为什么淬火会改变金属性能？ 第1页

以钢的淬火为例，淬火的过程中会发生快速fcc->bcc相变，这个相变过程涉及原子间的切变，因此会带来很大的局部变形，产生大量位错，从而带来强化效果。

淬火时的冷却速度很高，带来很高的过冷度，因此bcc相的形核速度会非常高，大量的形核点带来高密度的界面，起到类似细晶强化的作用。以下图^[1]中的板条马氏体为例，相比于淬火前的奥氏体晶粒（最大的六边形），淬火后的马氏体中新生成了很多次级晶粒(packets/blocks/laths)，这些细小的次级晶粒能够将塑性变形均匀的分散开来，避免大量位错赛积在单个晶界附近产生应力集中，从而提高强度。

另外钢中多多少少都含有一些C原子，由于淬火过程中的冷却速度很快，C原子来不及扩散，不会形成热力学上最稳定的carbide，而是以过饱和固溶体的亚稳态形式残留下来。这些弥散的C原子会对材料产生明显的固溶强化。

此外，由于C原子的尺寸远远小于Fe原子，通常情况下，C会占据Fe原子之间的间隙位置^[2]：

如上图所示，在间隙位置的C离上下两个Fe原子较近，因此C会对这两个Fe原子产生较大的挤压。这样的间隙C可以有三个不同的方向，分别对x/y/z方向的Fe原子产生明显的挤压^[2]：

C对Fe的挤压会带来明显的晶格畸变，从而产生一个长程的应变场^[3]。这个应变场会促使周围的C占据同方向的间隙位置。如果C浓度比较高，大量的C占据同一方向的间隙，会使得Fe基体在该方向上产生可观的变形，令正常情况下的bcc-Fe（铁素体）变成bct-Fe （马氏体）。

由于对称性的降低，马氏体中位错的开动会更加困难，从而提高材料的硬度和强度。此外，也正因为马氏体的bct结构，它和铁素体以及其他马氏体之间的晶格常数往往不匹配，从而产生大量非共格界面，这些界面也会带来位错和缺陷，提供一定的强化作用。

参考

1. ^Maki, T. "Morphology and substructure of martensite in steels." Phase transformations in steels. Woodhead Publishing, 2012. 34-58. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9781845699710500028
2. ^^abGolovin, S. A., and I. S. Golovin. "Mechanical spectroscopy of Snoek type relaxation." Metal Science and Heat Treatment 54.5-6 (2012): 208-216. https://link.springer.com/article/10.1007/s11041-012-9483-6
3. ^Zhang, Xie, et al. "Mechanism of collective interstitial ordering in Fe–C alloys." Nature Materials (2020): 1-6. https://www.nature.com/articles/s41563-020-0677-9

这是金属材料 最基础的一些知识，在知乎问，不如直接百度。

简单来说就是热处理可以改变铁碳合金晶体的排列方式，导致机械性能变化。