鋼的淬火與回火是熱處理工藝中最重要的工序。淬火可以顯著地提高鋼的硬度，為了消除淬火鋼的殘余內(nèi)應(yīng)力，同時(shí)，得到不同強(qiáng)度、硬度和韌性，淬火后，需要進(jìn)行不同溫度的回火。所以，淬火和回火是不可分割的緊密銜接在一起的兩種熱處理工藝。
淬火工藝是將鋼加熱到高溫，完全奧氏體化后快速冷卻形成馬氏體組織。不過(guò)到目前為止，對(duì)馬氏體形核的了解還很粗淺，至今還未形成一個(gè)能為大家接受的理論。為此研究了幾種工業(yè)用鋼在淬火時(shí)馬氏體的形成過(guò)程，通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出上述鋼種馬氏均優(yōu)先在晶界形成且為片狀，同時(shí)發(fā)現(xiàn)Mo鋼中晶界馬氏體少，并且馬氏體片很小，而Cr、Mn鋼中晶界馬氏體較多且為大的片狀，生產(chǎn)中Mo鋼的回火脆性較小，Cr、Mn鋼的回火脆性較大，由于這種原因，我們對(duì)晶界處優(yōu)先形成馬氏體的原因進(jìn)行了初步的討論，并分析了晶界形成片狀馬氏體的原因，同時(shí)預(yù)計(jì)晶界的片狀馬氏體可能是產(chǎn)生第一類回火脆性的原因之一。
1.實(shí)驗(yàn)材料及實(shí)驗(yàn)方法
1.1實(shí)驗(yàn)材料：
工業(yè)用鋼：65Mn 60Si2Mn 9CrSi CrWMn 5CrMnMo 42CrMo
選材原因：(1)幾種材料含C量不同，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更具有代表性；
(2)含Cr，Mn的鋼回火脆性大，含Mo的鋼回火脆性??；
(3)選用兩種Mo鋼有利于找了它們的共同點(diǎn)。
1.2實(shí)驗(yàn)方法：
試樣制備過(guò)程如下：
a)、把已有的材料切成小的圓柱狀，高約5mm左右。
b)、實(shí)驗(yàn)時(shí)為了便于操作試樣，在每個(gè)試樣上均打一個(gè)小孔，用細(xì)鐵絲栓住。
c)、將高溫爐加熱到試樣實(shí)驗(yàn)溫度，然后試樣放入爐中保溫十分鐘，使其完全奧氏體化。
d)、將試樣從爐中拿出快速放入等溫槽中，等溫槽的溫度略低于試樣的Ms點(diǎn)，然后快速攪動(dòng)，使其冷速加快，防止生成屈氏體等組織。等溫約兩分鐘，使先生成的馬氏體進(jìn)行回火。
e)、將試樣從等溫槽中拿出放入水中淬火。
加熱在SX2—12—16箱式電阻爐中進(jìn)行(最高溫度1600℃，最大功率：12KW)。
淬火在SG—5—12坩堝電阻爐爐中進(jìn)行(最高溫度700℃)。
爐中介質(zhì)為：55％的硝酸鉀和45％的亞硝酸鈉，熔點(diǎn)約為130℃。
金相觀察在Olympus—BH顯微鏡上進(jìn)行。觀察前需要打磨和拋光，由于在高溫爐中保溫時(shí)，試樣表面脫碳嚴(yán)重，所以在拋光前先將試樣在砂輪上磨掉1-2mm，拋光后用2％的硝酸酒精輕輕腐蝕，使其在顯微鏡上能看出回火馬氏體和變溫馬氏體在顏色上的反差。
在Olympus—BH金相顯微鏡得到金相照片。
2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
2.1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：
2.2幾種工業(yè)用鋼經(jīng)不同的熱處理工藝得到的金相組織如下圖示：
2.3晶界片狀馬氏體的分析
2.3.1形核條件
奧氏體晶界處原子排列十分紊亂，正是由于這種排列的無(wú)規(guī)律性，使得個(gè)別的晶界處原子排列接近體心立方而成為預(yù)存核胚，隨母相達(dá)冷度的增大，其臨界晶核尺寸變小，這些區(qū)域便成為了馬氏體晶胚，但這種能成為預(yù)存核胚的區(qū)域很少，也就是說(shuō)晶界處的形核率很小，預(yù)存核胚周圍的原子均不具備形核條件，它們只有在預(yù)存核胚的帶動(dòng)下才能發(fā)生切變而成為體心立方的馬氏體，由于是由少數(shù)核胚切變長(zhǎng)大完成，所以晶界處均形成大的片狀馬氏體.
2.3.2長(zhǎng)大條件
奧氏體晶界處原子的能量很高，它為馬氏體的長(zhǎng)大提供了充足的驅(qū)動(dòng)力。并且晶界處原子排列較松散，原子間隙較大，馬氏體生長(zhǎng)時(shí)由于體積變化產(chǎn)生的應(yīng)力容易向晶界的一側(cè)釋放。
其次，鋼中馬氏體一旦形成核胚，其單個(gè)馬氏體便以極快的速度在很短的時(shí)間內(nèi)完成生長(zhǎng)，由于馬氏體生長(zhǎng)速度極高，所以它與母相奧氏體之間必為含成組孿晶的斗共格晶界，才能保證這種巨大的長(zhǎng)大速度。從這一點(diǎn)看，奧氏體晶界具有其生長(zhǎng)的有利條件：晶界處有高密度的位錯(cuò)。并且馬氏體進(jìn)行切變長(zhǎng)大時(shí)，新界面的形成必須依靠位錯(cuò)的滑移完成。
2.3.3馬氏體形態(tài)
a) 如果晶界的馬氏體形成條狀，則其表面積很大，形成的晶界能也很高，需要很大的相變驅(qū)動(dòng)力，所以晶界馬氏體不易形成條狀。
b) 如果形成球狀馬氏體，則雖然表面積減少了很多，但生長(zhǎng)時(shí)由于體積變化產(chǎn)生的應(yīng)力就會(huì)很大，這些應(yīng)力不容易向晶界處釋放，所以晶界馬氏體不易形成球狀。
c) 通過(guò)以上兩點(diǎn)的分析，晶界馬氏體最易形成片狀，它相對(duì)條狀表面積較小，晶界能較低，雖然造成的比容差應(yīng)變能比條狀大，但由于它處在晶界，產(chǎn)生的這部分應(yīng)變能很容易向晶界一側(cè)釋放出來(lái)。
2.4 Mo鋼的晶界馬氏體分析
Mo是較強(qiáng)的碳化物形成元素，它能吸收周圍的碳而形成Mo3C，使得奧氏體晶內(nèi)碳含量很不均勻，某些區(qū)域含碳量很低，這些區(qū)域的Ms點(diǎn)低于周圍組織，當(dāng)母相達(dá)到一定的過(guò)冷度，晶界的預(yù)存核胚開(kāi)始長(zhǎng)大，這些區(qū)域也達(dá)到了形核長(zhǎng)大的條件，它們幾乎同時(shí)長(zhǎng)大，核內(nèi)馬氏體長(zhǎng)大時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力影響到晶界，使晶界產(chǎn)生了更多的大角度晶界，并且少量離晶界近的馬氏體長(zhǎng)到晶界處，阻止了晶界馬氏體的生長(zhǎng)，所以Mo鋼的晶界馬氏體不明顯，并且片很小。
2.5晶界馬氏體與回火脆性
通過(guò)實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)，晶界的片狀馬氏體可能是鋼產(chǎn)生回火脆性的原因之一。
原奧氏體晶界處具有高密度的位錯(cuò)，這些位錯(cuò)組成了很多滑移系，當(dāng)材料受到外力時(shí)，這些滑移系便會(huì)相對(duì)滑動(dòng)以減少內(nèi)應(yīng)力，此時(shí)材料的韌性較好。一旦晶界處形成大的馬氏體片，會(huì)使位錯(cuò)數(shù)量減少，使材料韌性下降，脆性增加。并且這種大的片狀馬氏體本身就很脆，并且相互撞擊又產(chǎn)生了許多微小裂紋，也使鋼的脆性增加，在回火過(guò)程中，從大的馬氏體中析出的片狀碳化物會(huì)聚集在晶界處，也加大了鋼的脆性。正是由于以上原因，所以Mo鋼產(chǎn)生的晶界馬氏體少可能是其回火脆性小的原因之一。而且Cr Mn鋼的晶界馬氏體較多，所以其回火脆性好較大。
3.結(jié)論
通過(guò)對(duì)工業(yè)用鋼馬氏體形成及組成的研究，得出如下結(jié)論：
1.馬氏體優(yōu)先在原奧氏體晶界形成，晶界是馬氏體形核的有利條件。
2.優(yōu)先形成的晶界馬氏體均為片狀，有的分布在晶界上，有的在晶界形核后向晶內(nèi)生長(zhǎng)。
3.含Mo的鋼中，出現(xiàn)的晶界馬氏體較少。這些在晶界生成的馬氏體可能是導(dǎo)致鋼產(chǎn)生低溫回火脆性的原因之一。
