珠光体转变与钢的退火和正火实用教案

1、会计学1珠光体转变珠光体转变(zhunbin)与钢的退火和正与钢的退火和正火火第一页，共42页。 + Fe3C 碳含量碳含量C% 0.77 0.0218 6.69晶格类型晶格类型 面心立方面心立方 体心体心(t xn)立方立方 复杂斜方复杂斜方第1页/共42页第二页，共42页。第2页/共42页第三页，共42页。 珠光体是过冷奥氏体在珠光体是过冷奥氏体在A1以下的共析转变产物以下的共析转变产物，是铁素体和渗碳体组成的机械混合物。通常根据，是铁素体和渗碳体组成的机械混合物。通常根据渗碳体的形态不同，把珠光体分为渗碳体的形态不同，把珠光体分为(fn wi)：片状珠光体；片状珠光体；球状珠光体；球状珠

2、光体；针状珠光体针状珠光体 其中片状和粒状珠光体是两种常见的珠光体组其中片状和粒状珠光体是两种常见的珠光体组织。织。第3页/共42页第四页，共42页。片状珠光体片状珠光体珠光体团：珠光体长大初期珠光体团：珠光体长大初期(chq)所形成的球团状，分辨所形成的球团状，分辨率不高时为黑色球状物；率不高时为黑色球状物；珠光体领域：在每一个珠光体珠光体领域：在每一个珠光体团中片层排列方向大致相同的团中片层排列方向大致相同的区域区域 。第4页/共42页第五页，共42页。（渗碳体颗粒分（渗碳体颗粒分布于铁素体基布于铁素体基体上）。体上）。球状珠光体球状珠光体第5页/共42页第六页，共42页。片状珠光体分类片

3、状珠光体分类(fn li) （）珠光体（）珠光体（P）: 片间距约为片间距约为450150nm，形成于，形成于A1650温度范围内。在光学显微镜下可清晰分辨出铁素体和渗碳体片层状温度范围内。在光学显微镜下可清晰分辨出铁素体和渗碳体片层状组织形态；组织形态；（）索氏体（）索氏体(S): 片间距约为片间距约为15080nm，形成于，形成于650600温温度范围内。只有在度范围内。只有在800倍以上光学显微镜下观察倍以上光学显微镜下观察(gunch)才能分辨才能分辨出铁素体和渗碳体片层状组织形态；出铁素体和渗碳体片层状组织形态；（）屈氏体（）屈氏体(T): 片间距约为片间距约为8030nm，形成于，

4、形成于600550温度温度范围内。在光学显微镜下已很难分辨出铁素体和渗碳体片层状组织范围内。在光学显微镜下已很难分辨出铁素体和渗碳体片层状组织形态；形态；第6页/共42页第七页，共42页。(a)珠光体珠光体(b) 索氏体索氏体(c)屈氏体屈氏体第7页/共42页第八页，共42页。第8页/共42页第九页，共42页。l -T，T，S0 ，与，与A晶晶粒大小无关。粒大小无关。第9页/共42页第十页，共42页。l珠光体型相变为扩散型相变，是受碳、铁原子的扩散控制珠光体型相变为扩散型相变，是受碳、铁原子的扩散控制的。的。l当珠光体的形成温度下降时，当珠光体的形成温度下降时，TT增加，扩散变得较为困难增加，

5、扩散变得较为困难，从而层片间距必然减小（以缩短原子的扩散距离），所以，从而层片间距必然减小（以缩短原子的扩散距离），所以S S与与TT成反比关系。成反比关系。l原子所需扩散的距离就要增大，这使转变发生困难；原子所需扩散的距离就要增大，这使转变发生困难；l若若S S过小，则由于相界面过小，则由于相界面(jimin)(jimin)面积增大，而使表面能面积增大，而使表面能增大，这时增大，这时GVGV不变，不变，GSGS增加，必然使相变驱动力过小，增加，必然使相变驱动力过小，而使相变不易进行。可见，而使相变不易进行。可见，S S与与TT必然存在一定的定量关系必然存在一定的定量关系。 第10页/共42页

6、第十一页，共42页。由于铁素体的塑性变形受到阻碍，位错的移动限于渗碳片之间的铁素体中进行，增加(zngji)了变形抗力，使强度得到提高。渗碳体片越薄，抵抗塑性变形的能力越强，其硬度越高；厚的渗碳体不易变形，薄片渗碳体却可以承受部分变形，故强度升高的同时，塑性也有所提高。第11页/共42页第十二页，共42页。第12页/共42页第十三页，共42页。2. 球状珠光体球状珠光体l珠光体团尺寸的减小，由Hall-Petch公式S=i+Kd-1/2知，强度将有所提高；l 晶粒的细小，使参与滑移的晶粒数增多，虽然每一晶粒的变形(bin xng)量减少，但总变形(bin xng)量增加，从而塑性亦有所提高。共

7、析钢和过共析钢一般都要进行球化退火共析钢和过共析钢一般都要进行球化退火(tu hu)，以得，以得到球状珠光的组织结构。到球状珠光的组织结构。第13页/共42页第十四页，共42页。三、珠光体的形成三、珠光体的形成(xngchng) + Fe3C 碳含量碳含量(hnling)C% 0.77 0.0218 6.69晶格类型晶格类型 面心立方面心立方 体心立方体心立方 复杂斜方复杂斜方 珠光体的形成过程，包含着两个同时进行的过程：珠光体的形成过程，包含着两个同时进行的过程：一个是碳的扩散一个是碳的扩散(kusn)，以生成高碳的渗碳体和低，以生成高碳的渗碳体和低碳的铁素体；碳的铁素体；另一个是晶体点阵的

8、重构，由面心立方的奥氏体转变另一个是晶体点阵的重构，由面心立方的奥氏体转变为体心立方点阵的铁素体和复杂单斜点阵的渗碳体。为体心立方点阵的铁素体和复杂单斜点阵的渗碳体。第14页/共42页第十五页，共42页。1. 片状珠光体的形成(xngchng)机理第15页/共42页第十六页，共42页。片状珠光体形成过程示意图片状珠光体形成过程示意图第16页/共42页第十七页，共42页。片状珠光体形成片状珠光体形成(xngchng)时时C的扩散示意图的扩散示意图第17页/共42页第十八页，共42页。珠光体形成(xngchng)时的领先相 相或Fe3C相，从热力学上讲，均可成为领先。 由于(yuy)形成领先相的驱

9、动力较小，所以起始相往往与母相保持共格关系： 111/110/011Fe3C / Fe3C 从成分上讲，由于钢的含碳量较低产生低碳区更为有利，即有利于从成分上讲，由于钢的含碳量较低产生低碳区更为有利，即有利于为领先为领先(ln xin)(ln xin)相相 从结构上讲，在较高温度，特别在高碳钢中，往往出现先共析从结构上讲，在较高温度，特别在高碳钢中，往往出现先共析Fe3CFe3C相相，或存在未溶，或存在未溶Fe3CFe3C微粒微粒 一般认为过共析钢的领先一般认为过共析钢的领先(ln xin)(ln xin)相为相为Fe3CFe3C，而亚共析钢的为，而亚共析钢的为F F，共析钢的并不排除共析钢的

10、并不排除F F的可能性。的可能性。第18页/共42页第十九页，共42页。若在奥氏体晶界上形成了一片渗碳体（领先若在奥氏体晶界上形成了一片渗碳体（领先(ln (ln xin)xin)相为片状，主要是由于片状的应变能较低，片状相为片状，主要是由于片状的应变能较低，片状在形核过程中的相变阻力小）在形核过程中的相变阻力小）同时向纵横方向生长同时向纵横方向生长由于横向生长，使周围碳原子在向渗碳体聚集的同时，由于横向生长，使周围碳原子在向渗碳体聚集的同时，产生贫碳区，当其产生贫碳区，当其C%C%下降到该温度下下降到该温度下C/Fe3CC/Fe3C浓度时，浓度时，铁素体即在铁素体即在Fe3C/Fe3C/相界

11、面上形核并长成片状；随着相界面上形核并长成片状；随着F F的横的横向生长，又促使向生长，又促使(csh)(csh)渗碳体片的形核并生长渗碳体片的形核并生长 如此不断形核生长，从而形成铁素体、渗碳体相相同如此不断形核生长，从而形成铁素体、渗碳体相相同的片层。的片层。第19页/共42页第二十页，共42页。 珠光体的横向生长：由于其两侧渗碳体片的形成(xngchng)而终止，渗碳体的横向生长亦然，故珠光体片的横向生长很快停止；而纵向生长继续，直到与另一方向长来的珠光体相遇为止。这就形成(xngchng)了层片状的珠光体。 随着温度的降低，碳原子的扩散能力下降，从而形成(xngchng)的铁素体、渗碳

12、体片逐渐变薄，片层间距缩短。由片状PST。动画第20页/共42页第二十一页，共42页。2. 粒状珠光体的形成(xngchng)机理l渗碳体片中有位错存在，并可形成亚晶界，在固溶体（奥氏体或铁素体，如为后者）与渗碳体亚晶界接触处则形成凹坑，如图所示。渗碳体片中有位错存在，并可形成亚晶界，在固溶体（奥氏体或铁素体，如为后者）与渗碳体亚晶界接触处则形成凹坑，如图所示。l在凹坑两侧的渗碳体与平面部分的渗碳体相比，具有较小的曲率半径。在凹坑两侧的渗碳体与平面部分的渗碳体相比，具有较小的曲率半径。 l与坑壁接触的固溶体具有较高的溶解度，将引起与坑壁接触的固溶体具有较高的溶解度，将引起C在固溶体中的扩散，并

13、以渗碳体的形式在附近在固溶体中的扩散，并以渗碳体的形式在附近(fjn)平面渗碳体上析出。平面渗碳体上析出。l为了保持亚稳定平衡，凹坑两侧的渗碳体尖角将逐渐被溶解，而使曲率半径增大。这样又破坏了此处相界面表面张力（为了保持亚稳定平衡，凹坑两侧的渗碳体尖角将逐渐被溶解，而使曲率半径增大。这样又破坏了此处相界面表面张力（cem-a-cem-cem）的平衡。）的平衡。l为了保持表面张力的平衡，凹坑将因渗碳体继续溶解而加深。在渗碳体片亚晶界的另一面也发生上述溶解析出过程，如此不断进行直到渗碳体片溶穿，一片成为两截。为了保持表面张力的平衡，凹坑将因渗碳体继续溶解而加深。在渗碳体片亚晶界的另一面也发生上述溶

14、解析出过程，如此不断进行直到渗碳体片溶穿，一片成为两截。第21页/共42页第二十二页，共42页。片状渗碳体破断、球化过程示意图3-13.swf动画第22页/共42页第二十三页，共42页。3. 3. 亚（过）共析钢中的珠光体相变亚（过）共析钢中的珠光体相变 伪共析转变伪共析转变 先共析铁素体析出先共析铁素体析出(xch) 先共析渗碳体的形成先共析渗碳体的形成Fe-Fe3C相图中相图中GS、ES线的延长线线的延长线SG、SE具有具有(jyu)一定的意义：一定的意义：GSG、ESE线把相图分成四个区：线把相图分成四个区：GSE以上为以上为A区、区、GSE以左为先共析以左为先共析F析出区、析出区、ES

15、G以右为先共析以右为先共析Fe3C析出区、析出区、ESG以下为伪共析以下为伪共析P析出区。析出区。第23页/共42页第二十四页，共42页。（1）亚共析钢中的先共析铁素体 奥氏体晶界上形成的晶核，一侧为共格，另一侧为非共格奥氏体晶界上形成的晶核，一侧为共格，另一侧为非共格 形成温度形成温度(wnd)较高，非共格晶界易迁移，向奥氏体晶粒一侧长成球冠较高，非共格晶界易迁移，向奥氏体晶粒一侧长成球冠状状 若原奥氏体含碳量较高，析出的铁素体若原奥氏体含碳量较高，析出的铁素体 量较少，则铁素体易长成量较少，则铁素体易长成(chn chn)(chn chn)网状；网状； 若原奥氏体含碳量较低，析出的铁素体若

16、原奥氏体含碳量较低，析出的铁素体 量较多，且单位体积排出量较多，且单位体积排出的碳原子较少，非共格界面更易迁移，铁素体长入奥氏体呈块状分布。的碳原子较少，非共格界面更易迁移，铁素体长入奥氏体呈块状分布。第24页/共42页第二十五页，共42页。 形成温度较低，铁原子不易作长距离迁移(qiny)，使非共格晶界不易迁移(qiny)，铁素体的长大，主要依靠共格晶界迁移(qiny)。 共格界面与母相往往(wngwng)有一定的位向关系，且为减小应变能，铁素体呈条状沿奥氏体某一晶面向晶粒内生长。铁素体彼此平行，或互成60，90。形成魏氏组织（片状铁素体）。第25页/共42页第二十六页，共42页。魏氏(wi

17、sh)铁素体第26页/共42页第二十七页，共42页。（2 2） 过共析钢中的渗碳体过共析钢中的渗碳体粒状渗碳体网状渗碳体针状渗碳体第27页/共42页第二十八页，共42页。魏氏(wish)渗碳体第28页/共42页第二十九页，共42页。毛坯生产毛坯生产 预备热处理预备热处理 机械加机械加工工 最终热处理最终热处理 机械精加工机械精加工预备预备(ybi)热处理热处理 : 退火退火 ; 正火正火最终最终(zu zhn)热处理热处理 : 淬火淬火 ; 回火回火一般一般(ybn)零件生产的工艺零件生产的工艺路线路线:第29页/共42页第三十页，共42页。（1）定义）定义: 将零件加热将零件加热(ji r)

18、到适当温度，经过保温后以到适当温度，经过保温后以适当速度冷却，以降低硬度、改善组织、提高加工性的一适当速度冷却，以降低硬度、改善组织、提高加工性的一种热处理工艺。种热处理工艺。 （2）目的）目的: 消除应力消除应力;降低硬度降低硬度;细化晶粒细化晶粒;均匀均匀(jnyn)成分成分;为最终热处理作好组织准备。为最终热处理作好组织准备。 （3）特点）特点: 加热温度在加热温度在Ac1以上以上缓冷缓冷得到珠光体的组织得到珠光体的组织 第30页/共42页第三十一页，共42页。（4） 种类种类(zhngli)退火退火(tu hu)重结晶重结晶退退 火火低温低温(dwn)退火退火完全退火完全退火扩散退火扩散退火球化退火球化退火再结晶退火再结晶退火去应力退火去应力退火普通退火普通退火等温退火等温退火普通球化普通球化 退退 火火等温球化等温球化 退退 火火第31页/共42页第三十二页，共42页。（5） 工艺工艺(gngy)参数参数:温温 度度 ( C )名名 称称Ac3 + 3050完全退火完全退火Ac1 + 3050球化退火球化退火500600去应力退火去应力退火Ac3 + 150250扩散退火扩散退火第32页/共42页第三十三页，共42页。第33页/共42页第三十四页，共42页。第34页/共42页第三十五页，共42页。第35页/共42页第三十六页，