACAB)，18R(=AB′CB′CA′CA′BA′BC′BC′AC′AB′)，2H( =AB)，11H(=ABCBCACABAB)或這些層錯的混合類型，都呈層狀。

有色合金馬氏體的強化效應並不顯著，一般也不加以應用，但其中彈性馬氏體，由於其偽彈性和形狀記憶效應能在工業上獲得應用，在最近 一、二十年中，對形狀記憶效應的研究在馬氏體的研究領域中佔了很大比重。