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應力，同時，得到不同強度、硬度和韌性，淬火后，需要進行不同溫度的回火。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。不過到目前為止，對馬氏體形核的了解還很粗淺，至今還未形成一個能為大家接受的理論。為此研究了幾種工業(yè)用鋼在淬火時馬氏體的形成過程，通過實驗得出上述鋼種馬氏均優(yōu)先在晶界形成且為片狀，同時發(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，我們對晶界處優(yōu)先形成馬氏體的原因進行了初步的討論，并分析了晶界形成片狀馬氏體的原因，同時預計晶界的片狀馬氏體可能是產生第一類回火脆性的原因之一。
1.實驗材料及實驗方法
1.1實驗材料：
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，使實驗結果更具有代表性；
(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。
1.2實驗方法：
試樣制備過程如下：
a)、把已有的材料切成小的圓柱狀，高約5mm左右。
b)、實驗時為了便于操作試樣，在每個試樣上均打一個小孔，用細鐵絲栓住。
c)、將高溫爐加熱到試樣實驗溫度，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，然后快速攪動，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坩堝電阻爐爐中進行(最高溫度700℃)。
爐中介質為：55％的硝酸鉀和45％的亞硝酸鈉，熔點約為130℃。
金相觀察在Olympus—BH顯微鏡上進行。觀察前需要打磨和拋光，由于在高溫爐中保溫時，試樣表面脫碳嚴重，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.實驗結果及分析
2.1實驗數(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規(guī)律性，使得個別的晶界處原子排列接近體心立方而成為預存核胚，隨母相達冷度的增大，其臨界晶核尺寸變小，這些區(qū)域便成為了馬氏體晶胚，但這種能成為預存核胚的區(qū)域很少，也就是說晶界處的形核率很小，預存核胚周圍的原子均不具備形核條件，它們只有在預存核胚的帶動下才能發(fā)生切變而成為體心立方的馬氏體，由于是由少數(shù)核胚切變長大完成，所以晶界處均形成大的片狀馬氏體.
2.3.2長大條件
奧氏體晶界處原子的能量很高，它為馬氏體的長大提供了充足的驅動力。并且晶界處原子排列較松散，原子間隙較大，馬氏體生長時由于體積變化產生的應力容易向晶界的一側釋放。
其次，鋼中馬氏體一旦形成核胚，其單個馬氏體便以極快的速度在很短的時間內完成生長，由于馬氏體生長速度極高，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大速度。從這一點看，奧氏體晶界具有其生長的有利條件：晶界處有高密度的位錯。并且馬氏體進行切變長大時，新界面的形成必須依靠位錯的滑移完成。
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，需要很大的相變驅動力，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，但生長時由于體積變化產生的應力就會很大，這些應力不容易向晶界處釋放，所以晶界馬氏體不易形成球狀。
c) 通過以上兩點的分析，晶界馬氏體最易形成片狀，它相對條狀表面積較小，晶界能較低，雖然造成的比容差應變能比條狀大，但由于它處在晶界，產生的這部分應變能很容易向晶界一側釋放出來。
2.4 Mo鋼的晶界馬氏體分析
Mo是較強的碳化物形成元素，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點低于周圍組織，當母相達到一定的過冷度，晶界的預存核胚開始長大，這些區(qū)域也達到了形核長大的條件，它們幾乎同時長大，核內馬氏體長大時產生的應力影響到晶界，使晶界產生了更多的大角度晶界，并且少量離晶界近的馬氏體長到晶界處，阻止了晶界馬氏體的生長，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
通過實驗我們發(fā)現(xiàn)，晶界的片狀馬氏體可能是鋼產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，這些位錯組成了很多滑移系，當材料受到外力時，這些滑移系便會相對滑動以減少內應力，此時材料的韌性較好。一旦晶界處形成大的馬氏體片，會使位錯數(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，并且相互撞擊又產生了許多微小裂紋，也使鋼的脆性增加，在回火過程中，從大的馬氏體中析出的片狀碳化物會聚集在晶界處，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.結論
通過對工業(yè)用鋼馬氏體形成及組成的研究，得出如下結論：
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生長。
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致鋼產生低溫回火脆性的原因之一。
