珠光体的组织特征

珠光体的定义
严谨的定义：钢中的珠光体是共析铁素体和碳化物的 有机结合体。
（1）强调铁素体和碳化物的来源是共析分解产物； （2）所谓有机结合是指两相以界面相结合，在界面处原
子呈键合状态，两相以一定的位向关系相配合。
γ→α+ Fe3C
本教科书定义：共析碳钢加热奥氏体化后缓慢冷却， 在稍低于A1温度时奥氏体将分解为铁素体与渗碳体的 混合物，称为珠光体。
到团絮状，只有在电子显微镜下才能观察到片层结构。
差别：实质是一致的，只是S0不同，从而使性能有差别。
珠光体、索氏体、托氏体
珠光体
索氏体
屈氏体
珠光体
光镜下形貌
电镜下形貌
索氏体
光镜形貌
电镜形貌
屈氏体
光镜形貌 电镜形貌
珠光体的片层间距大小主要取决于珠光体的 形成温度。 在连续冷却条件下，冷却速度愈大，珠光体 的形成温度愈低，即过冷度愈大，则片层间 距就愈小。 S0与ΔT有关，（ΔT↑则 S0↓） S0与γ 晶粒度和均匀性无关。
• 该式表示反应中的各相具有固定的成分， 而且反应是可逆的，依加热或冷却而定。
共析碳钢加热奥氏体化后缓慢冷却，在稍低于A1温度时奥氏体将分解为铁素体与渗 碳体的混合物，称为珠光体，其典型形态呈片状或层状。
片状珠光体的组织形态
S0
原奥氏体晶界
ααα
Fe3C Fe3C Fe3C Fe3C
(a) 珠光体片层间距
图9.16 T12钢珠光体片层间距与过冷度的关系
其原因是：由于形成温度降低，C原子的 扩散能力下降，不易进行较大距离的迁移，因 而只能形成片层间距较小的珠光体。
但片层间距减小，则使铁素体与渗碳体的 相界面积增大，即界面能增加，而这部分增加 的能量由增大过冷度所得到的化学自由能差来 提供。
因此，在一定过冷度下，有一定的片层 间距。
珠光体团
(b) 珠光体团
（1）片状珠光体：是由一层铁素体与一层渗碳体交替紧密堆叠而成的。（在 光学显微镜下能明显分辨）
（2）珠光体片层间距S0 ：在片状珠光体组织中，一对α和Fe3C片的总厚度； （体团3））珠，光在体一团个或奥珠氏光体体晶晶粒粒内：可α以和形F成e3C几层个片珠方光向体大团致。相同的区域（又称珠光
珠光体的组织特征
Fe-0.77C合金在高于A1温度 （727℃） 是以奥氏体组织 存在，如果它非常缓慢地冷 却通过A1 （即在接近平衡的 条件下），则相图表明奥氏 体必然要被铁素体和渗碳体 的混合物所取代。
这种一个固相被两个不同的 固相所取代的相变就是共析 转变。
• 相 组 成： γ ↔ （ α + Fe3C ） • 碳 含 量： 0.77% 0.02% 6.69% • 点阵结构： 面心立方 体心立方 复杂斜方
T12A钢的粒状珠光 体组织
工业用钢中也可见到如图所示的在铁素体基体上分 布着粒状渗碳体的组织，称为“粒状珠光体”或 “球状珠光体”，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。
这两种位向关系不同，说明珠光体中铁素体与先共析铁素体 具有不同的转变特性。
（3）珠光体中渗碳体与奥氏体的位向关系比较复杂。
实验分析表明，在一个珠光体团中，铁素体与渗碳体之间也存 在一定的位向关系。这种位向关系通常有两类：
第一类 珠光体晶核在有先共析渗碳体存在的奥氏体晶界上产生时测得 (001)cem //( 211) ,[100]cem //[011] ,[010]cem //[111]
• 因此，应采用一定温度的等温处理（等温正火或等温退 火）的方法，来获得粗细相近的珠光体组织，以提高钢 的切削性能。（例如：车辆齿轮和轴承的预备热处理均 采用等温正火，由此采用相应的等温正火炉）
• 试验证明，奥氏体晶粒大小对珠光体的片层间距没有明 显影晌，但影响珠光体团的大小。随珠光体片层间距的 减小，珠光体中渗碳体片的厚度减薄。而且，当珠光体 的片层间距相同时，随钢中碳含量的降低，渗碳体片也 将变薄。
依片间距不同，可以分成珠光体、索氏体、屈氏体三种。 普通片状珠光体(P，pearlite)：片间距约为150～450nm，
在光学显微镜（400）下能够明显分辨出。 索氏体(S，)：片间距为80～150nm，在光学显微镜下（
1000）分辨。 屈氏体(T)：片间距为30～80nm，在光学显微镜下只能看
第二类 珠光体晶核在纯奥氏体晶界上产生时测得
(001)cem //(521) ,[100]cem //[131] (相差2o36′)；
[010]cem //[113] (相差2o36′);

珠光体的物理本质
许多文献称“珠光体为铁素体和渗碳体的机械混合物”。 此定义不严谨，理由：
其一，由铁素体＋渗碳体构成的组织不全是珠光体，如碳素钢 中的上贝氏体、回火索氏体、回火屈氏体等也可以由此两相组 成。
随着过冷度增大，珠光体片层间距减小。 碳钢中珠光体片层间距S0与过冷度△T的 关系可以用下面经验公式表示
S0
8.02 103 T
nm
• 若过冷奥氏体在连续冷却过程中分解，珠光体是在一个 温度范围内形成的，则在高温形成的珠光体较粗，低温 形成的珠光体较细。这种珠光体组织的不均匀将导致机 械性能的不均匀，从而影响钢的切削加工性能。
组织形态：典型形态呈片状或层状
珠光体的组织形态
• 组成珠光体的相有： 铁素体、渗碳体、合金渗碳体、各类合金碳化物。
• 珠光体组织形态： （1）片状、细片状、极细片状； （2）点状、粒状、球状； （3）粒状、片状渗碳体不规则形态的类珠光体； （4）相间沉淀组织也是珠光体的一种特殊的组织形
态。
片状珠光体分类
珠光体的晶体结构
（1）珠光体形成时，新相（铁素体和渗碳体）与母相（奥氏 体）之间存在一定的晶体学位向关系，使新相和母相的原 子在界面上能够较好地匹配。珠光体形成时，其中铁素体 与奥氏体的位向关系为 (110)γ // (112)α； [112] γ // [110]α
（2）而在亚共析钢中，先共析铁素体与奥氏体的位向关系为 (111)γ // (110) α； [110]γ // [111]α