热处理后组织分析
碳钢热处理后的组织和性能变化的分析实验

碳钢热处理后的组织和性能变化的分析实验一、实验目的1、观察和研究碳钢经不同形式热处理后其显微组织的特点。
2、了解热处理工艺对钢组织和性能的影响。
3、了解硬度测定的基本原理及应用范围。
4、了解洛氏硬度试验机的主要结构及操作方法。
5、掌握金属显微试样的制作过程,正确地制作所要观察的试件。
二、实验内容1、制作经热处理后的试样,完成打磨、刨光、浸蚀的所有制作步骤。
2、热处理后的试件进行硬度测试。
3、热处理后的试样进行组织观察分析和比较。
三、实验设备的使用和注意事项(一)硬度计的原理、使用和注意事项金属的硬度可以认为是金属材料表面在接触应力作用下的抵抗塑性变形的一种能力。
硬度测量能够验出金属材料软硬程度的数量概念。
由于在金属表面以下不同深处材料所承受的应力和所发生的变形程度不同,因而硬度值可以综合地反映压痕附近局部体积内金属的弹性、微量塑变抗力、塑变强化能力以及大量形变抗力。
硬度值越高,表明金属抵抗塑性变形能力越大,材料产生塑性变形就越困难。
另外,硬度与其它机械性能(如强度指标σb及塑性指标ψ和δ)之间有着一定的内在联系,所以从某种意义上说硬度的大小对于机械零件或工具的使用性能及寿命具有决定性意义。
硬度的试验方法很多,在机械工业中广泛采用压入法来测定硬度。
压入法硬度试验的主要特点是:(1)试验时应力状态最软(即最大切应力远远大于最大正应力),因而不论是塑性材料还是脆性材料均能发生塑性变形。
(2)金属的硬度与强度指标之间存在如下近似关系:σb=K·HB式中:σb——材料的抗拉强度值HB——布氏硬度值K——系数退火状态的碳钢K=0.34~0.36合金调质钢K=0.33~0.35有色金属合金K=0.33~0.53(3)硬度值对材料的耐磨性、疲劳强度等性能也有定性的参考价值,通常硬度高,这些性能也就好。
在机械零件设计图纸上对机械性能的技术要求,往往只标注硬度值,其原因就在于此。
(4)硬度测定后由于仅在金属表面局部体积内产生很小压痕,并不损坏零件,因而适合于成品检验。
简述热处理的工艺性能分析

简述热处理的工艺性能分析热处理是指通过对金属材料进行加热、保温和冷却等一系列工艺操作,改变其组织结构和性能的技术方法。
热处理工艺性能分析是对热处理后材料的组织结构和性能进行评价和分析,以确定热处理工艺对材料性能的影响,从而优化热处理工艺参数,实现材料性能的改善和提高。
热处理工艺性能分析主要包括以下几个方面:1. 组织结构分析:热处理会改变材料的晶粒和相的结构,因此对热处理后材料的组织结构进行分析是非常重要的。
组织结构分析可以通过金相显微镜观察和分析样品的晶粒大小、相的分布和形态等来反映材料的组织结构特征。
此外,还可以使用扫描电镜、透射电镜等进行更加详细的组织结构分析。
2. 硬度测试:硬度是材料抵抗局部塑性变形的能力,也是材料机械性能的重要指标之一。
热处理会改变材料的晶格结构和晶粒尺寸,从而影响材料的硬度。
通过硬度测试可以确定热处理对材料硬度的影响,进而评价热处理的效果。
3. 力学性能测试:力学性能是评价材料性能的重要指标之一,可以通过拉伸试验、冲击试验、疲劳试验等方法来确定材料的力学性能。
热处理会引起材料的晶粒长大、分布均匀化和残余应力的改变,从而对材料力学性能产生影响。
通过力学性能测试可以评价热处理工艺的有效性和合理性。
4. 延展性能测试:延展性能是指材料在受到外力作用下发生塑性变形之前所能承受的最大形变能力,也是评价材料加工性能的重要指标之一。
热处理会改变材料的晶界能量和晶界位错密度,从而影响材料的延展性能。
通过延展性能测试可以评价热处理对材料塑性变形能力的影响,为材料的工程应用提供参考。
综上所述,热处理的工艺性能分析是通过对热处理后材料的组织结构和性能进行分析和测试,来评价热处理工艺对材料性能的影响。
通过分析材料的组织结构、硬度、力学性能和延展性能等指标,可以确定热处理工艺的有效性和合理性,为热处理工艺的优化和材料性能的改善提供依据。
因此,在进行热处理时,需要进行详细的工艺性能分析,以确保热处理后材料具有优良的性能和可靠的质量。
碳钢热处理后的显微组织观察与分析

碳钢热处理后的显微组织观察与分析The manuscript was revised on the evening of 2021碳钢热处理后的显微组织观察与分析实验目的实验说明实验内容实验方法指导实验报告要求思考题:实验目的(1)观察和研碳钢经不同形式热处理后显微组织的特点。
(2)了解热处理工艺对碳钢硬度的影响。
:实验说明碳钢经热处后的组织可以是接近平衡状态(如退火、正火)的组织,也可以是不平衡组织(如淬火组织)。
因此在研究热理后的组织时,不但要用铁碳相图,还要用钢的C曲线来分析。
图1为共析碳钢的C曲线,图2为45连续冷却的CCT曲线。
1 共析碳钢的c曲线图2 45钢的CCT曲线曲线能说明在不同冷却条件下过冷奥氏体在不同温度范围内发生不同类型的转变过程及能得到哪些组织。
.碳钢的退火和正火组织亚共析碳钢(如40、45钢等)一般采用完全退火,经退火后可得接近于平衡状态组织,其组织形态特征已在实验l中加以分析和观察(图3)过共析碳素工具钢(如T10、T12钢等)则采用化退火,T12钢经球化退火后,组织中的二次渗碳体和珠光体中的渗碳体都呈球状(或粒状),图中均匀散的细小粒状组织就是粒状渗碳体。
2.钢的淬火组织含碳质量分数相当于亚共析成分的奥氏体淬火后得马氏体。
马氏体组织为板条状或针状,20钢经淬火后将得到板条状马氏体。
在光学显微镜下,其形态呈为一束束相互平行的细条状马氏体群。
在一个奥氏体晶粒内可有几束不同取向的马氏体群,每束条与条间以小角度晶界分开,束与束之间具有较大的位向差,如图4所示。
3 T12 钢球化退火组织图4 低碳马氏体组织5钢经正常淬火后将得到细针状马氏体和板条状马氏体的混合组织,如图5所示。
由于马氏体针非常细,故在显微镜下不易分清。
5钢加热至860℃后油淬,得到的组织将是马氏体和部分托氏体(或混有少量的上贝氏体),如图6所示。
质量分数相当于共析成分的奥氏体等温淬火后得到贝氏体,如T8钢在550~350℃及350℃~ Ms温度围内等温淬火,过冷奥氏体将分别转变为上贝氏体和下贝氏体。
钢的热处理及热处理后的显微组织观察实验报告

钢的热处理及热处理后的显微组织观察实验报告罗毅晗2014011673一、实验目的(1)熟悉钢的几种基本热处理操作:退火、正火、淬火、回火。
(2)了解加热温度、冷却速度、回火温度等主要因素对45钢热处理后性能(硬度)的影响。
(3)观察碳钢热处理后的显微组织。
二、概述钢的热处理就是利用钢在固态范围内的加热、保温和冷却,以改变其内部组织,从而获得所需要的物理、化学、机械和工艺性能的一种操作。
热处理的基本操作有退火、正火、淬火、回火等。
进行热处理时,加热温度、保温时间和冷却方式是最重要的三个基本工艺因素。
三、实验内容加热温度冷却方法回火温度洛氏硬度洛氏硬度洛氏硬度平均值860℃水冷﹨52.0 52.1 52.6 52.2 860℃油冷﹨20.2 23.4 19.1 20.9 860℃空冷﹨94.1 94.6 94.2 94.3 860℃炉冷﹨86.0 85.2 85.7 85.6 860℃水冷200℃51.9 52.0 52.1 52.0 860℃水冷400℃34.8 35.3 35.7 35.3 860℃水冷600℃20.3 21.5 19.6 20.5显微组织观察45钢860℃气冷索氏体+铁素体45钢860℃油冷马氏体+屈氏体45钢860℃水冷马氏体45钢 860℃水冷+600℃回火回火索氏体T12钢 760℃球化退火球化体T12钢 780℃水冷+200℃回火回火马氏体+二次渗碳体+残余奥氏体T12钢 1100℃水冷粗大马氏体+残余奥氏体四、实验分析1.火温度而言,淬火温度越高,硬度越高。
但是一旦达到过高温度会导致形成的马氏体,使得力学性能恶化。
2.火介质而言,硬度大小:空冷>炉冷>水冷>油冷。
3.火温度而言,回火温度越高,硬度越低。
图像:分析原因:①据铁碳相图,淬火温度升高,45钢(亚共析钢)中铁素体含量减少,珠光体含量提高,而珠光体硬度很高,铁素体硬度低,导致硬度提高。
②根据C曲线,对亚共析钢的连续冷却,空冷生成F+S,炉冷生成F+P,水冷产生M,油冷产生T+M。
钢的热处理后的组织观察与分析实验报告

钢的热处理后的组织观察与分析实验报告钢的热处理后的组织观察与分析实验报告一、实验目的1、观察热处理后钢的组织及其变化;2、研究加热温度、冷却速度、回火温度对碳钢性能的影响二、实验原理(一)钢的热处理工艺钢的热处理就是通过加热、保温和冷却三个步骤来改变其内部组织,而获得所需性能的一种加工工艺。
淬火、回火是钢件的重要热处理工艺。
所谓淬火就是将钢件加热到 Ac 或 Ac1 以上,保温后放入放入各种不同的冷却介质中快速冷却,以获得马氏体组织的热处理操作。
(1)淬火加热温度:根据Fe—Fe3C相图确定,如图 1 所示。
对亚共析钢,其加热温度为 Ac3 十30~50℃,淬火后的组织为均匀细小的马氏体。
如果加热温度不足( 如低于Ac3) ,则淬火组织中将出现铁素体,造成淬火后硬度不足。
对于共析钢、过共析钢其加热温度为 Ac1+30~50℃,淬火后的组织为隐晶马氏体与粒状二次渗碳体。
未溶的粒状二次渗碳体可以提高钢的硬度和耐磨性。
过高的加热温度( 如高于Acm),会因得到粗大的马氏体,过多的残余A 而导致硬度和耐磨性的下降,脆性增。
(2)回火温度:回火温度决定于要求的组织及性能。
按加热温度不同,回火可分为三类:低温回火:在 150~250℃回火,所得组织为回火马氏体。
硬度约为 HRC57~60,其目的是降低淬火应力,减少钢的脆性并保持钢的高硬度。
一般用于切削工具、量具、滚动轴承以及渗碳和氰化件。
中温回火:在 350~5000C回火,所得组织为回火屈氏体,硬度约为 HRC40~48,其目的是获得高的弹性极限,同时有高的韧性。
因此它主要用于各种弹簧及热锻模。
高温回火:在 500~650~;回火,所得组织为回火索氏体,硬度约为 HRC25~35。
其目的是获得既有一定强度、硬度,又有良好的冲击韧性的综合机械性能,常把淬火后经高温回火的处理称力调质处理,因此一般用于各种重要零件,如柴油机连扦螺栓,汽车半轴以及机床主轴等。
2、保温时间的确定为了使钢件内外各部分温度均匀一致,并完成组织转变,使碳化物溶解和奥氏体成分均匀化,就必须在淬火加热温度下保温一定时间。
碳钢热处理后的显微组织观察与分析

碳钢热处理后的显微组织观察与分析
一、研究背景
碳钢是一种广泛应用的材料,具有高强度、良好的塑性、耐腐蚀性,以及较低的成本等优点。
狭义的碳钢是指碳含量不高于2.06%的钢,一般指碳含量在0.25~2.06%之间的碳素低合金钢,简称碳钢。
碳钢的力学性能极大程度上受组织影响,因此,碳钢的热处理是提高其力学性能的关键手段。
二、热处理方法
碳钢在热处理过程中,主要是正火、回火、淬火和回火等,根据加工目的和钢种的不同,还有退火和淬拔,等等。
1.正火:正火是指把钢从室温升温到一定的温度(相当于细化、强化钢组织)后,室温或其他低温下的冷却过程。
将钢置于明火中加热,加热到一定温度(软化温度),停止着火,让钢自然冷却(细化钢组织)。
2.回火:回火是指将钢比正火温度高一点加热,然后用较低温度的流体(水、油等)冷却(增强钢组织)。
回火可以改善零件的机械性能,使其获得更高的屈服强度、抗拉强度和断裂伸长率等。
3.淬火:淬火是把钢加热到一定的高温,然后用水、油、空气等低温流体进行冷却,使钢获得更高的强度、延展性和硬度。
热处理后碳钢显微组织的观察与分析

热处理后碳钢显微组织的观察与分析热处理是一种通过控制材料的加热和冷却过程,改变其组织和性能的方法。
碳钢是一种含碳量较高的钢材,通过热处理可以得到不同的组织,从而改变其机械性能。
本文将对热处理后碳钢的显微组织进行观察与分析。
热处理过程中,碳钢首先需要进行加热,在足够高的温度下保温一段时间后,再进行冷却。
根据不同的加热温度和保温时间,可以得到不同的组织结构。
首先,我们来观察热处理前的碳钢显微组织。
通常来说,热处理前的碳钢具有粗大的珠光体组织。
珠光体是一种由铁和碳组成的混合物,呈珠状排列。
碳钢中的珠光体结构可以通过金相显微镜观察到,需要将样品进行切割、研磨和腐蚀处理。
在热处理过程中,最常用的方法是淬火和回火。
淬火是将加热到临界温度的材料骤冷至室温,目的是形成马氏体组织。
马氏体是一种类似于针状的组织结构,具有高硬度和脆性。
为了提高钢材的可塑性和耐磨性,常常进行回火处理。
回火是将淬火后的材料加热至较低的温度,再快速冷却。
回火过程中,马氏体逐渐转变为珠光体,从而使钢材具有更好的韧性。
通过金相显微镜观察热处理后的碳钢,可以看到不同的组织结构。
淬火后的碳钢主要由马氏体组成,呈针状结构。
马氏体是一种具有高硬度和脆性的结构,在一定条件下可以通过淬火获得。
回火后,马氏体会转变为珠光体,从而提高钢材的可塑性和韧性。
回火温度越高,珠光体的颗粒越大,机械性能会逐渐下降。
除了马氏体和珠光体外,热处理后的碳钢还可能出现一些其他的组织结构。
比如贝氏体是一种由针状晶体构成的结构,具有较高的硬度和韧性。
同时,还可能出现残余奥氏体、铁素体和非金属夹杂物等。
热处理后的碳钢的组织结构与加热温度、保温时间和冷却速率等因素密切相关。
在实际应用中,需要根据不同的要求选择合适的热处理工艺,以达到所需的组织和性能。
总结起来,热处理是一种通过控制材料的加热和冷却过程,改变其组织和性能的方法。
热处理后的碳钢主要由马氏体和珠光体组成,通过回火处理可以改善钢材的可塑性和韧性。
钢的热处理判断法

钢的热处理组织分析判断方法访问次数:102 发布日期:[2008/08/13]金属的热处理是否合格,重要的判断是金相组织,下面将简要介绍热处理的分析判断方法.一、观察方法:1、观察组织成物和种类钢热处理后,根据热处理种类和材料的不一样,组织成物可能是一种或多种。
如马氏体,马氏体+残余奥氏体,单一珠光体,单一奥氏体,铁素体+珠光体,铁素体+马氏体+碳化物等等。
金相观察时,首先要判断被观察组织中有几种组织组成物,是单一组成物,还是两种或多种组成物。
在组织组成物中,某一组成物可以是单一相,如铁素体或奥氏体等单相;也可以是两相或多相混合组成或化合物,如珠光体是铁素体与渗碳体的机械混合物,各种碳化物等。
不同的组成物有不同的形态特征,利用这些特征可以快速的识别:不同的组成物受溶液浸蚀的程度不同,使得其在金相显微镜下具有不同的明暗程度或不同的色彩差;不同组成物形成的先后顺序不一样,其形态也不一样,最先形成的总是从奥氏体晶界开始形核;各组成物形成的原理不一样,形态也有差异。
通过这些就可以判别被观察物的组成种类。
大多数情况下,能够观察到几种不同明暗程度或几种形态不同的部份,就可以判定有几种组成物。
2、观察形态组织组成物的形态是我们判别组成物的极其重要的依据之一。
一些特定组织具有极显著的特征,如典型的珠光体具有层片状(或称指纹状)特征,一看就知道是珠光体;羽毛状物是上贝氏体。
白色的块状物不是铁素体就是奥氏体或碳化物,黑色针状物不是马氏体就是下贝氏体,沿晶分布的白色块状或针状肯定是铁素体或碳化物(渗碳体)两者之一等等。
要观察组织物是片状、针状、块状、颗粒状、条状、网状或者是其它什么形状。
有时,还要精细观察是单一相还是复合相。
在观察中要注意试样的浸蚀程度,只有合理的浸蚀,各种组织才会正确的显现出来,同时,制样也很关键,错误的制样可能导致对组成物的错误判断。
由于制样和浸蚀问题,导致的判断错误在新手中屡见不鲜。
在观察中还要注意,对于观察到的白色或黑色物,不要轻易就认为是一种组成物。
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碳钢热处理后的组织(金相分析)
一、概述
碳钢经退火、正火可得到平衡或接近平衡组织,经淬火得到的是非平衡组织。
因此,研究热处理后的组织时,不仅要参考铁碳相图,而且更主要的是参考钢的等温转变曲线(C曲线)。
铁碳相图能说明慢冷时合金的结晶过程和室温下的组织以及相的相对量,C曲线则能说明一定成分的钢在不同冷却条件下所得到的组织。
C曲线适用于等温冷却条件;而CCT曲线(奥氏体连续冷却曲线)适用于连续冷却条件。
在一定的程度上可用C曲线,也能够估计连续冷却时的组织变化。
1、共析钢等温冷却时的显微组织
共析钢过冷奥氏体在不同温度等温转变的组织及性能列于表1中。
2、共析钢连续冷却时的显微组织
为了简便起见,不用CCT曲线,而用C曲线(图1)来分析。
例如共析钢奥氏体,在
慢冷时(相当于炉冷,见图1中的υ1)应得到100%的珠光体;当冷却速度增大到υ2时
(相当于空冷),得到的是较细的珠光体,即索氏体或屈氏体;当冷却速度增大到υ3时(相当于油冷),得到的为屈氏体和马氏体;当冷却速度增大至υ4、υ5(相当于水冷),很大的过冷度使奥氏体骤冷到马氏体转变开始点(Ms)后,瞬时转变成马氏体,其中与C曲线鼻尖相切的冷却速度(υ4)称为淬火的临界冷却速度。
图1 图2
3、亚共析钢和过共析钢连续冷却时的显微组织
亚共析钢的C曲线与共析钢相比,只是在其上部多了一条铁素体先析出线,如图2所示。
当奥氏体缓慢冷却时(相当于炉冷,如图2中υ1),转变产物接近平衡组织,即珠光体和铁素体。
随着冷却速度的增大,即υ3>υ2>υ1时,奥氏体的过冷度逐渐增大,析出的铁素体越来越少,而珠光体的量逐渐增加,组织变得更细,此时析出的少量铁素体多分布在晶粒的边界上。
因此,v1的组织为铁素体+珠光体;v2的组织为铁素体+索氏体;v3的组织为铁素体+屈氏体。
当冷却速度为v4时,析出很少量的网状铁素体和屈氏体(有时可见到少量贝氏体),奥氏体则主要转变为马氏体和屈氏体(如图3);当冷却速度v5超过临界冷却速度时,钢全部转变为马氏体组织(如图6,图7)。
过共析钢的转变与亚共析钢相似,不同之处是后者先析出的是铁素体,而前者先析出的是渗碳体。
4、各组织的显微特征
(1)索氏体(s):是铁素体与渗碳体的机械混合物。
其片层比珠光体更细密,在高倍(700倍以上)显微放大时才能分辨。
(2)托氏体(T)也是铁素体与渗碳体的机械混合物,片层比索氏体还细密,在一般光学显微镜下也无法分辨,只能看到如墨菊状的黑色形态。
当其少量析出时,沿晶界分布,呈黑色网状,包围着马氏体;当析出量较多时,呈大块黑色团状,只有在电子显微镜下才能分辨其中的片层(见图3);
图3 托氏体+马氏体
图4 上贝氏体+马氏体
(3)贝氏体(B)为奥氏体的中温转变产物,它也是铁素体与渗碳体的两相混合物。
在显微形态上,主要有三种形态:
A、上贝氏体是由成束平行排列的条状铁素体和条间断续分布的渗碳体所组成的非层状组织。
当转变量不多时,在光学显微镜下为与束的铁素体条向奥氏体晶内伸展,具有羽毛状特征。
在电镜下,铁素体以几度到十几度的小位向差相互平行,渗碳体则沿条的长轴方向排列成行,如图4。
B、下贝氏体是在片状铁素体内部沉淀有碳化物的两相混合物组织。
它比淬火马氏体易受浸蚀,在显微镜下呈黑色针状(如图5)。
在电镜下可以见到,在片状铁素体基体中分布有很细的碳化物片,它们大致与铁素体片的长轴成55~60°的角度。
C、粒状贝氏体是最近十几年才被确认的组织。
在低、中碳合金钢中,特别是连续冷却时(如正火、热轧空冷或焊接热影响区)往往容易出现,在等温冷却时也可能形成。
它的形成温度范围大致在上贝氏体转变温度区的上部,由铁素体和它所包围的小岛状组织所组成。
(4)马氏体(M):是碳在a-Fe中的过饱和固溶体。
马氏体的形态按含碳量主要分两种,即板条状和针状(如图6、图7所示)
图5 下贝氏体
图6 回火板条马氏体
A、板条状马氏体一般为低碳钢或低碳合金钢的淬火组织。
其组织形态是由尺寸大致相同的细马氏体条定向平行排列组成马氏体束或马氏体领域。
在马氏体束之间位向差较大,一个奥氏体晶粒内可形成几个不同的马氏体领域。
板条马氏体具有较低的硬度和较好的韧性。
B、针状马氏体是碳量较高的钢淬火后得到的组织。
在光学显微镜下,它呈竹叶状或针状,针与针之间成一定的角度。
最先形成的马氏体较粗大,往往横穿整个奥氏体晶粒,将奥氏体晶粒加以分割,使以后形成的马氏体的大小受到限制。
因此,针状马氏体的大小不一。
同时有些马氏体有一条中脊线,并在马氏体周围有残留奥氏体。
针状马氏体的硬度高而韧性差。
图7 针状马氏体+残余奥氏体
图8 马氏体+粒状渗碳体
(5)残余奥氏体(A残)是含碳量大于0.5%的奥氏体淬火时被保留到室温不转变的那部分奥氏体。
它不易受硝酸酒精溶液的浸蚀,在显微镜下呈白亮色,分布在马氏体之间,无固定形态。
在图8表示含碳1.2%的碳钢正常淬火(780℃加热),其组织为马氏体+粒状渗碳体+少量残余奥氏体。
(6)钢的回火组织与性能
A、回火马氏体。
是低温回火(150~250℃)组织。
它保留了原马氏体形态特征。
针状马氏体回火析出了极细的碳化物,容易受到浸蚀,在显微镜下呈黑色针状。
体温回火后马氏体针变黑,而残余奥氏体不变仍呈白亮色。
低温回火后可以部分消除淬火钢的内应力,增加韧性,同时仍能保持钢的高硬度。
B、回火屈氏体。
是中温回火(350~500℃)组织。
回火屈氏体是铁素体与粒状渗碳体组成的极细混合物。
铁素体基体基本上保持了原马氏体的形态(条状或针状),第二相对渗碳体则析出在其中,呈极细颗粒状,用光学显微镜极难分辨(如图9所示)。
中温回火后有很好的弹性和一定的韧性。
图9 回火托氏体
图10 回火索氏体
C、回火索氏体:是高温回火(500~650℃)组织。
回火索氏体是铁素体与较粗的粒状渗碳体所组成的机械混合物。
碳钢回火索氏体中的铁素体已经通过再结晶,呈等轴细晶粒状。
经充分回火的索氏体已没有针的形态。
在大于500倍的光镜下,可以看到渗碳体微粒(如图10所示)。
回火索氏体具有良好的综合机械性能。
应当指出,回火屈氏体、回火索氏体是淬火马氏体回火时的产物,它们的渗碳体是颗粒状的,且均匀地分布在铁素体基体上;而淬火索氏体和淬屈氏体是奥氏体过冷时直接形成的,其渗碳体是呈片状。
回火组织较淬火组织在相同硬度下具有较高的塑性与韧性。