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等温淬火球铁的显微组织由奥氏体加针状铁素体的混合组织组成。其每一束针状铁素体由许多位相相同，厚度大约200纳米的薄铁素体片组成。其奥氏体有两种形态：一种是存在于针状铁素体之间的近似于等轴形的块状奥氏体：一种是存在于针状铁素体之内的薄片形奥氏体。从晶粒尺寸数量级来说，针状铁素体的厚度约为200纳米，而铁素体内奥氏体的厚度仅为几到10纳米数量级。金属强化的几种主要方式：细晶强化，位错强化，晶界与亚结构强化，第二相强化，固溶强化，细晶强化以及TRIP强化等都在等温淬火球铁中得到了体现。正是由于等温淬火球铁这种特