《热处理原理与工艺》 课件 第四章 珠光体转变

第四章珠光体转变珠光体的组织形貌热处理原理与工艺第四章珠光体转变单相奥氏体同时转变为铁素体和渗碳体两相混合组织(P)的过程发生珠光体相变的热处理工艺→退火或正火

1珠光体组织形貌

2珠光体转变机理3珠光体的力学性能

4珠光体转变热力学与转变动力学

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奥氏体析出的碳（氮）化物和相间沉淀4.1珠光体组织形貌§1珠光体的组织形貌一、片状珠光体

形成温度(℃)片层间距S0(nm)珠光体PAr1~650500~700索氏体S650~600300~400屈氏体T600~550100~2003.8本章小结4.1珠光体组织形貌珠光体P索氏体S托氏体T4.1珠光体组织形貌

1、P团、P领域片层方向大致相同的区域、团球区域，受奥氏体晶粒影响，对性能影响不大2、片间距S0F+Fe3C厚度之和与△T有关，经验公式：原奥氏体晶粒大小对其没有太大影响4、相变驱动力用于形成界面

3.8本章小结4.1珠光体组织形貌球化退火组织（T10，500×）二、球状(粒状)珠光体

Ac1附近长时保温获得或奥氏体化不充分，保留部分碳化物颗粒，冷却时直接形成当碳含量相同时，球状珠光体的硬度会明显小于片状珠光体，因此生产中常获得球状珠光体来改善材料的切削性能

第四章珠光体转变珠光体转变机理热处理原理与工艺第四章珠光体转变

1珠光体组织形貌

2珠光体转变机理3珠光体的力学性能

4珠光体转变热力学与转变动力学

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奥氏体析出的碳（氮）化物和相间沉淀4.2珠光体转变机理§2珠光体转变机理一、珠光体的形成机制1、驱动力：珠光体与奥氏体的自由能差碳含量：0.77%0.02%6.69%空间点阵：面心立方体心立方复杂斜方可见珠光体形成有两个过程：

成分改变：碳原子扩散点阵改组：铁原子自扩散4.2珠光体转变机理2、转变过程：形核、长大。3、形核：共析钢：奥氏体晶界上非共析钢：先共析相相界上片状珠光体形成：平衡不断破坏和重建4.2珠光体转变机理珠光体形成过程示意图4.2珠光体转变机理4、长大：纵向；横向4.2珠光体转变机理球状珠光体的形成:片状渗碳体溶断当奥氏体化不充分时，也会以未溶颗粒状渗碳体作为形核核心，直接形成球状珠光体。渗碳体片存在亚晶界等内部缺陷,将在Fe3C内产生一界面张力，从而使片状Fe3C在亚晶界处出现沟槽。4.2珠光体转变机理5、领先相共析钢F、

Fe3C均可以成为领先相亚共析钢→F领先过共析钢→Fe3C领先相4.2珠光体转变机理-先共析转变二、亚（过）共析钢的先共析转变和珠光体转变在亚共析钢中：先共析铁素体的析出也是一个形核和长大的过程，并受碳在奥氏体中的扩散所控制块状铁素体与珠光体网状铁素体与珠光体片状铁素体与珠光体4.2珠光体转变机理-先共析转变过共析钢：网状渗碳体与珠光体针状渗碳体与珠光体先共析渗碳体的组织形态可以是粒状、网状、针状4.2珠光体转变机理-先共析转变三、魏氏组织魏氏铁素体、魏氏渗碳体4.2珠光体转变机理-魏氏组织奥氏体晶粒度为0-1级的粗晶粒

奥氏体晶粒度为7-8级的细晶粒4.2珠光体转变机理-伪共析和离异共析四、伪共析和离异共析析出的先共析相的量取决于奥氏体的碳含量和冷却速率

在热处理生产中，为了提高低碳钢板的强度（珠光体类组织），可采用热轧后立即水冷或喷雾冷却的方法减少先共析铁素体量，增加珠光体量。喷雾第四章珠光体转变珠光体的力学性能热处理原理与工艺第四章珠光体转变

1珠光体组织形貌

2珠光体转变机理

3珠光体的力学性能

4珠光体转变热力学与转变动力学

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奥氏体析出的碳（氮）化物和相间沉淀4.3珠光体的性能§3珠光体的力学性能1、片状珠光体的力学性能片状珠光体的塑性变形基本上发生在铁素体片层内，渗碳体对位错滑移起阻碍作用，位错最大滑移距离等于片层间距S。

片层间距越小→强度、硬度越高、塑性、韧性越好

共析钢片状珠光体：珠光体的硬度主要取决于渗碳体的形态和分布C%↑→强度、硬度↑，韧脆转化温度↑适合切削加工，连续冷却组织不均匀会影响切削性能片间距小提高塑性的原因Fe3C很薄时，在外力的作用下可以滑移产生塑性变形，也可产生弯曲，使塑性升高。应用：派登处理（铅浴处理）将高碳钢丝经铅浴等温处理得到片间距极小的索氏体，然后利用薄渗碳体片可以弯曲和产生塑性变形的特性进行深度冷拔以增加F片内的位错，而使强度显著提高。4.3珠光体的性能4.3珠光体的性能0.84C-0.29Mn钢经不同温度等温处理后的组织和硬度等温温度/℃组织硬度/HB720-680珠光体170-250680-600索氏体250-320600-550屈氏体320-400550-400上贝氏体400-460400-240下贝氏体460-560240-室温马氏体580-6504.3珠光体的性能2、球状珠光体的力学性能硬度、强度<片状P塑性、韧性>片状P韧脆转化温度<片状P疲劳强度>片状P形态：细、圆、均匀好适合低、中碳钢冷挤压、冷拔、冷镦适合高碳钢切削4.3珠光体的性能球状珠光体的强度和硬度主要取决于铁素体晶粒的尺寸以及渗碳体颗粒的大小与分布4.3珠光体的性能3、亚（过）共析钢的力学性能第四章珠光体转变珠光体的力学性能热处理原理与工艺第四章珠光体转变

1珠光体组织形貌

2珠光体转变机理

3珠光体的力学性能

4珠光体转变热力学与转变动力学

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奥氏体析出的碳（氮）化物和相间沉淀4.4珠光体转变热力学与动力学

§4珠光体转变热力学与动力学一、珠光体转变热力学驱动力：珠光体与奥氏体的自由能差T2：铁素体和渗碳体的自由能-成分曲线的公切线位置最低→P

T1：驱动力为0→三相平衡4.4珠光体转变热力学与动力学二、珠光体转变动力学取决于晶核的形核率及晶体的长大速率共析钢中珠光体转变的形核率、线长大速率与过冷度的关系

共析钢在680℃时珠光体转变形核率与等温时间的关系三、影响珠光体转变的因素1、成分：

碳亚共析钢：C%↑→铁素体形核率↓；相变驱动力ΔGγ-α↓→F形成困难→P形成慢→C曲线右移过共析钢：C%↑→Fe3C形成容易→P形成快→C曲线左移共析钢：P形成最慢（C曲线最右）4.4影响珠光体转变的因素影响形核率和长大速率的因素都影响珠光体转变动力学。主要包括化学成分、原始组织、奥氏体组织状态、加热温度、保温时间等合金元素：溶入奥氏体中，除Co、<3%Ni外，其它→慢未熔碳化物→促进原因改变C的扩散速度改变γ→α同素异构转变的速率合金元素再分配（F、Fe3C中）改变共析转变点影响珠光体的形核率及长大速率改变界面的表面能自身扩散慢4.4影响珠光体转变的因素2、奥氏体组织状态：奥氏体晶粒大小、成分均匀性以及奥氏体中的过剩相均影响珠光体转变

奥氏体细→珠光体形成快

未溶铁素体、渗碳体、杂质→促进3、原始组织4、加热温度和保温时间5、应力状态奥氏体处于拉应力→促进转变奥氏体处于压应力→反之6、塑性变形4.4影响珠光体转变的因素4.5奥氏体中析出的碳（氮）化物和相间沉淀§5奥氏体中析出的碳（氮）化物和相间沉淀40MnV钢中