珠光体与钢的退火和力学性能

4.3.3 CCT图中的P转变
过冷奥氏体连续冷却 转变CCT图，是分析 连续冷却过程中奥氏 体的转变过程以及转 变产物的组织和性能 的依据，具有重要的 工程应用价值。
4.3.4 P转变的影响因素
除Co和Al(质量分数大于2.5%)外，所有常用合金元 素使P转变右移 除Ni和Mn外，所有常用合金元素使P转变上移
合金元素推迟珠光 体转变的作用，按 大小顺序为：Mo、 Mn、W、Ni、Si。
B只用于亚共析钢 中。
合金元素对P转变动 力学图的影响是很复 杂的，特别是钢中同 时含有几种合金元素 时，其作用并不是单 一合金元素作用的简 单叠加。
合金元素对P转变动力学的影响机制
(1)合金元素通过影响碳在奥氏体中的扩散速度，影 响P转变动力学。 (2)合金元素通过改变α 同素异构转变的速度，影 响P转变动力学。 (3)通过合金元素在奥氏体中的扩散和再分配，影响P 转变动力学。 (4)合金元素通过改变临界点，影响P转变动力学。
➢ 由于珠光体转变是扩散型相变，其形成过程与原子 扩散过程密切相关。当转变温度降低时，由于原子扩 散速度减慢，因而使晶体长大速度有减慢的倾向。但 是转变温度的降低使靠近珠光体的奥氏体中的碳浓度 差增大，增大了碳的扩散速度，又有促进晶体长大的 作用。
➢ 随着转变温度的降低，利于形成薄片状珠光体组织。 当浓度差相同时，片层间距越小，C原子运动的距离 越短，有增大珠光体长大速度的作用。
综上：珠光体形成时，纵向长大是渗碳体片和 铁素体片同时连续地向奥氏体中延伸，而横向长大 是渗碳体片与铁素体片交替堆叠增多。
随珠光体形成温度降低，渗碳体片和铁 素体片逐渐变薄缩短，同时两侧连续形成速 度及其纵向长大速度都发生改变，珠光体群 的轮廓也由块状逐渐变为扇形，继而为轮廓 不光滑的团絮状，即由片状珠光体逐渐变为 索氏体或屈氏体。
先共析渗碳体与铁素体位向关系：
渗碳体与铁素体位向关系：
珠光体转变的驱动力是珠光体与奥氏体的自由 能差。由于珠光体转变温度较高，原子能够长距离 扩散，珠光体又是在晶界形核，形核所需的驱动力 较小，所以在较小的过冷度下即可发生珠光体转变。
a. 珠光体转变热力学
b. 片状珠光体的形成机制
具体文字描述见课本73页
亚共析钢先共析相组织形态
块状
网状
魏氏组织（片状）
过共析钢先共析相形态
针状
wC=0.78% wMn=0.63% 奥氏体晶粒度为 5.25级的共析钢
与温度的关系： 随温度降低先增 加后减小，在 550⁰C 附近有一 极大值。
➢ 随着过冷度的增大(转变温度的降低)，奥氏体与珠 光体的自由能差增大，形核率有增大的趋势。但随过 冷度的增大，原子活动能力减弱，扩散系数减小，使 形核率有减小的倾向。
片状珠光体形成时碳的扩散
珠光体的分枝长大
正常的片状珠光体形 成时，铁素体与渗碳体是 交替配合长大的，但在某 些情况下，铁素体与渗碳 体不是交替配合长大的。
离异共析组织
c. 粒状珠光体的形成机制
通常奥氏体向珠光体转变总是形成片状，但在特定 的奥氏体化和冷却条件下，也有可能形成粒状珠光体。
特定条件： 奥氏体化温度低，保温时间短，加热转变未
与时间的关系：I 随 等温时间增大而增大， 随时间延长，晶界上 形核位置达到饱和， I 急剧下降到零； v与时间无关。
➢ 转变前有孕育期； ➢ 等温温度从A1点逐渐降低， 孕育期逐渐缩短，到最短(C 曲线鼻尖)，再到增长； ➢ 转变温度一定时，转变速 度随时间的延长逐渐增大， 达到极大值(转变量为50% 时),逐渐降低直至转变结束；
珠光体与钢的退火和力学性能
铁碳合金经奥氏体化后，如果以 慢速冷却，具有共析成分的奥氏体将 在略低于A1的温度通过共析转变，分 解为铁素体与渗碳体的双相组织，即 珠光体，这种转变称为珠光体转变。
如冷却速度较快，奥氏体可以被过 冷到A1以下宽达200⁰C左右的高温区 内发生珠光体转变。
钢铁材料在退火、正火时，都要发 生珠光体转变。
片状珠光体一般在两个 奥氏体A1和A2的晶界上形核， 然后向与其没有特定取向关 系的奥氏体A2晶粒内长大， 形成珠光体团。
先共析铁素体与母相奥氏体晶体学位向关系：
铁素体与奥氏体的位向关系：
{112}α // {110} γ ˂110>α // <112> γ
渗碳体与奥氏体之间晶体学位向关系：
(5)合金元素通过影响P的形核率及长大速度，影响P 转变动力学。 (6)合金元素通过改变界面的表面能，影响P转变动力 学。
三）奥氏体晶粒度 晶粒越细，有利形核的晶界越多，P形成速
度越快
三向压应力除外
屈服强度与片间距的关系
主要原因是由于铁素体与渗碳体片薄时，相界面增多， 在外力作用下，抗塑性变形的能力增大，而且由于铁 素体、渗碳体片很薄，会使钢的塑性变形能力增大。 珠光体团直径减小，表明单位体积内片层排列方向增 多，使局部发生大量塑性变形引起应力集中的可能性 减小，因而既提高了强度，又提高了塑性。
充分进行，此时奥氏体中有许多未溶的残留碳化 物或许多微小的高浓度碳的富集区；
其次，转变为珠光体的等温温度高，等温时 间足够长或冷却速度极慢，这样可使渗碳体成为 颗粒(球)状，即获得粒状珠光体。
钢加热时的奥氏体化程度是过冷奥氏体是否形 成粒状珠光体的先决条件。
σcem/α
σcem/α σcem/cem
A1~650 ⁰C
600~650 ⁰C
550~600 ⁰C
b. 粒状珠光体
在铁素体基体中分布着颗粒状渗碳体的组织称为粒状珠光体。
粒状珠光体一般是经过 球化退火处理后获得的。
随钢中的原始组织和退 火工艺不同，粒状珠光体的 形态也不一样。粒状珠光体 中碳化物的大小、形态和分 布，常常对最终热处理后的 组织和性能产生影响。
主要内容
➢ 珠光体组织 ➢ 珠光体转变过程 ➢ 珠光体转变动力学 ➢ 珠光体的力学性能 ➢ 珠光体的应用
Baidu Nhomakorabea 根据Fe3C的形态不同，珠光体主要分为 ——片状珠光体
粒状珠光体
a. 片状珠光体
金相形态
电镜形态
片层间距
ΔT 过冷度 C 与碳含量有关的常数
片间距的大小主要取决于珠光体的形成温度
——依片间距不同分为P、S、T