珠光体转变的相关介绍
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
3珠光体转变
先共析F形成示意图
（B）过共析钢中先共析Fe3C形成
过共析钢会析出先共析Fe3C 形态：网状、片状（针）－魏氏组织 晶体学关系： Fe3C与Ａ之间具有Pitsch关系
1. 珠光体等温转变的动力学曲线及动力学图
亚（过）共析钢珠光体等温转变动力
2.影响珠光体转变动力学因素
1）含碳量的影响
在亚共析钢中，随C含量增加，先共 析铁素体与P孕育期增长，析出速度下降， 转变速度下降。
这是由于随C含量增加，获得F晶核几率下 降。F长大时，需扩散去的碳量增大，析出速 度下降，而P的析出在F之后，F析出减慢， P的析出也减慢。
片状珠光体
（T8钢990℃炉冷）500×
片状珠光体 （T8钢800℃炉冷）1000×
高倍下有浮凸片状珠光体
（T8钢840℃炉冷）3800×
片状珠光体片层间距（ S0 ）： 片状珠光体相邻两片渗碳体（铁素体）中心 之间的距离。
影响因素 温度，随T↓， S0 ↓ 原因： （1）随T↓ ，碳原子扩散速度减小 （2）过冷度越大，形核率越高
在过共析钢中，随C含量增加，先共析 Fe3C与P孕育期缩短,析出速度增加，转变 速度增加。这是由于随C量增加，获得 Fe3C晶核几率增加，P的形成是在Fe3C之后， 故也加快。 • 综上所述，共析钢的A最稳定。
2）加热和保温时间的影响
因为A成分不一定是钢的成分，所以加热和保温时 间不同，得到的A也不一样，必然对随后的冷却转变 起影响。 当奥氏体化温度↑，保温时间↑，A成分均匀，晶 粒↑，晶界面积↓， P形核位臵↓，I↓，V↓。 当奥氏体化温度↓，保温时间↓, A成分不均匀，晶粒 ↓，晶界面积↑， 且有残余K存在，P形核位臵↑，I↑， V↑。 上述二种影响，当P转变是在高温时更为剧烈。
第三章珠光体转变
2、珠光体的形成机理 （1）形核
γ(0.77%C) → α(~0.02%C) + cem(6.67%C) (面心立方) （体心立方） （复杂单斜）
条件：同样需要满足系统内的“结构起伏、成分起伏和 能量起伏”。 部位：晶核多半产生在奥氏体的晶界上（晶界的交叉点 更有利于珠光体晶核形成），或其它晶体缺陷（如位错） 比较密集的区域。
c)表示由晶界长出的渗碳体片，伸向 晶粒内后形成了一个珠光体团。
其中a)和b)为离异共析组织。
3.2.3 粒状珠光体形成机制
1) 粒状珠光体的形成 特定条件是：奥氏体化温度 低，保温时间较短，即加热 转变未充分进行，此时奥氏 体中有许多未溶解的残留碳 化物或许多微小的高浓度C的 富集区，
其次是转变为珠光体的等温 温度要高，等温时间要足够 长，或冷却速度极慢，这样 可能使渗碳体成为颗粒（球） 状，即获得粒状珠光体。
对奥氏体施加等向压应力，有降低珠光体形成温度、 共析点移向低碳和减慢珠光体形成速度的作用。这与 等向压应力下原子迁移阻力增大，C、Fe原子扩散、晶 体点阵改组困难有关。
3、特殊形态的P
当钢中含有一定数量 的合金，形成碳化物 时形态多样。
片状--粒状--针状—纤 维状
3.1.2珠光体的晶体结构
1、位向关系
通常珠光体均在奥氏体晶界上形核， 然后向一侧的奥氏体晶粒内长大成 珠光体团，珠光体团中的铁素体及 渗碳体与被长入的奥氏体晶粒之间 不存在位向关系，形成可动的非共 格界面，但与另一侧的不易长入的 奥氏体晶粒之间则形成不易动的共 格界面，并保持一定的晶体学位向 关系。在一个珠光体团中的铁素体 与渗碳体之间存在着一定的晶体学 位向关系，这样形成的相界面，具 有较低的界面能，同时这种界面可 有较高的扩散速度，以利于珠光体 团的长大。
3珠光体转变.
2、珠光体的组织形态
片状珠光体
珠光体形态
粒状珠光体
1）片状P的显微结构：
●由Fe3C片和F片互相交替排列组成的。 ●试样用4％硝酸酒精溶液浸蚀，显示P由片状Fe3C（暗色）和F （白色）组成。 ●试样经深浸蚀将F优先腐蚀掉， 再用扫描电镜观察，片状 Fe3C成浮凸像。
片状珠光体
（T8钢990℃炉冷）500×
2）粒状P的显微结构：
球化退火显微组织 （T10钢球化退火）580X
粒状珠光体 （T8钢球化退火） 550×
关于粒状珠光体的几个要点
●粒状珠光体:Fe3C以粒状分布于F基体上形成
的混合组织。
●采用球化处理工艺可以得到粒状珠光体组织。
● Fe3C的量由钢的C%决定 ，
● Fe3C的尺寸,形状由球化工艺决定。
其中: C =8.02×10 3(nm· K)；S0：珠光体的片间距(nm)； △T：过冷度，即珠光体转变温度与临界点A1之差。
S0 = C /△ T
亚共析钢显微组织（45钢，退火）×580 铁素体为浅蓝颜色，珠光体为多种颜色
过共析钢显微组织（T12钢，退火）×580
珠光体+白色网状渗碳体
片状珠光体分为三种：
一般所谓的珠光体(P)，是指光学 显微镜下能明显分辨出片层的珠光 体，此时片间距为150～450 nm， 当片间距为80～150 nm时，称为索 氏体(S)，片间距为30～80 nm时， 称为屈氏体(T)。
珠光体形貌像
光镜下形貌
电镜下形貌
索氏体形貌像
光镜形貌
电镜形貌
屈氏体形貌像
光镜形貌
电镜形貌
②淬火变形、开裂倾向小，疲劳强度（σ-1）高。 ③可切性能好，对刀具磨损小。
第三章 珠光体转变
粒状珠光体
3.1 珠光体的组织特征
片状珠光体 由一层铁素体与一层渗碳体交替紧密堆叠而成的。在片状 珠光体组织中，一对铁素体片和渗碳体片的总厚度称为“珠光 体片层间距”，以S0表示。 若干大致平行的铁素体和渗碳体片组成一个“珠光体晶粒” 或“珠光体团”，在一个奥氏体晶粒内，可形成几个珠光体团 。
层片状珠光体示意图
3.1 珠光体的组织特征
根据片层间距大小的不同，可将珠光体分为三种。
3.1 珠光体的组织特征
珠光体——一般所谓的片状珠光体是指在光学显微镜下能明 显分辨出铁素体和渗碳体层片状组织形态的珠光体。它的片 间距大约为450~150nm，形成于A1~650℃温度范围内。
3.1 珠光体的组织特征
索氏体——如果形成温度较低，在650~600℃温度范围内形 成的珠光体，其片间距较小，约为150~80nm，只有在高倍 的光学显微镜下（放大800~1500倍时）才能分辨出铁素体和 渗碳体的片层形态。
3.3 珠光体动力学
（3）形核率I和长大速度G与转变时间的关系
当转变温度一定时，随转 变时间的延长，I 逐渐增大 ，而对G无明显的影响。
3.3 珠光体动力学
1、有孕育期，且随温度的 变化有极小值； 2、温度降低，转变速度增 加，对应鼻点温度时转变速度 最大； 3、转变时间增加，转变量 增加，当转变量超过50%后， 转变速度减慢。 因为在A→P时，对A产生压 应力抑制A →P的转变，压应 力下，C、Fe原子扩散和晶格 改组困难。
3.1 珠光体的组织特征
珠光体形成的过程中，新相铁素体和母相奥氏体的位向关系 110 // 112 ; 112 // 110
在亚共析钢中，先共析铁素体与奥氏体的位向关系
(111) //(110 ) ;[110 ] //[111]
第十六章珠光体
第一节 珠光体的组织与晶体结构
转变过程中温度突变对珠光体片层间距的影响
第一节 珠光体的组织与晶体结构
②C含量：亚共析钢，C含量增加，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合金元素：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）；
第二节 珠光体的形成机理
片状珠光体的核过程（Fe3C为领先相）示意如下：
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
分枝长大机制进行。
第二节 珠光体的形成机理
第二节 珠光体的形成机理
珠光体长大时，纵向长大是渗碳体片和铁素 体片同时连续地向奥氏体内延伸，而横向长大是 渗碳体片和铁素体片交替堆叠。
第二节 珠光体的形成机理
第二节 珠光体的形成机理
一、珠光体形成的热力学条件
奥氏体过冷到A1温度以下将发生珠光体转 变，转变的进行需要一定的过冷度，以提供相 变时消耗的化学自由能。由于珠光体转变的温 度较高，铁原子和碳原子都能扩散较大距离， 珠光体是在晶体缺陷较多的晶界处形核，因而 相变需要的自由能较小，即在较小的过冷度下 便可发生珠光体转变。
⑴ 片状珠光体的形成过程
当共析碳钢由奥氏体转变为珠光体时，将由 均匀固溶体转变为点阵结构与母相截然不同的渗 碳体和铁素体的两相混合物，即：
相组成： 碳含量：
γ→ 0.77%
α+ 0.02%
Fe3C 6.69%
点阵结构: 面心立方 体心立方 复杂斜方
第二节 珠光体的形成机理
因此珠光体的形成包含着同时进行的两个过程：
第一节 珠光体的组织与晶体结构
原理第6.1讲 珠光体转变
第三章
珠光体转变
（b)亚（过）共析钢先共析相的析出 亚共析钢或过共析钢（如图5中合金Ⅰ或Ⅱ）奥氏体化后冷却到先共析铁素 体区或先共析渗碳体区时，将有先共析铁素体或先共析渗碳体析出。析出的先 共析相的量决定于奥氏体碳含量和析出温度或冷却速度。 碳含量愈高（或愈低），冷却速度愈大、析出温度愈低，则析出的先共析 铁素体（或先共析渗碳体）的量就愈少。
第三章
珠光体转变
片状渗碳体球状化的主要原因是： 成分不均匀，存在高碳区和低碳区，直接在高碳区形成渗碳体晶核。 对于未熔渗碳体，已非片状或网状。第二相颗粒在基体中的溶解度与其曲 率半径有关。粒子的半径愈小，在母相中的溶解度越大。
获得粒状珠光体的关键：控制奥氏体化温度，在A1点以下较高温度范围内 缓冷。
第三章
（c）珠光体转变动力学
珠光体转变
（d）影响珠光体转变动力学的因素
化学成分的影响
碳含量和合金元素的影响
加热温度和保温时间的影响 奥氏体晶粒度的影响 应力和塑性变体转变
对于亚共析钢，碳含量增加，先共析铁素体的孕育期增长，析出速度减慢； 珠光体转变的孕育期亦随之增长，转变速度减慢。
第三章
珠光体转变
在亚共析钢中，当奥氏体晶粒较细小，等温温度较高或冷却速度较慢时， Fe原子可以充分扩散，所形成的先共析铁素体一般呈等轴块状。
第三章
能沿奥氏体晶界呈网状析出。
珠光体转变
在亚共析钢中，当奥氏体晶粒较粗大，冷却速度较快时，先共析铁素体可
第三章
珠光体转变
在亚共析钢中，当奥氏体成分均匀、晶粒粗大、冷却速度又比较适中 时，先共析铁素体有可能呈片（针）状，沿一定晶面向奥氏体晶内析出， 此时铁素体与奥氏体有共格关系。
5.消除方法
珠光体转变1
珠光体转变珠光体转变是过冷奥氏体在临界温度A 1以下比较高的温度范围内进行的转变，共析碳钢约在A 1~500℃温度之间发生，又称高温转变。
珠光体转变是单相奥氏体分解为铁素体和渗碳体两个新相的机械混合物的相变过程，因此珠光体转变必然发生碳的重新分布和铁的晶格改组。
由于相变在较高的温度下进行，铁、碳原子都能进行扩散，所以珠光体转变是典型的扩散型相变。
珠光体转变在热处理实践中极为重要，因为在钢的退火与正火时所发生的都是珠光体转变。
退火与正火可以作为最终热处理，即工件经退火或正火后直接交付使用，因此在退火与正火时必须控制珠光体转变产物的形态（如片层的厚度、渗碳体的形态等），以保证退火与正火后所得到的组织具有所需要的强度、塑性与韧性等。
退火与正火也可以作为预备热处理，即为最终热处理作好组织准备，这就要求退火或正火所得组织能满足最终热处理的需要。
另外，为使奥氏体能过冷到低温，使之转变为马氏体或贝氏体，必须要保证奥氏体在冷却过程中不发生珠光体转变。
为了解决上述一系列问题，就必须对珠光体转变过程、转变机理、转变动力学、影响因素以及珠光体转变产物的性能等进行深入的研究。
珠光体……Pearlite在液态铁碳合金中，首先单独结晶的渗碳体（一次渗碳体）为块状，角不尖锐，共晶渗碳体呈骨骼状。
过共析钢冷却时沿Acm 线析出的碳化物（二次渗碳体）呈网结状，共析渗碳体呈片状。
铁碳合金冷却到Ar 1以下时，由铁素体中析出渗碳体（三次渗碳体），在二次渗碳体上或晶界处呈不连续薄片状。
一、珠光体的组织形态与晶体结构（一）珠光体的组织形态珠光体是过冷奥氏体在A 1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。
通常根据渗碳体的形态不同，把珠光体分为片状珠光体、粒状（球状）珠光体和针状珠光体，其中片状和粒状珠光体是两种常见的珠光体组织。
1、片状珠光体渗碳体呈片状，是由一层铁素体和一层渗碳体层层紧密堆叠而成。
（1）珠光体团片层排列方向大致相同的区域，称为珠光体团、珠光体领域或珠光体晶粒。
第四章 珠光体转变
（2）在A1以上的奥氏体形成过程中，未转变的片状渗碳体 也会按照上述机制溶断、球化。
32
3、高温回火
对马氏体或贝氏体进行高温回火，析出的细小弥散的碳
化物不断聚集粗化，最后可以得到球状珠光体组织。
原始片状珠光体组织细小，可以加快碳化物的球化过程。
33
4、形变球化
若在稍高于临界点Ar3 施加大应变量形变，形变后等温
图3-7 片状珠光体的形成过程示意图
19
• 均匀奥氏体冷却至Al以下时，首先在奥氏体晶界上产生一 小片渗碳体晶核，核刚形成时呈片状。
• 这种片状珠光体晶核，按非共格扩散的方式不仅向纵向方
向长大，而且也向横的方向长大。 • 珠光体形成时，纵向长大是依靠渗碳体片和铁素体片的协 同长大进行，连续向奥氏体中延伸，而横向长大是渗碳体 片和铁素体片交互形成。
43
三、钢中的魏氏组织
魏氏组织：工业上将具有先共析片(针)状铁索体或针 (片)状渗碳体加珠光体的组织，都称为魏氏组织。前 者称为α-Fe魏氏组织，后者称为渗碳体魏氏组织。 α-Fe魏氏组织中的先共析铁素体是在原奥氏体晶粒 内部呈片（针）状分布的。
1、魏氏组织的形态和分布
先共析渗碳体在奥氏体晶粒内部呈针状析出。
P
Fe3C Fe3C α Fe3C
a
b
c
图3-10 过共析钢中的几种反常组织
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（3）台阶机制长大
共析铁素体和渗碳体两相与母相的相界面是由连续的 长大台阶所整合的。界面迁移依赖台阶的横向运动。
图3-11 珠光体转变时各相界面位置示意图
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图3-12 珠光体长大台阶形成F/C阶梯
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热处理原理之珠光体转变
ppt2023-10-29•珠光体转变概述•珠光体转变的物理机制•珠光体转变的热力学条件目录•珠光体转变的工艺参数设计•珠光体转变的应用实例•珠光体转变的研究进展与展望01珠光体转变概述珠光体转变是指钢在奥氏体化后，温度冷却到Ar1以下时，在铁素体和渗碳体两相混合物中，进行等温转变或连续冷却转变得到珠光体组织的过程。
珠光体是铁素体和渗碳体两相混合物，通常以片状、球状、针状或板状形式存在。
珠光体转变的定义等温转变将奥氏体化的钢快冷至Ar1以下某一温度，并保持一段时间，使奥氏体转变为珠光体。
连续冷却转变将奥氏体化的钢以一定的冷却速度冷却至Ar1以下某一温度，并不断进行转变，直至形成珠光体。
珠光体转变的类型珠光体转变温度范围通常很窄，一般在50-100℃之间。
转变温度范围窄珠光体转变速度相对较慢，需要一定的时间才能完成转变。
转变速度较慢珠光体转变产物为铁素体和渗碳体的两相混合物，具有中间相的特点。
转变产物具有中间相珠光体转变对材料性能影响显著，如强度、硬度、韧性等。
对材料性能影响显著珠光体转变的特点02珠光体转变的物理机制在一定温度和时间下，碳原子扩散到铁原子晶格中，形成奥氏体。
奥氏体分解随着温度的降低，奥氏体中碳原子的扩散能力下降，导致奥氏体分解为铁素体和渗碳体。
在奥氏体分解过程中，部分碳原子析出并聚集在铁素体周围，形成渗碳体。
渗碳体分解在高温下，渗碳体发生分解，其中的碳原子扩散到铁素体中，使铁素体中的碳含量增加。
渗碳体形成VS铁素体形成在奥氏体分解过程中，未被碳原子占据的晶格位置形成铁素体。
铁素体分解在高温下，铁素体中的碳原子扩散到渗碳体中，使渗碳体中的碳含量增加，同时铁素体发生分解。
03珠光体转变的热力学条件降低形成珠光体所需的孕育期温度对转变动力学的影响转变开始和结束的温度提高温度升高，促进珠光体转变缩短转变所需时间温度升高，转变动力学曲线向右移动010*********•碳含量的影响•随着碳含量增加，珠光体转变的孕育期缩短，转变速度增加•当碳含量达到一定值时，转变速度达到最大值，之后逐渐降低•其他合金元素的影响•合金元素对珠光体转变的影响主要表现在对奥氏体•一些元素可以促进奥氏体分解，如硅、锰等•一些元素可以抑制奥氏体分解，如铬、镍等应力的影响应力的作用应力可以促进珠光体转变，提高转变速度应力的作用机制应力可以引起局部的温度变化，从而影响珠光体转变；应力还可以引起金属内部晶格畸变，从而影响原子扩散过程，促进珠光体转变04珠光体转变的工艺参数设计加热速度慢，材料的变形和应力较小，但需要较长时间才能达到转变温度。
热处理工艺学课件-第03章珠光体转变
珠光体的晶体结构
渗碳体呈短棒状或颗 粒状，其晶体结构为 复杂的正交结构。
渗碳体和铁素体间 以特定的晶体学关系 相间排列，形成层状 结构。
铁素体呈长条状，其 晶体结构为体心立方 结构。
珠光体的特性
珠光体组织具有较高的强度和硬 度，因此钢的强度和硬度主要取 决于珠光体组织的数量和形态。
珠光体的层状结构使其具有良好 的塑性和韧性，有利于钢的切削
04
珠光体转变的影响因素
合金元素的影响
合金元素对珠光体转变的影响主要体现在改变奥氏体的稳定性，从而影响珠光体的 形核和长大过程。
例如，一些合金元素（如铬、镍、锰等）能够提高奥氏体的稳定性，使珠光体转变 温度升高，转变孕育期延长。
另外一些合金元素（如钨、钼、钒等）则降低奥氏体的稳定性，使珠光体转变温度 降低，转变速度加快。
石油化工
在石油化工行业中，许多设备和管 道都需要能够承受高温和腐蚀的金 属材料，珠光体转变能够提高金属 材料的耐腐蚀性和强度。
珠光体转变在材料科学研究中的应用
相变动力学
计算材料学
珠光体转变是材料科学中的重要相变 过程，研究珠光体转变的相变动力学 有助于深入了解材料的性能和行为。
利用计算机模拟珠光体转变的过程， 可以预测材料的性能，为新材料的开 发提供指导。
在转变完成后，冷却速率对珠光体的形貌和晶体学取向也有影响。在缓 慢冷却条件下，珠光体容易形成片层较厚、晶体学取向较差的组织。
05
珠光体转变的研究进展
新型珠光体转变的研究
新型珠光体转变的发现
近年来，随着材料科学的发展，人们发现了新型珠光体转变，这 种转变具有不同于传统珠光体转变的特点和机理。
新型珠光体转变的特性
合金设计
第三章 珠光体转变
18
Cγ -α Cγ -k
图3-4 珠光体形成时碳的扩散
19
③ 珠光体的横向生长：
Fe3C的横向生长使周围奥氏体产生贫碳区， 当碳浓度下降到Cα-k时，在Fe3C两侧通过 点阵重构，形成两小片铁素体。同样，铁 素体的横向生长也将产生富碳区，这又促 使渗碳体片的形核生长。如此协调地交替 形核生长，从而形成铁素体、渗碳体片相 间的层片组织。
9
原因：
③ΔT 愈大，碳在奥氏体中的扩散能 力愈小，扩散距离变短。另外， ΔGV 会变大，可以增加较多的界面能，所 以 S0 会变小。
原奥氏体晶粒大小对 S0 无明显影 响。但原奥氏体晶粒越细小，珠光体 团直径也越细小。
10
1.4 珠光体的力学性能
1）一般规律
珠光体的强度、硬度高于铁素体，而低于贝 氏体、渗碳体和马氏体，塑性和韧性则高于 贝氏体、渗碳体和马氏体。 适于切削加工或冷成型加工。
27
3.2 亚共析钢中的先共析铁素体形态
在奥氏体晶界上形成的晶核，一侧为共格，另 一侧为非共格。 （1）形成温度较高时，非共格晶界易迁移，向奥 氏体晶粒一侧长成球冠状。
① 若原奥氏体含碳量较高，析出的铁素体量较少， 则铁素体易长成网状。 ② 若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。
G * Q N C exp( ) exp( ) RT RT T G * , Q
(3 3)
形成温度较高时，扩散较易，形核功起主导 作用，由于温度降低，A与P间的自由能差增大， 故形核率增加。至一定温度时，扩散起主导作 用，温度降低，扩散困难，形核率下降。
35
~550℃
珠光体转变
干大致平行的铁素体与渗碳体片组成一个珠光体领域，或称珠光体团，在一个奥氏体晶粒内，可以形成几个珠光体团。
珠光体中渗碳体θ与铁素体α片厚之和称为珠光体的片问距，用S 0表示。
片间距是用来衡量片状珠光体组织粗细程度的一个主要指标片状珠光体一般在两个奥氏体γ1与γ2的晶界上形核，然后向与其没有特定取向关系的奥氏体γ2晶粒内长大形成珠光体团。
珠光体团中的铁素体及渗碳体与被长入的奥氏体晶粒之间不存在位向关系，形成可动的非共格界面；但与另一侧的不易长人的奥氏体γ1晶粒之间则形成不易移动的共格界面，并保持一定的位向关系。
片状珠光体形成机制：相转变：γ → α + Fe 3C成分变化： 0.77% 0.021% 6.67%片状珠光体的转变机理：形核＋长大因为是两相混合物，因此有一个领先相的问题1、领先相：与化学成分有关亚共析钢：α过共析钢：Fe 3C共析钢：两者均可。
过冷度小时，渗碳体为领先相；过冷度大时，铁素体为领先相。
如果共析钢的领先相是渗碳体，珠光体形成时渗碳体的晶核通常优先在奥氏体晶界上形成 --成分起伏、结构起伏和能量起伏 与铁素体接壤的奥氏体的含碳量为，高于与渗碳体接壤的奥氏体的含碳量，原因片状珠光体形成过程中，渗碳体晶核形成后长大时，将从周围吸取碳原子渗碳体与铁素体均随着碳原子的扩散同时往奥氏体晶粒纵深长大，从而形成片状珠光体。
渗碳体主干分枝长大的原因之一，很可能是前沿奥氏体中塞积位错引起的。
在某些情况下，在过共析钢中片状珠光体形成时，渗碳体和铁素体不一定交替配合长大。
粒状珠光体的形成机制：形成粒状珠光体的条件：保证渗碳体的核能在奥氏体晶内形成。
达到形成粒状珠光体的转变条件，需要特定的奥氏体化工艺条件和特定的冷却工艺条件。
普通球化退火工艺条件：所谓特定的奥氏体化工艺条件是：奥氏体化温度很低(一般仅比Ac1高10～20℃)，保温时间较短。
等温球化退火工艺条件：所谓特定的冷却工艺条件是：冷却速度极慢(一般小于20℃／h)，或者过冷奥氏体等温温度足够高(一般仅比Ac1低20～30℃)，等温时间要足够长。
第三章珠光体转变2013
（2）粒状珠光体的形成过程
②片状P加热到略低于A1
渗碳体片内亚晶界的存 在，会产生一界面张力， 为保持界面张力平衡，在 亚晶界处会出现沟槽。由 于沟槽两侧曲率半径较小， 此处渗碳体将溶解，而使 曲率半径增大，破坏了界 面张力的平衡，为恢复平 衡，沟槽将进一步加深， 直至渗碳体溶断。
片状渗碳体溶断机制
晶核存在，而先共析F没有促进P相变的作用，则F肯定不 是晶核核心。
1.珠光体转变时的领先相
• 合金元素对领先相的影 响
（1合）金N元i、素M均n降提低高AA11点点，其他 （2）几乎所有合金元素皆使
钢的共析碳浓度降低。
转变合温金度元相素同改则变过A冷1点度，就若不 同，从而改变相变驱动力的 大小，并影响珠光体片层间 距。而共析碳浓度的改变导 致先共析铁素体或先共析渗 碳体的析出，并影响珠光体 转变的领先相。
（2）粒状珠光体的形成过程
尖角处（曲率半径小）—高碳浓度 平面处（曲率半径大）—低碳浓度
C原子扩散
破坏平衡
尖角处：Fe3C溶解 平面处：Fe3C析出
曲率半径相近的粒状Fe3C
（2）粒状珠光体的形成过程
然后缓慢冷却至A1点以下时，奥氏体将 转变为珠光体。此时，领先相渗碳体不仅可 以在奥氏体晶界上形核，而且也可以从已存 在的颗粒状渗碳体上长出，但这时已不能长 成片状，最后得到渗碳体呈颗粒状分布的粒 状珠光体。
• P的形核位置：
– 共析钢过冷A发生P转变时，多半在奥氏体晶界 上形核，也可在晶体缺陷比较密集的区域形核
– 当A中碳浓度很不均匀或有较多未溶渗碳体存 在时，P晶核也可在A晶粒内产生
原因： – 这些部位有利于产生能量、成分和结构起伏，
新相晶核易在这些高能量、接近渗碳体碳含量 和类似渗碳体晶体点阵的区域产生
05热处理原理之珠光体转变
粒状珠光体的性能，主要取决于碳化物颗粒的大小、
形态和分布。一般来说，当钢的化学成分一定时，
第五章 珠光体转变
1
5.1 研究珠光体型相变的意义
珠光体是渗碳体和铁素体片层相间、交替排列形 成的机械混合物。用符号P表示（Pearlite）。
铁素体 渗碳体
奥氏体
含碳量
0.0218% 6.69%
0.77%
晶体结构 体心立方 复杂斜方 面心立方
珠光体转变是单相奥氏体分解为铁素体和渗碳体
两个新相的机械混合物的相变过程，因此珠光体
奥氏体化条件
特定条件
冷却条件
奥氏体化温度低 保温时间较短
等温温度高 等温时间足够长 或冷却速度极慢
加热转变进行不充分，导致奥氏体中有许多未溶解的
残留碳化物或许多微小的高浓度C的富集区
44
粒状珠光体的形成与片状珠光体的形成情况基本相 同，也是一个形核及长大过程；
不过这时的晶核主要来源于非自发晶核。
在共析和过共析钢中，粒状珠光体的形成是以未溶 解的渗碳体质点作为相变的晶核，它按球状的形式 而长大，最终形成在铁素体基体上均匀分布粒状渗 碳体的粒状珠光体组织。
31
片间距离对冲击韧性的影响
片间距离对冲击韧性的影响比较复杂。
片间距离的减小将 使冲击性能变坏
而渗碳体变薄又有 利于改善冲击韧性
强度提高而 使冲击变坏
薄的渗碳体片可以弯曲和 变形，使断裂成为韧性断 裂，从而改善冲击韧性
珠光体转变过程
二、珠光体的形成过程
冷却速度和等温温度(时间)对P粒颗粒的影响：P197 过冷奥氏体转变为珠光体时，晶格的重构是由铁原子的自扩 散和碳原子的扩散完成的。
1.4 珠光体转变
三、亚（过）共析钢的珠光体转变
工程上使用的钢大多是亚（过）共析钢，它们在实际冷却条件 下的珠光体转变基本上与共析钢相似，只是在珠光体转变之前还 有先共析转变，析出铁素体（或渗碳体），并且随后发生珠光体 转变。
以下用Fe-Fe3C相图来分析亚（过）共析钢的珠光体转变
1.4 珠光体转变
➢先共析相与伪共析组织
Hultgren外推法认为：相图上各条相界（即相区交界线）的延长线 仍具有物理意义。将A3（GS）和Acm（ES）线延长到A1温度以下仍 具有相同的物理意义，即GS的延长线SG′仍可看作是奥氏体对铁素 体的饱和线，ES线的延长线SE′仍可看作是奥氏体对渗碳体的饱和 线。
σs (MPa) = 139 + 46.4 S0-1(μm-1) σf (MPa) = 436.5 + 98.1 S0-1(μm-1)
式中：σs—屈服强度，σf—断裂强度，S0—珠光体片间距
P片屈服强度与珠光体团尺寸的关系符合Hall-Petch公式： σS=σi+Kd-1/2
一、珠光体的组织形态和机械性能
二、珠光体的形成过程
③在随后的缓冷或在A1以下等温过程中，奥氏体中的富碳微区， 会成为碳化物的结晶中心，使一部分碳化物直接析出长成球状：这 些微小区域弥散分布，形成球状碳化物的扩散距离比形成片状的短， 虽然其应变能大于片状珠光体，但其总自由能却较低，因而形成粒 状珠光体。
另一部分仍以片状成长的碳化物则在随后的慢冷或等温 过程中逐渐球化。最终得到粒状珠光体组织。
第四章珠光体转变
的碳含量越高， Fe3C量越多。
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二、亚共析钢中先共析F的析出
1.相变机构：合金Ⅰ
冷却到T1：A中产生F晶核----CA/FCA----C原子扩散(kuòsàn)----先共析F长大--CA ----进入伪共析转变区 先共析F+伪共析P
ωc↑、冷速↑、析出温度↓→先共析F↓
2.先共析F的形态
F和Fe3C向A晶粒内部纵向长大
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3、P的分枝(fēn zhī)形成机制
P只是以纵向长大的方式进行，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(xiāngjiàn)
的P
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T8钢退火(tuì huǒ)组织
T12钢退火(tuì huǒ)组 织
者冷却速度极慢。
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2、片状P粒状P（胶态平衡理论）
尖角处（曲率(qūlǜ)半径小）—高碳浓度 平面处（曲率半径大）—低碳浓度
C原子(yuá nzǐ)
扩散
破坏平衡
尖角处：Fe3C溶解(róngjiě)
平面处：Fe3C析出
曲率半径相近的粒状Fe3C
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粒状P的形成：
微观缺陷（亚晶界）处：C原子扩散(kuòsàn)片状Fe3C破裂 尖角溶解
形核位置(wèi zhi)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
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2.含碳量 基本特点：①共析成分最稳定，c或，C曲线左移； ②与合金元素的影响相比，碳含量(hánliàng)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
珠光体转变机理材料科学工程科技专业资料
珠光体转变机理材料科学工程科技专业资料前言珠光体转变机理是材料科学工程和科技领域中一个重要的研究方向。
珠光体是一种特殊的微结构形态，在很多材料的制备和应用中都扮演了重要的角色。
在本文档中，我们将从珠光体的定义、形态、转变机理和相关应用方面进行探讨。
珠光体的定义和形态珠光体是金属材料中的一种微观结构形态，它通常具有球形或者椭球形的形态。
珠光体中的球形晶粒称为珠光体颗粒，它们由晶界将邻近的晶粒分割开来，珠光体颗粒与母相之间的晶界称为珠光体晶界，它对材料的整体性能有着重要的影响。
珠光体是金属材料中的一种内部非晶态结构，它通常具有高硬度、高强度、高韧性等优良性能。
珠光体转变机理珠光体转变是指在特定的条件下，珠光体颗粒发生相变的过程。
珠光体的相变通常包括两种方式：珠光体晶粒的长大和珠光体的析出。
珠光体的长大通常是由于溶固时珠光体晶粒的长大而引起的，也可以是在固态化时珠光体晶粒的长大。
溶固过程中，珠光体的形成是通过溶太阳芯片，在其中形成珠光体颗粒，而随着溶液的凝固，溶太阳芯片中的珠光体颗粒变得越来越大。
固态化时，珠光体晶粒的长大通常是由于材料中的成分不均匀而引起的。
珠光体的析出通常是由于材料中的某种成分的增加而导致的。
在固溶体中，溶质原子可以向晶格中溶质的互相取代而存在。
当成分的改变导致溶解度的降低时，溶质原子就开始逸出晶格，形成新的溶质。
此时，当溶质的浓度超过一定的临界值时，就会在基体中析出珠光体颗粒，这个过程被称为珠光体析出。
珠光体在材料科学领域的应用珠光体在材料科学领域有着广泛的应用，最重要的应用包括：1.提高材料的机械性能：珠光体通常具有高强度、高硬度和高韧性等特性，可以大大提高材料的机械性能。
2.提高材料的耐腐蚀性能：珠光体中的晶界可以作为点阵缺陷的固溶体或夹杂物的阳极部位，减缓或者阻止了腐蚀液体和金属的接触，从而提高了材料的耐腐蚀性能。
3.增强金属的疲劳强度：珠光体的微观形态可以在一定程度上增强材料的疲劳强度。
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3Cr2W8钢珠光体转变动力学曲线
如图5所示.3Cr2W8钢在1
250℃加热 ,800℃等温时,珠光体转变需要较长的孕 育期,珠光体转变量与等温时间的关系符 合Johnson-Mehl方程.
结论
(1)3Cr2W8钢加热温度为1 250℃保温1 200 s, 急冷至800℃等温,得到的是粒状珠光体组织. (2)3Cr2W8钢在1 250℃加热急冷至800℃等 温1 680 s时珠光体开始形核,珠光体核心可以 在原奥氏体晶粒内和晶界2处形成.当等温时间 延长到120 000 s时,过冷奥氏体基本上转变为 粒状珠光体. (3)3Cr2W8钢过冷奥氏体的珠光体转变动力学 符合Johnsom-Mehl方程.
珠光体的新概念
概念是理论的细胞[1],至关重要。以往,许多文献 书刊中称“珠光体为铁素体和渗碳体的机械混合 物”。此概念产生于20世纪前叶,延续应用至今, 是陈旧而错误的。
钢中的珠光体的定义应当是过冷奥氏体共析分解 得到的共析铁素体和共析渗碳体(或碳化物)的整合 组织。
珠光体转变的定义
关于钢中的共析分解,或珠光体转变,一
实验结果及分析
珠光体转变的驱动力是新旧相自由
能之差,在驱动力满足转变条件的 情况下,珠光体通过形核及核长大 过程来完成转变.
3Cr2W8钢的珠光体形核
珠光体转变形核的金相照片如图2所示.由图 2可以看出,3Cr2W8钢在实验条件下在原体晶 界及晶内均有由粒状碳化物形成的珠光体核 心.
3Cr2W8钢珠光体的长大
直没有一个像样的定义,本文给出定义 如下:过冷奥氏体在Ar1温度同时析出共 析铁素体和共析渗碳体(或合金碳化物) 两相,形成珠光体组织的扩散型的一级 相变,称为珠光体转变。
3Cr2W8钢的珠光体转变 李文学,闫俊萍,张风云,王玉峰,王 征 (内蒙古科技大学材料科学与工程学院)
珠光体转变在热处理实践中极为重要, 退火与正火可以作为最终热处理,即工 件经退火或正火后直接交付使用.钢在 退火、正火处理时发生的相变主要是 珠光体转变,必须控制珠光体转变产物 的形态与尺寸,以保证退火与正火后所 需的强度、塑性和韧性
珠光体长大过程如图3, 4所示.图3是800℃等 温时间较短,过冷奥氏体发生了部分珠光体转 变,就水冷形成了贝氏体、马氏体组织.图4是 等温较长时间,过冷奥氏体全部转变为珠光体 组织。
由图3,
4可以看出, 3Cr2W8钢在本次 实验的热处理工艺规范下,所获得的是 粒状珠光体组织.因为,本次试验过程中, 在1 250℃奥氏体化,保温时间较短,奥 氏体中奥氏体成分不均匀,有许多微小 的高碳含量的富集区,使得珠光体的核 心在微小的高碳含量的富集区形成、 长大,最终获得粒状珠光体组织.
关于珠光体转变的 文献介绍
珠光体转变理论研究的新进展
刘宗昌(内蒙古科技大学材料与冶金学院,内 蒙古包头 014010)
作者简介:刘宗昌(1940—), 男,河北玉田人,教授,主要从 事相变和材料热处理研究,获 省部级科技进步奖10项,发 表论文200余篇,出版7部著 作。
ห้องสมุดไป่ตู้
20世纪80年代电镜观察发现了珠光体组织中的 长大台阶,提出了台阶转变机制。近年来,作者本人依 据对共析分解机理和珠光体本质的研究,发表了数篇 论文和著作,纠正了某些陈旧和错误的见解,提出了一 些共析分解的新观点。本文是总结这些研究新成果, 并且应用QUNTA-400扫描电镜等设备观察珠光体组 织,进一步研究了共析分解的新机制,对于“相间沉 淀”机理做了新的解释,重申了珠光体的新概念。
.
.本文以3Cr2W8钢为例,通过一
系列的实验,对珠光体转变过程、 转变机制、转变产物、转变动 力学以及珠光体转变量对钢硬 度的影响进行了深入的研究.
实验方法
依据3Cr2W8V钢的过冷奥氏体等温转变曲线[1]及 临界点,制定了本次试验的热处理工艺.将钢加热到 1 250℃,保温20 min后,急冷至800℃等温,分别于 28 min到约33 h的不同时间取出水冷以区别等温转变 的珠光体和未转变的过冷奥氏体在水冷时形成的贝氏 体和马氏体组织.利用光学金相显微镜观察珠光体由 形核到转变终了的组织形态和转变所需时间.采用定 量金相法,确定不同转变时间珠光体的转变量.