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实践表明，Ms点愈低，则淬火后钢中残余奥氏体的数量就愈多。因此，凡使Ms点降低的元素，均使残余奥氏体数量增加，见图26所示。一般合金钢淬火后，残余奥氏体量较碳钢多。淬火钢中残余奥氏体量的多少，对钢的硬度、淬火变形、尺寸稳定性都有较大影响，因此应根据具体情况，采用适当措施控制残余奥氏体数量。
图26 合金元素对残余奥氏体的影响
（3）合金元素对淬火钢回火转变的影响
1）合金元素提高淬火钢回火稳定性 淬火钢在回火时，抵抗软化(强度、硬度下降)的能力称为回火稳定性。不同的钢在相同温度回火后，硬度、强度下降少的，其回火稳定性较高。 由于合金元素溶入马氏体，使原子扩散速度减慢，因而在回火过程中马氏体不易分解，碳化物不易析出，析出后也较难聚集长大，使合金钢在相同温度回火后强度、硬度下降较少，即比碳钢具有较高的回火稳定性。
合金钢回火稳定性较高，一般是有利的，在达到相同硬度的情况下，合金钢的回火温度应比碳钢高，回火时间也应增长，可进一步消除残余应力，因而合金钢的塑性、韧性较碳钢好：而在同一温度回火时，合金钢的强度、硬度比碳钢高。
2）某些合金钢在回火时产生二次硬化现象 钢在回火时出现硬度回升的现象，称为二次硬化。
含有较强碳化物形成元素(如钒、钼、钨等)的钢，在400℃以下回火时，从马氏体中析出合金渗碳体，使钢硬度下降。但当回火温度升高到500～600℃时，会从马氏体中析出特殊碳化物，如Mo2C、W2C、VC等，析出的碳化物高度弥散地分布在马氏体基体上，并与马氏体保持共格关系，阻碍位错移动，使钢的硬度反而有所提高，这就形成了二次硬化，这种二次硬化实质上是一种弥散硬化。此外，在某些高合金钢淬火组织中，残余奥氏体量较多，且十分稳定。当加热到500～600℃时仍不分解，仅是析出一些特殊碳化物，但由于特殊碳化物的析出，使残余奥氏体中碳及合金元素浓度降低，故在随后冷却时就会有部分残余奥氏体转
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变为马氏体，这也是促使回火时钢的硬度提高而产生二次硬化的原因。 二次硬化现象对需要较高红硬性的工具钢具有重要意义。
3）某些合金元素使钢在回火时产生第二类回火脆性 一般情况下随着回火温度的升高，钢的强度、硬度降低；塑性、韧性升高。但冲击韧度在某些温度范围内却是例外，图27表示某些合金钢回火时韧性的变化规律。由图可见，合金钢在250～400℃范围内与碳钢相似，有第一类回火脆性，又称不可逆回火脆性，工艺上无法消除，只能尽量避开，但某些合金钢不仅有第一类回火脆性，且在450～650℃范围内回火时，又出现另一次回火脆性，称为第二类回火脆性，又称为可逆回火脆性。
图27回火对合金钢冲击韧性的影响
第二类回火脆性的特点是，通常在脆化温度范围内回火后缓冷，才出现脆性。出现这类回火脆性后，在再次回火时，采用短期加热并快速冷却的方法，可以消除脆性。
实践证明，各类合金结构钢都有第二类回火脆性倾向，只是程度不同而已，合金钢中含有锰、铬、镍、硅、铝、铜、磷等元素时，会增加第二类回火脆性倾向。特别是复合加入铬一镍、铬一锰、铬一硅等元承后，此倾向更大。目前减轻或消除第二类回火脆性的方法有：提高钢的纯洁度，减少杂质元素的含量；小截面工件在脆化温度回火后可采用快冷(油冷或水冷)；大截面工件则采用含有钨(≈l％)或铝(≈0.5％)的合金钢，即使在回火后缓冷也不产生脆性。
必须指出，合金元素在钢中的作用，只有通过适当的热处理才能发挥出来，故大多数合金钢必须通过适当的热处理才使用。 7、冷却时应力的形成及对钢力学性能的影响
冷却时会产生热应力和组织应力。现以实心圆柱体为例，说明冷却过程中内应力的形成及变化情况，内应力可分为轴向、切向及径向三种，现仅讨论其轴向应力。冷却开始后，由于表面冷却快，温度低，收缩多，而心部则冷却慢，温度高，收缩小，表里相互牵制的结果，就在表层严生，拉应力，心部则承受压应力。随着冷却的进行，表里温差增大，其内应力也增大，应力增大到超过该温度下的屈服极限时，就会产生塑性变形，由于心部的温度高于表
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层，因而总是心部先沿轴向缩短。塑性变形的结果，使其内应力不再增大，冷却到一定的时间后，表层温度下降的速度将减慢，则其收缩量也减小，而此时心部仍在不簖收缩，于是表层的拉应力及心部的压应力将逐渐减小，直至消失。可是随着冷却的继续进行，表层温度越来越低，收缩量也越来越少，甚至停止收缩。而心部由于温度尚高，还要不断收缩，结果最后在工件表层形成压应力，而心部则为拉应力，但由于温度已低，不易产生塑性变形，所以这种应力将随冷却的进行而不断增大，并最后保留于工件内部，成为表层受压，心部受拉的残余应力。
淬火快冷时，当表层冷至Ms点，即产生马氏体转变，井引起体积膨胀。但由于受到尚未进行转变的心部的阻碍，将使表层产生压应力，而心部则为拉应力，应力足够大时，即会引起变形。当心部温度冷到Ms点时，也要进行马氏体转变，并体积膨胀。但由于受到已经转变的外部（塑性低、强度高）表层的压制，因此其最终的残余应力将呈表面受拉，心部受压。
由此可见，在冷却时组织应力的变化情况及其最后状态，恰巧与热应力相反。 冷却时由于冷却速度不同，所得到的组织是不同的，其力学性能也不同，如表5所示为冷却速度对共析钢的临界转变温度(Ar1)及组织和硬度的影响。
表5 冷却速度对共析钢临界转变点Ar1及组织转变的影响
如果冷却速度进一步加快达到150～300℃／s，转变温度Ar1降到240℃，则得到的组织为马氏体，其硬度为HRC65。
表6所示为不同的冷却速度会得到不同的力学性能。
表6 不同冷却速度对45钢力学性能的影响
还需指出，钢在奥氏体化后连续冷却时，其转变是在一个温度范围内完成的。因此连续
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冷却时往往不易得到均一的转变产物，即使得到同一组织，也由于先后转变的温度的不同，其组织的分散程度也不同。由于工件表面和心部的冷却速度不一，所以常常会使表面和心部得到不同的组织。同一组织的分散度或不同的组织都会有不同的力学性能。 一般是随着冷却速度的增大，钢的强度和硬度增高，而塑性和韧性降低。 8、钢的加热缺陷及其防止措施
热处理生产中，许多问题是由钢的加热质量引起的。因此必须研究钢在加热过程中发生的缺陷及其防止措施。常见的加热缺陷主要有欠热、过热、过烧、氧化、脱碳以及变形、开裂等。
（1）欠热、过热和过烧
欠热、过热和过烧都是加热时的组织缺陷，它们都因加热不当形成非正常组织，导致材料的性能下降甚至报废。
1）欠热
欠热也叫加热不足，是由于加热温度过低或加热时间太短，未充分进行奥氏体化而引起的组织缺陷。例如，钢在退火或正火加热时，由于欠热，就不能消除冶金及热加工过程中存在的偏析、粗大自由铁素体、魏氏组织、网状碳化物等缺陷；淬火加热时，因欠热使亚共析钢淬火组织中出现铁素体或过共析钢淬火组织中出现较多未溶碳化物，造成淬火钢出现软点或硬度不均现象。
2）过热
金属或合金在热处理加热时，由于温度过高，晶粒长得很大，以致性能显著降低的现象称为过热。它是一种由于加热温度过高或保温时间过长，使奥氏体晶粒剧烈长大而产生的组织缺陷。它导致工件冷却后组织粗化、力学性能下降。一般把热处理后低于四级的晶粒称作过热。过热除了引起晶粒粗大外，有时还易于在冷却过程中形成所谓魏氏组织。其特征是亚共析钢中的先共析铁索体或过共析钢中的先共析渗碳体从晶界出发以针状或片状伸入晶内，而且定向分布在基体上。这种组织的力学性能比一般的粗大晶粒还要差，总之，过热的工件不仅易于引起淬火时的变形、开裂，更重要的是明显降低了力学性能，而塑性、韧性的降低尤为明显。 3) 过烧
金属或合金的加热温度达到其固相线附近时，晶界氧化和开始部分熔化的现象称为过烧。过烧不仅奥氏体晶粒剧烈粗化，而且晶界也被严重氧化甚至局部熔化，造成工件报废。过烧一般发生在钢的轧、锻等热加工过程中，但某些莱氏体高合金钢(如W18Cr4V、Crl2等)的淬火热处理中也常有发生，因为它们的淬火加热温度接近其菜氏体共晶熔点。
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