共析转变(三)

1、第三节第三节 共析转变共析转变一、概述一、概述 共析转变与共晶转变相似，但它是从固溶体母相中以共析转变与共晶转变相似，但它是从固溶体母相中以相互协作相互协作的方式生的方式生长出来，结构、成分均不相同于母相的两个新固相，表达式为：长出来，结构、成分均不相同于母相的两个新固相，表达式为：当含碳量为当含碳量为0.77%的奥氏体（的奥氏体（）冷却到共析温度（）冷却到共析温度（727），将分解成铁素体（），将分解成铁素体（）和）和渗碳体（渗碳体（Fe3C）的机械混合）的机械混合物物珠光体转变珠光体转变CCCCFe%69. 63%0218. 0%77. 0典型固态相变之【共析转变】.珠光体：珠光体： 铁素

2、体铁素体、渗碳体渗碳体交替分布的交替分布的片层状片层状共析组织共析组织.珠光体的形成过程：珠光体的形成过程： 碳的扩散；碳的扩散； 晶体点阵重构晶体点阵重构珠光体团：珠光体片层方向大致相同的区域。珠光体团：珠光体片层方向大致相同的区域。珠光体片间距珠光体片间距SOnmTS301002. 8过冷度越大，片间距越过冷度越大，片间距越小小不同的温度形成的珠光体片层间距不同不同的温度形成的珠光体片层间距不同：在温度区间（在温度区间（A1 650）：）：SO大约为大约为400nm;珠光体珠光体P在温度区间（在温度区间（650600）：）：SO大约为大约为400nm200nm，称为，称为索氏体索氏体S在温

3、度区间（在温度区间（600500）：）：SO小于小于200nm，称为，称为托氏体托氏体T（或（或屈氏体屈氏体）二、珠光体的形成过程：二、珠光体的形成过程：珠光体形成过程珠光体形成过程碳的扩散过程碳的扩散过程三、共析转变动力学三、共析转变动力学1、影响因素：、影响因素：影响影响形核率形核率I和和长大速度长大速度的因素有的因素有过冷度的大小过冷度的大小和和等温时间等温时间。结论结论：形核率：形核率I和和长大速度长大速度随随过冷度过冷度的增大先增后减小！的增大先增后减小！共析转变和其他类型的相变一样，也遵循着共析转变和其他类型的相变一样，也遵循着形核形核和和长大长大的过程。的过程。等温时间等温时间对

4、形核率的影响：对形核率的影响：结论结论： 随着随着等温时间等温时间的的，形核率形核率I明显增加；明显增加； 等温时间等温时间对晶核对晶核长大速度长大速度u无明显影响无明显影响 。2、共析转变动力学图、共析转变动力学图共析转变属于共析转变属于非均匀形核非均匀形核，因而用，因而用Avrami（阿夫拉米）方程来描述。共（阿夫拉米）方程来描述。共析转变动力学曲线一般都是用析转变动力学曲线一般都是用实验方法实验方法来测定的。来测定的。常用的方法：常用的方法：u 金相法金相法 u 硬度法硬度法u 膨胀法膨胀法u 磁性法磁性法u 电阻法电阻法该曲线综合反映了珠光体的该曲线综合反映了珠光体的形核率形核率I和和

5、长大速率长大速率u与与等温时间等温时间的关系！的关系！该图把该图把共析转变温度共析转变温度、时间时间和和转变量转变量三者有机结合起来！三者有机结合起来！主要作用主要作用：为钢制定热处理工艺提为钢制定热处理工艺提供重要的参考！供重要的参考！ 从动力学图中可以知道其三个特点：从动力学图中可以知道其三个特点：共析转变有一段孕育期，即从共析转变有一段孕育期，即从等温开始等温开始至至开始发生开始发生转变的时间转变的时间等温温度从等温温度从A1逐渐下降时，孕育期逐渐缩短，降至逐渐下降时，孕育期逐渐缩短，降至某一温度孕育期最短，温度继续降低则孕育期反而增某一温度孕育期最短，温度继续降低则孕育期反而增长，降低

6、至一定温度时共析转变将放抑制长，降低至一定温度时共析转变将放抑制等温转变初期，随时间的延长，共析转变速度增大，等温转变初期，随时间的延长，共析转变速度增大，转变量超过转变量超过50时，转变速度又逐渐降低，直至转变时，转变速度又逐渐降低，直至转变完成。完成。 “鼻尖鼻尖”的出现和驱动力与扩散速度与温度的关系的的出现和驱动力与扩散速度与温度的关系的相反结果引起！相反结果引起！珠光体转变动力学图的影响因素： u 奥氏体中含碳量的影响；奥氏体中含碳量的影响；u 合金元素的影响；合金元素的影响；u 奥氏体晶粒尺寸的影响奥氏体晶粒尺寸的影响u 加热温度与保温时间的影响；加热温度与保温时间的影响；u 塑性变

7、形的影响塑性变形的影响u 应力的影响应力的影响四、先共析转变及伪共析转变四、先共析转变及伪共析转变先共析转变先共析转变：亚共析钢亚共析钢或或过共析钢过共析钢从单相奥氏体区冷却到双相区时，首先从单相奥氏体区冷却到双相区时，首先析出铁素体或渗碳体的现象。析出铁素体或渗碳体的现象。A3线：是线：是在在中的中的固溶线。固溶线。Acm线：是线：是Fe3C在在中的固溶线。中的固溶线。亚共析钢亚共析钢冷却时，如冷却时，如直线，先和直线，先和A3线相交，线相交，则此时首先从则此时首先从中析出中析出，等成分到达共析点时，等成分到达共析点时，在发生共析转变。在发生共析转变。过共析钢过共析钢冷却时，如冷却时，如直线

8、，先和直线，先和Acm线相交，线相交，则此时首先从则此时首先从中析出中析出Fe3C ，等成分到达共，等成分到达共析点时，在发生共析转析点时，在发生共析转变。变。亚共析钢中先共析铁素体的析出： 1.块状块状F的析出的析出 当当P转变温度高，转变温度高，Fe原子自扩散便利，且晶粒较细时；原子自扩散便利，且晶粒较细时； 2. 网状网状F的析出的析出当转变温度较高，或冷速较大、当转变温度较高，或冷速较大、A晶粒粗大时，晶粒粗大时，Fe自扩自扩散能力下降，散能力下降，F易沿晶界析出并连成网状；易沿晶界析出并连成网状； 3. 片状片状F的析出的析出 当转变温度较低，晶粒粗大时；当转变温度较低，晶粒粗大时；

9、 过共析钢中先共析渗碳体的析出： 过共析钢加热到过共析钢加热到Acm温度以上，经保温获得均匀奥氏体温度以上，经保温获得均匀奥氏体后，再在后，再在Acm点以下点以下GS延长线以上等温保持或缓慢冷却延长线以上等温保持或缓慢冷却时，将从奥氏体中析出时，将从奥氏体中析出先共析渗碳体先共析渗碳体。先共析渗碳体先共析渗碳体的形态，可以是的形态，可以是粒状粒状、网状网状和和针（片）状针（片）状。但是，过共析钢在奥氏体成分均匀、晶粒粗大的情况下，但是，过共析钢在奥氏体成分均匀、晶粒粗大的情况下，从过冷奥氏体中直接析出粒状渗碳体的可能性是很小的，从过冷奥氏体中直接析出粒状渗碳体的可能性是很小的，一般是网状的或针

10、（片）状的。一般是网状的或针（片）状的。 工业上将具有工业上将具有先共析片（针）状的铁素体先共析片（针）状的铁素体或者或者针（片）状渗针（片）状渗碳体碳体珠光体珠光体的组织，统称为的组织，统称为魏氏组织魏氏组织。魏氏组织魏氏组织先共析铁素体珠光体先共析铁素体珠光体先共析渗碳体珠光体先共析渗碳体珠光体亚共析钢亚共析钢过共析钢过共析钢焊接低碳钢过热区的魏氏组织及母材组织图焊接低碳钢过热区的魏氏组织及母材组织图魏氏组织魏氏组织形成条件形成条件，基本特征基本特征及及力学性能力学性能u 魏氏组织易在魏氏组织易在粗大的奥氏体粗大的奥氏体中形成；中形成；u 魏氏组织形成与魏氏组织形成与钢的化学成分钢的化学成

11、分有关；有关；u 魏氏组织只在魏氏组织只在一定冷却速度一定冷却速度下才能形成，下才能形成，过快过快或或过慢过慢都抑制形成都抑制形成1. 形成条件：形成条件：2. 基本特征：基本特征： 魏氏组织伴生魏氏组织伴生粗大的晶粒粗大的晶粒，在原奥氏体边界，在原奥氏体边界先共析的铁素体先共析的铁素体或或先共析先共析的渗碳体的渗碳体成成片状片状或或针状针状插入奥氏体内部！插入奥氏体内部！3. 力学性能：力学性能： 因为魏氏组织经常伴生粗晶组织，会使钢的力学性能，尤其是因为魏氏组织经常伴生粗晶组织，会使钢的力学性能，尤其是塑性塑性和和冲击韧性冲击韧性显著降低。显著降低。伪共析转变伪共析转变：当亚（过）共析钢当

12、亚（过）共析钢从奥氏体区以从奥氏体区以较快速度冷却较快速度冷却，先共析铁素，先共析铁素体（或渗碳体）来不及析出，直接形成铁素体与渗碳体的混合物。体（或渗碳体）来不及析出，直接形成铁素体与渗碳体的混合物。伪共析转变区伪共析转变区域域思考题思考题：对于：对于亚共析钢亚共析钢来说，来说，其先共析转变产物其先共析转变产物与与伪共析转变产伪共析转变产物物哪种力学性能好？哪种力学性能好？五、珠光体的组织特点及力学性能五、珠光体的组织特点及力学性能根据根据渗碳体的形状渗碳体的形状，可将珠光体分为两种：，可将珠光体分为两种： 片状珠光体：片状珠光体：铁素体铁素体与与渗碳体渗碳体片层相间排列而成；片层相间排列而成； 粒状珠光体：粒状珠光体：渗碳体渗碳体呈颗粒状均匀分布在呈颗粒状均匀分布在铁素体铁素体基体上，属于基体上，属于回火回火索氏体索氏体组