固态相变第五章 珠光体转变.ppt

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1、1珠光体的组织特征共析碳钢加热至奥氏体化后缓慢冷却，在稍低于A1温度时奥氏体将分解为铁素体与渗碳体的混合物，称为珠光体，其典型形态呈片状或层状，如图所示。片状珠光体是由一层铁素体与一层渗碳体交替紧密堆叠而成的。共析碳钢的片状珠光体组织钢中的珠光体转变是最具代表性的共析相变，在热处理实践中极为重要。研究珠光体转变的规律，不仅与为了获得珠光体转变产物的退火和正火等热处理工艺有关，而且与为了避免产生珠光体转变产物的淬火和等温淬火等热处理工艺也有密切的联系。在片状珠光体组织中，一对铁素体片和渗碳体片的总厚度称为“珠光体片层间距”

2、，以S0表示。片层方向大致相同的区域称为“珠光体团”或“珠光体晶粒”。在一个奥氏体晶粒内可以形成几个珠光体团。珠光体电镜图片状珠光体示意图随着珠光体转变温度下降，片状珠光体的片层间距S0将减小。按照S0的大小，工业上常将奥氏体分解为呈片层状交替紧密堆叠的铁素体和渗碳体的组织分为：片状珠光体，其S0约为150～450nm；索氏体，其S0约为80～150nm；屈氏体，其S0约为30～80nm。屈氏体珠光体索氏体屈氏体珠光体的片层间距大小主要取决于珠光体的形成温度。在连续冷却条件下，冷却速度愈大，珠光体的形成温度愈低，即过冷度

3、愈大，则片层间距就愈小。其原因是：由于形成温度降低，C原子的扩散能力下降，不易进行较大距离的迁移，因而只能形成片层间距较小的珠体。T12钢珠光体片层间距与过冷度的关系在一定过冷度下，有一定的片层间距。随着过冷度增大，珠光体片层间距减小。碳钢中珠光体片层间距S0与过冷度△T的关系可以用下面经验公式表示:若过冷奥氏体在连续冷却过程中分解，珠光体是在一个温度范围内形成的，则在高温形成的珠光体较粗，低温形成的珠光体较细。这种珠光体组织的不均匀将导致机械性能的不均匀，从而影响钢的切削加工性能。因此，应采用一定温度的等温处理（等温正

4、火或等温退火）的方法，来获得粗细相近的珠光体组织，以提高钢的切削性能。试验证明，奥氏体晶粒大小对珠光体的片层间距没有明显影晌，但影响珠光体团的大小。随珠光体片层间距的减小，珠光体中渗碳体片的厚度减薄。而且，当珠光体的片层间距相同时，随钢中碳含量的降低，渗碳体片也将变薄。工业用钢中也可见到在铁素体基体上分布着粒状渗碳体的组织，称为“粒状珠光体”或“球状珠光体”，一般是经过球化退火处理后获得的。T12A钢的粒状珠光体组织虽然珠光体有多种形态，但本质上都是铁素体与渗碳体的机械混合物。电镜观察表明，在退火状态下珠光体铁素体中的位

5、错密度较低，渗碳体中的位错密度更低，而铁素体与渗碳体两相交界处的位错密度较高。在铁素体片中还有亚晶界，构成许多亚晶粒。珠光体形成时，新相（铁素体和渗碳体）与母相（奥氏体）之间存在一定的晶体学位向关系，使新相和母相的原子在界面上能够较好地匹配，其中铁素体与奥氏体的位向关系为(110)γ//(112)α；[112]γ//[110]α而在亚共析钢中，先共析铁素体与奥氏体的位向关系为(111)γ//(110)α；[110]γ//[111]α这两种位向关系不同，说明珠光体中铁素体与先共析铁素体具有不同的转变特性。2.珠光体转变机制

6、1．珠光体转变时的领先相2．珠光体的形成过程3．亚（过）共析钢的珠光体转变2.1珠光体转变时的领先相由于珠光体是由铁素体和渗碳体两相所组成的，因此就有领先相的问题。珠光体转变时的晶核究竟是铁素体还是渗碳体，很难通过实验直接验证，所以目前尚无定论。过冷度小时渗碳体是领先相，过冷度大时铁素体是领先相；在亚共析钢中铁素体是领先相，在过共析钢中渗碳体是领先相；在共析钢中两者为领先相的几率相同。许多研究证实，珠光体形成时的领先相随相变发生的温度和奥氏体成分的不同而异。共析钢中的领先相珠光体中渗碳体与从奥氏体中析出的先共析渗碳体的晶

7、体学位向相同，而珠光体中铁素体与直接从奥氏体中析出的先共析铁素体的晶体学位向不同；珠光体中渗碳体与共析转变前产生的渗碳体在组织上常常是连续的，而珠光体中铁素体与共析转变前产生的铁素体在组织上常常是不连续的；奥氏体中未溶解的渗碳体有促进珠光体形成的作用，而先共析铁素体的存在对珠光体形成无明显影响。一般认为共析钢中珠光体形成时的领先相是渗碳体，其理由如下：合金元素改变A1点，若转变温度相同则过冷度就不同，从而改变相变驱动力的大小，并影响珠光体片层间距。而共析碳浓度的改变导致先共析铁素体或先共析渗碳体的析出，并影响珠光体转变的

8、领先相。合金元素对共析温度和共析碳含量的影响2.2珠光体的形成过程（1）片状珠光体的形成过程奥氏体过冷到A1点以下将发生珠光体转变。由于珠光体转变温度较高，Fe原子和C原子都能长距离扩散，珠光体在晶界上形核，形核功较小，所以在较小的过冷度下就可以发生珠光体转变。当共析碳钢由奥氏体转变为珠光体时，将由均匀固溶体（奥氏体