第四章珠光体转变

第四章 珠光体转变重点：1.掌握珠光体的组织形态与晶体结构；2.掌握珠光体的形成机理；3.掌握珠光体的力学性能；4.掌握先共析转变；难点：1.珠光体（片状和粒状）的形成机理；2.先共析产物的形成机理。T、转变温度降低 驱动力 、 Fe、 C原子活动能力 4-1 珠光体的组织 特征一、珠光体的组织形态1.片（层）状珠光体： 一层 F+一层 Fe3C珠光体团、珠光体领域片层间距 =一片 F和一片 Fe3C厚度之和S0=(8.02/ T) 103nm TS0 为什么？A1650 150450nm 珠光体650600 80150nm 索氏体600550 3080nm 屈氏体高温转变 Fe、 C充分扩散 P 中温转变 C能扩散、 Fe不能 B低温转变 Fe、 C均不能扩散 M三种珠光体组织三种珠光体组织2.粒（球）状珠光体：F的基体上分布着 Fe3C颗粒二、珠光体的晶体学 P晶核在纯 A晶界上产生时： P晶核在 A晶界上有先共析Fe3C时。三、珠光体的机械性能1.片状 P： S0 （ T） P团直径S0 、 P团直径 强度、硬度、塑性 S0 F 、 Fe3C变薄 相界面 抗塑变能力 “派敦（登）处理 ”45钢球化退火组织 T12球化退火组织2.粒状 P： Fe3C颗粒的大小及分布 颗粒越小 相界面 硬度、强度 3.比较： 成分一定 HB、 s 球 PC /Fe3CC原子扩散 C/ C /Fe3C 平衡被破坏 为了恢复平衡 析出 F(C/ ) 析出 Fe3C(/Fe3C )F和 Fe3C向 A晶粒内部纵向长大3、 P的分枝形成机制P只是以纵向长大的方式进行，至于横向的展宽，并不是通过横向重复形核，而是以分岔的方式进行。Fe3C晶核 纵向长大 不断分枝F在枝间形成 片层相间的 PT8钢退火组织 T12钢退火组织四、粒状 P的形成1.过冷 A直接分解形成粒状 P 2.由片状 P球化而成3.淬火组织回火1、过冷 A分解形成粒状 P特定条件：1） 奥氏体化温度较低，保温时间较短，加热转变未充分进行 ；2） 转变为 P的等温温度要高，等温时间足够长，或者冷却速度极慢 。2、片状 P粒状 P（胶态平衡理论）尖角处（曲率半径小） 高碳浓度平面处（曲率半径大） 低碳浓度破坏平衡曲率半径相近的粒状 Fe3CC原子扩散尖角处： Fe3C溶解平面处： Fe3C析出粒状 P的形成：微观缺陷（亚晶界）处： C原子扩散 片状 Fe3C破裂尖角溶解破裂的 Fe3C 小片 粒状碳化物平面析出 碳化物破裂碳的扩散碳化物析出45钢球化退火组织 T12球化退火组织4-3 亚（过）共析钢的珠光体转变四个区域： GSE-奥氏体单相区；GSE-伪共析转变区； GSE-先共析 F区；ESG-先共析 Fe3C区一、伪共析转变ESE- Fe3C在 A中的溶解度曲线GSG-F在 A中的溶解度曲线亚（过）共析钢自 A区快冷，先共析 F（ Fe3C）来不及析出，同时析出 F和 Fe3C伪共析组织 由成分偏离共析成分的过冷 A分解形成貌似共析体的组织。随过冷 A转变温度 ，形成的共析组织的含碳范围 特点： 组织特征与 P转变完全相同； F和 Fe3C的量与 P（平衡）不同， A的碳含量越高， Fe3C量越多。二、亚共析钢中先共析 F的析出1.相变机构：合金 冷却到 T1： A中产生 F晶核 -CA/FCA-C原子扩散 -先共析 F长大 -CA-进入伪共析转变区 先共析 F+伪共析 Pc 、冷速 、析出温度 先共析 F2.先共析 F的形态1）等轴块状、网状、片状2）形核： A晶界上 -晶核与一侧 A晶粒为（半）共格界面，另一侧非共格3）长大机制： 转变温度较高，以非共格迁移为主 转变温度较低，以共格界面迁移为主：片状 F-魏氏组织铁素体A中中 c高高 网状先共析网状先共析 F+伪共析伪共析 PA中中 c低低 块状先共析块状先共析 F+伪共析伪共析 Pc0.4% 网状网状c0.2% 块状块状0.2%c0.4% 魏氏组织魏氏组织形态决定于碳含量三、先共析 Fe3C的形成1.相变机构 合金 先共析 Fe3C+伪共析组织当冷速较大或等温温度较低时，先共析 Fe3C量降低 ？2.先共析 Fe3C的形态： 网状、片状 脆性 3.应用 ： 过共析钢毛坯件的退火加热温度必须在 Accm以下； 具有网状或针（片）状 Fe3C的材料必须加热到 Accm以上，使 Fe3C充分溶入 A中 -快冷 先共析 Fe3C来不及析出 伪共析 P-球化退火上节课重点内容回顾：4-3 珠光体转变动力学一、转变动力学特点1.转变开始前有一个孕育期；2.温度一定，转变速度随时间延长有一极大值；3.随转变温度 ，孕育期存在最小值；4.合金元素的影响显著。二、珠光体转变动力学研究1.形核率、长大速度与转变温度的关系N、 G随 转变温度 而升高，在 550 达到极大值形核率： T G 驱动力 rk形核率 原子活动能力 形核率 长大速度： T 扩散速度 GS0C浓度梯度 G 存在极大值存在极大值存在极大值存在极大值2.形核率、长大速度与转变时间的关系简化模型 假设： 均匀形核； N和 G不随时间改变； 各 P团的 G相同对于选定的 N和 G值， X和 t的关系曲线呈 S形实际： N随时间而变； G在不同的 P团中不同，随时间而变 非均匀形核； P团不是真正的球形形核位置不等效：顶角 棱边 晶面三、影响珠光体转变动力学的因素1.奥氏体晶粒度A晶粒越细 单位体积相界面 形核率 珠光体转变加快2.含碳量基本特点： 共析成分最稳定， c或 ， C曲线左移； 与合金元素的影响相比，碳含量的影响较小亚共析钢： c先共析 F析出孕育期 、析出速度 P转变孕育期 、析出速度 过共析钢： c Fe3C形核率 先共析 Fe3C孕育期 、析出速度 P转变孕育期 、析出速度 3.合金元素 位置：除 Co、 2.5Al 非、弱碳化物形成元素： MoMnWNiSi 右移强碳化物形成元素 右移 -溶入 A中左移 -未溶碳化物 B的作用显著，微量即可使 C曲线右移 B的作用随 c而减弱 形状：碳化物形成元素，改变 P转变的温度范围 C曲线分离1）改变共析点位置： Ni、 Mn降低 A1点位置 TP形成速度 ；2）改变 S0： S0T；3）改变 AP的自由能变化；4）影响 N和 G；5）降低碳在 A中的扩散速度；6）合金本身扩散慢；7） B的影响：吸附在晶界上 晶界能量 先共析 F、 P的