淬火碳鋼回火后時，隨著回火溫度升高和回火時間的延長，相應地要發生如下幾種轉變。

1、馬氏體中碳的偏聚   在小于100攝氏度回火時，鋼的體積沒有變化，表明淬火鋼中沒有明顯的轉變發生，此時只發生馬氏體中碳原子的偏聚，而沒有開始分解。

2、馬氏體分解     在100-200攝氏度回火時，鋼的體積發生收縮，即發生回火的第一次轉(回火第一階段)。在此溫度范圍，馬氏體開始分解，固溶在馬氏體中的過飽和碳原子脫落沉淀而析出E碳化物（M中的碳并未全部析出），這種碳化物與馬氏體保持共格聯系。E碳化物不是一個平衡相，而是向FE3C轉變前的一個過渡相。

在回火第一次轉變后，鋼的組織由過飽和的A固溶體和與母相保持共格聯系的E碳化物組成，這種組織稱為回火馬氏體。第一次轉變后鋼的硬度不會降低。

3、殘余奧氏體的轉變     在第一次轉變后，繼續加熱到200-300攝氏度溫度范圍時，鋼的體積又發生膨脹，這主要是因為在鋼的組織比容最小的殘余奧氏體發生分解所致。

4、碳化物的轉變   當溫度繼續升高時，鋼的體積又發生收縮，這表明，過飽和碳從A固溶體內繼續析出，同時E碳化物也在逐漸轉變為FE3C，一直延續致400攝氏度而告終。這種轉變稱為第三次轉變或回火的第三個階段顯然，由于過飽和碳自A固溶體內析出，并出現穩定的與母相不再有晶格聯系的FE3C，因而內應力大量消除。經第三次轉變后，鋼即由鐵素體和滲碳體所組成。

5、滲碳體的聚集長大和A固溶體的恢復與再結晶   繼續升高溫度，將使滲碳體質點發生聚合，而得到較粗的組織，稱為回火、第四次轉變或回火第四階段。

在回火的第四階段（溫度超過400攝氏度），A固溶體的含碳量已降致衡濃度。此時，A固溶體已由體心正方晶格變為體心立方晶格，內部亞結構發委回復與再結晶，所產生的固溶強化作用已完全消失，而鋼的硬度和強度則取決于滲碳體質點的尺寸和彌散度，回火溫度愈高，滲碳體質點愈大，彌散度愈小，則鋼的硬度和強度愈低，而韌性卻有較大提高。

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