铁碳合金经缓冷后的显微组织基本上与铁碳相图所预料的各种平衡组织相符合，但碳钢在不平衡状态，即在快冷条件下的显微组织就不能用铁碳合金相图来加以分析，而应由过冷奥氏体等温转变曲线图——C曲线来确定。图1为共析碳钢的C曲线图。

按照不同的冷却条件，过冷奥氏体将在不同的温度范围发生不同类型的转变。通过金相显微镜观察，可以看出过冷奥氏体各种转变产物的组织形态各不相同。共析碳钢过冷奥氏体在不同温度转变的组织特征及性能如表1所示。

表1 共析碳钢（T8）过冷奥氏体在不同温度转变的组织及性能

碳钢通过不同的加热温度及不同的冷却速度可获得不同组织。图2和图3分别表示碳钢正常淬火温度范围和不同冷却速度与组织的关系曲线。

1.退火和正火组织

属于亚共析成分的碳钢(如40、45钢等)一般采用完全退火，经退火后可得到接近于平衡状态的组织，其组织特征已在实验一中加以分析和观察。过共析成分的碳素工具钢(如T10、T12钢等)则都采用球化退火，T12钢经球化火后组织中的二次渗碳体及珠光体中的渗碳体都将变成颗粒状，如图4所示。图中均匀而分散的细小粒状组织就是粒状渗碳体。

45钢经正火后的组织通常要比退火的细，珠光体的相对含量也比退火组织中的多(如图5所示)，原因在于正火的冷却速度稍大干退火的冷却速度。

2钢的淬火组织

将45钢加热到760°C(即Ac1以上，但低于Ac3)，然后在水中冷却，这种淬火称为不完全淬火。根据Fe-Fe3C相图可知，在这个温度加热，部分铁素体尚未溶入奥氏体中。经淬火后将得到马氏体和铁素体组织。在金相显微镜中观察到的是呈暗色针状马氏体基底上分布有白色块状铁索体，如图6所示。

45钢经正常淬火后将获得细针状马氏体，如图7所示。由于马氏体针非常细小在显微镜中不易分清。若将淬火温度提高到1000°C(过热淬火)，由于奥氏体晶粒的粗化经淬火后将得到粗大针状马氏体组织，如图8所示。若将45钢加热到正常淬火温度，然后在油中冷却，则由于冷却速度不足V冷＜Vk，得到的组织将是马氏体和部分屈氏体(或混有少量贝氏体)。图9为45钢经加热到860°C后油冷的显微组织，亮白色为马氏体呈黑色块状分布于晶界处的为屈氏体。T12钢在正常温度淬火后的显微组织除了细小的马氏体外尚有部分末溶入奥氏体中的渗碳体(呈亮白色颖粒)，见图10。当T12钢在较高温度淬火时，显微组织出现粗大的马氏体，并且还有一定数量(15%-30%)的残余奥氏体(呈亮白色)存在于马氏体针之间，如图11所示。

3淬火后的回火组织

钢淬火后获得的马氏体及残余奥氏体均为不稳定组织，当温度升高时原子活动性增加，它们要向稳定的铁素体和渗碳体组织转变。但在不同温度回火时，获得的组织不同，主要分为三类。

（1）回火马氏体：淬火钢在150℃~250℃间体温回火时，马氏体中析出与母相保持共格关系的细小的碳化物，称为回火马氏体，在光学显微镜下，仍然具有淬火马氏体的行貌特征，细小的碳化物只有在显微镜下才能看到。T12钢淬火并经低温回火后的组织。回火马氏体具有高的硬度和强度，而韧性和塑性要比淬火马氏体有明显改善。

（2）回火屈氏体：淬火钢在250℃~450℃之间中温回火时，所得的组织为铁素体与粒状渗碳体组成的细密混合物，成为回火屈氏体。在光学显微镜下，其铁素体仍然依稀可见针状形态，但碳化物太小，难以分辨，在电子显微镜下才能分辨渗碳体颗

粒。回火屈氏体的性能特点是具有高的弹性极限。

（3）回火索氏体：淬火钢在500℃~650℃高温回火时，所得的组织为等轴状的铁素体和粒状的渗碳体，称为回火索氏体。在光学显微镜下可观察到细小的粒状渗碳体。这种组织具有良好的综合力学性能，其组织特征分别见图12～14。