铁素体与马氏体组织的融合：知识点6.2.2

若将亚共析钢在铁素体与奥氏体两相区进行不完全加热淬火后，获得的显微组织是马氏体加一定数量的均匀细小铁素体，经回火处理后，可以提高钢的冲击韧性、减轻钢的回火脆性，这种两相区加热淬火回火处理的工艺方法被称为“亚温淬火”。

应该指出，从现有实验结果来看，利用“铁素体加奥氏体”两相区加热淬火，获得铁素体加马氏体混合组织，常常是在经中、高温回火后才对改善韧性起良好作用。如果回火温度过低，回火马氏体与铁素体的强度相差过大，微裂纹多起源于发生了过大塑性变形的铁素体中，也容易出现脆断倾向，降低钢的韧性。通常，只有在钢中铁素体细小、均匀分布而数量又比较少的情况下，才具有改善钢件综合机械性能的作用。表6-1列出了几种钢的最佳亚温淬火处理规范及其与调质后性能的对比。

表6-1几种钢的最佳亚温淬火处理规范及其与调质后性能的对比

注：Q—淬火，T—回火。

亚共析钢淬火后，如果加热温度偏低，冷却速度缓慢或预冷时间过长，奥氏体稳定性减小或孕育期消耗过多，过冷奥氏体有可能部分转变为先共析铁素体组织。这种铁素体的出现，将对钢件的性能带来影响。如果钢件淬火后，先共析铁素体以网状分布于原奥氏体晶界上，或者以魏氏组织在钢中存在，会降低钢的强度，特别是会降低钢的疲劳强度。

亚共析钢两相区加热淬火并回火之后，常常具有较高的韧性，其原因可以大致归纳为如下几个方面的因素：(www.xing528.com)

1）由于淬火加热时有铁素体存在，促使产生回火脆性的P、Sb、Sn、As等都是缩小γ区的元素，因此这些元素将优先富集在铁素体中，改变了杂质元素的分布，减少了在奥氏体晶界上偏聚，从而减轻了回火脆化倾向。晶粒细小、晶界面积增大，也减轻杂质元素在晶界的偏聚程度，从而有减弱回火脆性和低温脆性的效果。由于钢中均匀分布的铁素体相的强度低、塑性高，当钢件承受应力时，局部应力集中可以因铁素体发生塑性变形而松弛，微裂纹也会在铁素体处受到阻碍而延缓发展，因而可以提高钢的韧性。

2）由于两相区淬火比普通淬火温度低，奥氏体溶解的碳化物比较少，可能有一些碳化物残留，加之奥氏体的均匀性较小，淬火后马氏体在回火时容易分解，从马氏体中析出的碳化物可以附着在原来的碳化物上长大而呈粒状分布，因而有降低回火脆化倾向的作用。

3）由于最后一次淬火的原始组织分散度较大，加热温度较低，从而使得奥氏体晶粒细小，加之已有一定数量的细小分散的铁素体存在，使钢中的晶界和相界的数量大大增多。因此，虽然铁素体的存在有降低强度的作用，但由于其晶粒细小则又有增高强度的影响，所以在提高韧性的同时，仍可使钢的强度保持在较高的水平。

中碳钢临界区淬火，由于能得到极细的奥氏体晶粒，并使磷等有害杂质集中于少量游离分散的铁素体晶粒中，可以提高钢的缺口韧性，降低冷脆转变温度，减小回火脆性等。从表6-1中数值可以看出，钢中含碳量越低，亚温淬火效果越好。随着钢中含碳量的增加，效果渐不明显。最佳亚温淬火温度以接近上相变点为宜。

如钢先在Ac₃点以上加热获得单相奥氏体后，降温进入临界区，则铁素体沿奥氏体晶界析出，或在奥氏体内成堆析出。若从低温加热升温进入临界区，则铁素体是未溶解完了的，呈细小而均匀的分布，对提高韧性有更良好的作用，所以亚温淬火时以升温进人临界区的效果较好。

亚温淬火由于能显著改善钢的韧性，因而生产中逐渐得到应用。例如：汽车发动机排气阀常用马氏体耐热钢4Cr9Si2制作，其典型热处理规范为：1020℃油淬+960℃油淬+710℃回火，这种处理工艺中的960℃油淬即属于亚温淬火。结果得到回火索氏体+少量游离铁素体的组织，强韧性配合比较好。