钢的热处理-珠光体转变

§2 珠光体的转变机理
1. 珠光体的形核
珠光体的形核地点：奥氏 体晶界。 铁素体先形核还是渗碳 体先形核？
在共析钢和过共析钢中， 通常以渗碳体为领先相， 在亚共析钢中，则不排 除以铁素体为领先相的 可能性。
珠光体的形核长大示意图
问题：珠光体纵向长大还是横向长大？ 目前认为，初期纵向和横向都长大，后期按分枝长
奥氏体中未溶解的碳化物或其它夹杂物 质点（如脱氧产物）的存在，可以作为非 自发核心增加形核速率，从而加速珠光体 的转变，是C曲线左移。但对长大速度无明 显影响。
4. 塑性变形
奥氏体的塑性变形会促进珠光体转变， 而且变形度愈大，对珠光体转变的加速作 用愈强。
5. 奥氏体的成分
（1）碳含量的影响 亚共析钢中随着碳含量增加，转变速度减慢，
大小。
先析出相的典型形态
（1）仿晶界型 先共析相在母相晶界 上形核，并延晶界平 滑长大，最终可能形 成网状。
（2）魏氏组织型侧向片 状或针状
先析出相从母相晶界 开始，向一侧的晶内 发展，长成片状或针 状。
魏氏组织：晶界或晶 内形核，在晶内特定 晶面上形核，并延一 定位向长大成片状或 针状的组织－魏氏组 织。
与薄片状的渗碳体组成的相间混合物 （质量分数：渗碳体占12%，铁素体88%）。 珠光体团－若干具有相同位向的铁素体和渗碳
体组成的一个晶体群。
珠光体团的亚结构－在一个珠光体团内，不是 所有渗碳体片的位向都完全一致，而是由若 干位向差不大的亚结构组成。
铁素体和渗碳体的颜色和位向关系
铁素体和渗碳体的颜色： 铁素体和渗碳体都是灰白色。 如果放大倍数不高，渗碳体两边被腐蚀的相
需的浓度起伏就愈困难，因而形核率愈低。 在热处理时，奥氏体化温度愈高，保温时 间愈长，则奥氏体的成分愈均匀，故形成 珠光体的速度愈慢，使C曲线右移。 2. 奥氏体的晶粒度
珠光体优先在晶界上形核，奥氏体的实 际晶粒尺寸愈大，总的晶界面积愈小，形 核率愈低，但对长大速度无明显影响。
3. 残余碳化物及其它夹杂物质点
（1）片层间距大，C原子扩散距离增大，珠 光体转变困难；
（2）片层间距过小，相界面增大，相变驱动 力减小；
（3）过冷度增大，C在奥氏体中的扩散能力 小，C扩散距离变小，珠光体间距减小。
转变过程中温度突变对珠光体片层间距的影响
影响珠光体片层间距的因素
（1）主要因素是温度（或过冷度）； （2）C含量的影响：亚共析钢，C含量增加，
界分辨不开，渗碳体呈现为黑色细条。 珠光体形成时的晶体学位向关系： (111）γ∥(110)α∥(011)c [110]γ∥[111]α∥[010]c
上述关系称为K－S关系。
片状珠光体 ×1500
一个珠光体团中的亚结构 ×1500
珠光体的其它形态
钢中珠光体的金相组织并不总是片状的。
为了获得良好的机械性能，可通过适当的 热处理工艺使珠光体中的渗碳体变为定于珠光体的形核率 （N）和晶核的长大速度（G）。
1.珠光体的形核速率及长大速度与转 变温度的关系
共析钢珠光体形核率与转变温度关系（加热温度为850℃）
共析钢珠光体长大速度与转变温度关系（加热温度为850℃）
影响形核率与长大速度的因素
1. 奥氏体的均匀化程度 奥氏体成分愈均匀，达到珠光体形核所
铁素体形态与C含量及冷却条件的关系
网状铁素体：C含量 高，铁素体量少的情 况下，且过冷度不大， 铁素体延晶界长大速 度远大于晶内，铁素 体延晶界形成网状。
铁素体网和珠光体
C含量较少，铁素体多，先在晶界形成网， 网状铁素体不断增厚，形成块状。
块状铁素体与珠光体 （0.35%C）
先共析渗碳体的形态
大机制进行。
渗碳体的分枝
(a)珠光体转变开始
(b)25%奥氏体转变为珠光体
(c)50%奥氏体转变为珠光体
(d)75%奥氏体转变为珠光体
共析钢珠光体等温形成时的组织变化 ×1000
§4 先共析铁素体与先共析渗碳体的形成
1. 先共析相的形态与生成过程 先共析相以形核和长大的方式进行。 形核地点：主要在奥氏体晶界。 决定先共析相形态的因素： 钢的化学成分，冷却速度以及奥氏体晶粒的
C曲线右移。在过共析钢中随着碳含量增加， 珠光体转变加速，使C曲线左移。 （2）合金元素的影响 Ni：降低形核速率（N）和长大速度（G）， 过冷度越低，影响越大。 Cr：过冷度较大时显著降低长大速度（G）。
W，Mo：剧烈降低G和N，影响较Cr强烈
Mn：过冷度较小时，对G影响不明显，过冷 度大时，比较显著降低G。
在钼钢发现了纤维状珠光体，由纤维状 Mo2C分布于铁素体基体上形成。
粒状珠光体
×500
2. 珠光体的片层间距及影响因素
片层间距的定义：两片相邻的铁素体（中间 夹着一片渗碳体）中心线的距离。
或两片相邻的渗碳体（中间夹着一片铁素体） 中心线的距离。
也可用一片铁素体与一片渗碳体厚度之和表 示。
过冷度与珠光体片层间距的关系
先共析渗碳体常见的金相形态只有网状，在 特殊工艺条件下也能观察到针状（魏氏组 织渗碳体）。
网状渗碳体是过共析钢热轧或锻压后的常见 组织，使钢的脆性增加，降低加工性能。 一般使用正火工艺消除。
针状渗碳体在实际生产中少见，在加热温度 过高及冷速较大的综合条件下才能产生。
网状渗碳体和珠光体
魏氏组织
魏氏组织的形成特点： （1）符合形核与长大的相变规律； （2）魏氏组织铁素体与母相奥氏体之间有一
钢的热处理
第三章 钢的珠光体转变
研究珠光体转变的意义
珠光体是在奥氏体冷却速度较小的情况 下，也就是在临界点以下较高的温度范围 内形成的。它是一般工业用钢退火或正火 后的重要组织组成物之一。它的显微结构 对退火或正火钢的性能有重要影响。
§1 珠光体的组织形态与性能特点
1. 珠光体的组织形态 珠光体（接近平衡态的）－由厚片状的铁素体
当奥氏体晶粒较大时，即使较小的冷却速度也能 出现魏氏组织，且形成魏氏组织的含碳量向高碳 含量的一侧扩展。
魏氏组织对钢的性能的影响
一般认为，钢中魏氏组织的存在，虽然对 抗拉强度影响不大，但却能显著降低钢的 塑性，特别是冲击韧性大为降低。 实验证明，不能笼统地把魏氏组织视为降 低钢的机械性能的原因，魏氏组织常出现 在晶粒粗大的奥氏体晶粒中，钢的机械性 能变差，不是魏氏组织的影响，而是粗大 的奥氏体晶粒造成的。
从仿晶型发展而来 的二级侧向片状组 织。
（3）魏氏组织型锯齿状 界面呈三角形，从母相 晶界发展而成。
（4）等轴状
绝大多数从母相晶内 形成。
（5）晶内魏氏体型片状 或针状 在母相晶内形成。
(a)晶内铁素体片 (b)晶内渗碳体片
（6）块状
其它形态的先共析相 （如等轴状）长大时 相遇而成的等轴多晶 体。
间距减小；过共析钢， C含量增加，间距 减小；共析钢间距大于过共析钢。 （3）Co、Cr显著减小间距，Cr的作用更明 显。Ni、Mn、Mo增大间距（原因可能与这 些元素对过冷度及碳的扩散影响有关）； （4）奥氏体晶粒大小及均匀程度，基本上不 影响间距。
3. 不同形态珠光体的性能特点
共析钢珠光体片层间距 和机械性能 及转变温度的关系
Co：能显著提高N和G。
定的取向关系： (111)γ∥(110)α [110]γ∥[111]α （3）铁素体在奥氏体中的惯习面是{111}γ （4）魏氏组织形成时，磨光的表面有浮凸。
影响钢中魏氏组织形成的因素
（１）钢的化学成分； （２）奥氏体晶粒大小； （３）冷却速度。
碳含量高，晶粒度小，需要较大的过冷度才能形 成魏氏组织。 在 正 常 晶 粒 度 范 围 内 ， 只 有 当 碳 含 量 在 0.150.35%范围内并且以较高速度冷却时才能出现魏 氏组织。