热处理原理与工艺 教学课件 作者 赵乃勤 第4章　珠光体与钢的退火.ppt

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1、第4章　珠光体与钢的退火4.1　珠光体组织4.2　珠光体转变过程4.3　珠光体转变动力学4.4　珠光体的力学性能4.5　珠光体的应用4.1　珠光体组织珠光体是共析钢奥氏体在A1~550℃温度区间发生转变所得到的产物。在光学显微镜下，珠光体呈现珍珠母般的光泽，故称为珠光体。按渗碳体形态的不同，珠光体可分为片状珠光体和粒状珠光体两种。4.1.1　珠光体的定义4.1.2　珠光体的组织形态1.片状珠光体2.粒状珠光体3.特殊形态的珠光体［15⁃20］1.片状珠光体图4-1　共析钢中的典型珠光体组织a)300×(光学显微镜照片)　b)

2、2000×(电子显微镜照片)1.片状珠光体图4-2　珠光体团和珠光体片层间距1.片状珠光体图4-3　共析钢中的粒状珠光体2.粒状珠光体在铁素体基体中分布着颗粒状渗碳体的组织称为粒状珠光体(图4-3)或球状珠光体。粒状珠光体一般是通过球化退火等一些特定的热处理获得的。对于高碳钢中的粒状珠光体，常按渗碳体颗粒的大小，分为粗粒状珠光体、粒状珠光体、细粒状珠光体和点状珠光体。渗碳体颗粒的大小、形状与分布均与所采用的热处理工艺有关，渗碳体的多少则取决于钢中的碳含量。3.特殊形态的珠光体［15⁃20］图4-4　≤2%、=4%的钢在65

3、0℃转变2h后的组织(复型)3.特殊形态的珠光体［15⁃20］图4-5　珠光体相变时同一区域内各相间的取向关系示意图4.1.3　珠光体晶体学［17⁃24］图4-6　Fe-C合金各相在、温度的自由能-成分曲线4.2　珠光体转变过程奥氏体过冷至A1点以下，将发生珠光体转变。珠光体转变的驱动力是珠光体与奥氏体的自由能差。由于珠光体转变温度较高，原子能够长距离扩散，珠光体又是在晶界形核，形核所需的驱动力较小，所以在较小的过冷度下即可发生珠光体转变。4.2.1　珠光体转变热力学图4-6所示为铁碳合金的奥氏体、铁素体和渗碳体三个相在T

4、1、T2温度的自由能-成分曲线图。在T1(即A1)温度，三个相的自由能-成分曲线有一条公切线，说明铁素体和渗碳体双相组织(即珠光体)的化学位与共析成分的奥氏体的化学位相等，自由能差为零，没有相变驱动力(图4-6a)，即在T1温度,共析成分的奥氏体不能转变为铁素体和渗碳体的双相组织(珠光体)。4.2.2　片状珠光体的形成机制图4-7　Fe-12%Mn-0.8%C钢珠光体优先在奥氏体晶界形核4.2.2　片状珠光体的形成机制图4-8　片状珠光体形成过程示意图4.2.2　片状珠光体的形成机制图4-9　片状珠光体形成时碳的扩散原理示意图

5、a)Fe-C相图珠光体转变一角，显示温度时各相成分关系　b)相变前沿的碳原子扩散示意图4.2.2　片状珠光体的形成机制图4-10　片状珠光体中渗碳体的分枝长大a)金相照片　b)渗碳体分枝示意图4.2.2　片状珠光体的形成机制图4-11　过共析钢中的几种反常组4.2.3　粒状珠光体的形成机制图4-12　片状渗碳体断裂球化机制示意图4.2.3　粒状珠光体的形成机制图4-13　片状渗碳体在A以下球化过程示意图4.2.4　亚(过)共析钢珠光体转变1.先共析转变2.魏氏组织3.伪共析转变4.2.4　亚(过)共析钢珠光体转变图4-1

6、4　先共析相与伪共析组织的形成范围1.先共析转变(1)亚共析钢先共析铁素体的析出　亚共析钢完全奥氏体化后如被冷却到GSE′区，将有先共析铁素体析出，如图4-14中的合金Ⅰ。(2)过共析钢先共析渗碳体的析出　过共析钢加热到Accm以上完全奥氏体化后，过冷到ESG′区域时将析出先共析渗碳体。(1)亚共析钢先共析铁素体的析出图4-15　先共析铁素体形成示意图(1)亚共析钢先共析铁素体的析出图4-16　块状铁素体与珠光体(20钢)(1)亚共析钢先共析铁素体的析出图4-17　网状铁素体与珠光体(70钢)(1)亚共析钢先共析铁素体的析出图

7、4-18　过共析钢(T12A钢)的网状碳化物及细片状珠光体(2)过共析钢先共析渗碳体的析出过共析钢加热到Accm以上完全奥氏体化后，过冷到ESG′区域时将析出先共析渗碳体。2.魏氏组织(1)魏氏组织的形态和分布特征［17,18,20］魏氏组织是一种沿母相特定晶面析出的针状组织，由奥地利矿物学家A.J.Widmanstatten于1808年在铁-镍陨石中发现的。(2)魏氏组织的形成条件　魏氏组织的形成条件与钢的化学成分、过冷度及奥氏体晶粒度有关。(3)魏氏组织的形成机制　魏氏组织铁素体也是通过成核、长大形成的。(4)魏氏组织的力

8、学性能　魏氏组织以及经常与之伴生的粗晶组织，会使钢的强度，尤其是塑性和冲击韧性显著降低，还会使钢的韧脆转变温度升高。(1)魏氏组织的形态和分布特征［17,18,20］图4-19　过共析钢中的魏氏组织渗碳体(1)魏氏组织的形态和分布特征［17,18,20］图4-20　亚共析钢Z