第四章珠光体转变

1、第四章第四章 珠光体转变珠光体转变重点：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：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 4-1 珠光体的组织特征珠光体的组织特征一、珠光体的组织形态1.片（层）状珠光体：一层一层F+F+一层一层Fe3CFe3C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？为什么？A1650 150450nm 珠光体650600 80150nm 索氏体600

2、550 3080nm 屈氏体高温转变高温转变FeFe、C C充分扩散充分扩散 P P中温转变中温转变C C能扩散、能扩散、 FeFe不能不能 B B低温转变低温转变 FeFe、C C均不能扩散均不能扩散 M M2.粒（球）状珠光体：F的基体上分布着的基体上分布着Fe3C颗粒颗粒二、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

3、越小相界面硬度、强度3.比较：成分一定 HB、s 球P片P 塑性 球P片P （F连续分布）强度相同：疲劳极限 球P片P 球P在淬火时的变形开裂倾向小； 4-2 珠光体转变机制珠光体转变机制 一、一般概述 二、珠光体的领先相 三、片状珠光体的形成 四、粒状珠光体的形成一、一般概述 A(面心立方）F（体心立方）Fe3C (复杂斜方） 0.77 0.0218 6.69 特点： 1.热力学条件：需要一定的的过冷度GC /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

4、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P T8钢退火组织 T12钢退火组织四、粒状P的形成 1.过冷过冷A直接分解形成粒状直接分解形成粒状P 2.由片状由片状P球化而成球化而成 3.淬火组织回火淬火组织回火1、过冷A分解形成粒状P特定条件：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

5、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

6、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-魏氏组织铁素体形态决定于碳含量形态决定

7、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：上节课重点内容回顾：4-3 珠光体转变动力学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

8、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G S0C浓度梯度G 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

9、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

10、在晶界上晶界能量 先共析F、P的形核率8）降低AF同素异构转变的速度4.A的均匀化程度：不均匀（未溶碳化物、夹杂物）促进P转变5.加热温度和保温时间T、tA均匀化、晶粒长大P转变速度6.A的应力状态和塑性变形拉应力促进P转变，压应力减缓P转变塑性变形加速P转变，且形变量越大，P转变速度越快4-5 合金钢中其它类型的奥氏体高温分解转变合金钢中其它类型的奥氏体高温分解转变一、特殊碳化物珠光体碳化物形成元素固溶于Fe3C中形成合金渗碳体，当Me-析出碳化物与普通P转变机理、组织形态、性能相近二、纤维状碳化物与F的聚合体形态：球团、平行边界、枞树叶纤维直径：2050nm 层间距小c=0.2%时全共析组

11、织 机械性能良好 获得方法：等温处理或控制冷却三、相间沉淀组织形态：F中有极细小的合金碳化物的层状弥散析出中有极细小的合金碳化物的层状弥散析出1.相间沉淀机理 F析出CA/F抑制F的长大析出碳化物CA/F 温度范围：点以下，转变温度以上-含有、元素的合金钢中转变温度低，及合金元素可能扩散的距离很小，加之钢中c，单位体积内可提供的原子数量很少从中在晶界上析出的特殊碳化物只能呈细小粒状分布。碳化物是在A/F界面上形核与保持共格或半共格关系并在中长大台阶长大机制：台阶端面：非共格界面，易于迁移 台阶宽面：（半）共格界面，不易迁移2.相间沉淀条件1）等温转变-决定于AF转变进行的温度温度较高：析出先共

12、析F c至共析成分伪共析体；温度较低：C原子在A中扩散不充分C在A/F界面的A一侧蓄积未转变的A的平均成分达不到共析成分析出碳化物2）连续冷却-取决于冷却速度冷却速度过慢：在较高温度下通过的时间过长特殊碳化物聚集长大粗化冷却速度过快：在发生相间析出的温度范围内通过的时间过短细小的特殊碳化物来不及形成过冷A将转变成先共析F+P或B3.相间析出产物的形态与性能1）形态：不规则分布（磨面与界面平行）、点列状排列（磨面与界面垂直）与P比较：碳化物不是片状，而是细小粒状，分布在有一定间距的平行平面上 “变态珠光体”-degenerate pearlite面间距离-分布有微粒碳化物的平面彼此之间的距离影响

13、因素：随c、特殊碳化物形成元素 等温转变温度、冷却速度2）性能：碳化物颗粒变细、面间距离 强度3）强化机制：晶界（沉淀）强化、弥散（细晶）强化、固溶强化4）应用：微合金低碳钢的控制轧制碳化物颗粒变细、面间距离四、合金元素对特殊碳化物形态的影响1.650850-相间沉淀组织 V、Ti、Nb、W钢C曲线靠左碳及合金元素无法作长距离扩散转变温度沉淀颗粒尺寸和面间距离合金元素含量沉淀颗粒尺寸和面间距离2.600850-纤维状碳化物+相间沉淀碳化物 钼钢C曲线靠右利于碳和合金元素进行较长距离扩散形成纤维状碳化物 随T纤维状碳化物间距3.600800 -出现三种组织 铬钢本本 章章 总总 结结1、掌握片状珠光体与粒状珠光体的组织形态、机械性能；、掌握片状珠光体与粒状珠光体的组织形态、机械性能；2、掌握两种珠光体的形成机制；、掌握两种珠光体的形成机制；3、掌握珠光体的动力学特点及影响因素；、掌握珠光体的动力学特点及影响因素；4、掌握先共析相的形成及组织形态、形成机制；、掌握先共析相的形成及组织形态、形成机制；