材料工程基础讲稿

此202外1/3/,1球5 状P也可以通过淬火加高温回火获得。
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§3－3 亚（过）共析钢的珠光体转变 由Fe-Fe3C状态图可知,GSG’和ESE’线将Fe-Fe3C状态图划分
为四个区域,GSE区为单相的A区,G’SE’为伪共析转变区,GSE’ 为先共析F析出区,ESG’为先共析Fe3C析出区。
1．伪共析转变 将共析点附近的铁碳合金自A区以 较快的速度冷却,在先共析产物来不 及析出的情况下,A被过冷到G’SE’线 以下,将从A直接析出F和Fe3C的混合 物。分解机制和分解产物与P转变完 全相同,但其中的Fe3C和F的量则与P 不同,随A中C%而变,C%↑→ Fe3C量愈多——伪共析转变,转变产 物——伪共析组织。一般仍称为P。
为
C
－
而与渗碳体接壤的A的碳含量为
C －Fe3C
C－＞CFe3C
在A中形成了碳的浓度梯度,引
起了碳的扩散。扩散→破坏了相
界面上的平衡浓度,使得与F接壤
的A中的碳含量↓,与渗碳体接壤
的A中的碳含量↑。为了恢复平衡,
与F接壤的A将析出碳含量低的F而
使A的碳含量增加,与渗碳体接壤的A将析出碳含量高的渗碳体而使
80nm的称为屈氏体T。
渗碳体以颗粒状存在于F基体上时称为球状（粒状）P。
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2．珠光体的晶体学
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§3－2 珠光体形成机制
1．片状珠光体形成机制
1）领先相 P的转变是通过形核－长大完成的。由于P是由两个相
组成的,因此存在领先相的问题。
不论那一相领先,当有未溶的渗碳体存在时,将促进P
碳钢中P的片间距与过冷度的关系可用下列经验公式表达:
S 0＝
C T
O
式中
C＝8.02×104（
O
A
·K）,S0－珠光体片层间距（
A）,△T
－过冷度（K）。
片状珠光体——光学显微镜下能分辨出片层间距的P,该间距为
150～450nm;片间距在80～150nm的称为索氏体S,这样尺寸的片
间距光学显微镜已难以分辨;在更低温度下形成的片间距为30～
能是通过两种不同的机制形成的。
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2．亚共析钢中先共析F的析出
亚共析钢A被过冷到GSE’时——有先共析F析出。先共析F的析出 也是一个形核长大过程,F的晶核大都是在A晶界形成。析出的F的 形态、数量决定于A的碳含量、晶粒大小和析出温度（或冷却速 度）。碳含量愈高,析出温度愈低,析出的F愈少。先共析F形态有 ——网状、块状（或称等轴状）和片状F。这三种F的形成机制可
20陷21/使3/15原子易于扩散。
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设共析钢A向P转变时的领先相为渗碳体。
在A晶界上形成一薄片状渗碳体晶核,因为薄片状晶核的
应变能小,且表面积大易于接受的碳原子。薄片状渗碳体
晶核形成后,向前和两侧
长大。渗碳体长大时,
将从周围A中吸收碳原子
而使周围出现贫碳区。
贫碳区的形成为F的形核
提供了成分条件,而F核
A的碳含量下降。其结果就是渗碳体与F均随着碳原子的扩散,同时
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往A晶粒纵深长大而形成片状P。
②在远离P的A（碳浓度为Cγ）中的碳向与渗碳体接壤的A（碳浓
度为
C －Fe 3 C
）的扩散,
③与F接壤的A（碳浓度为
C
－
）
中的碳向远离P的A（Cγ）中扩散。 ④此外,在已形成的P中,与A接
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实验还证实珠光体形成还可以分枝机制进行。即珠光体的片层 形态是由渗碳体分枝形式长大所形成（也可看成是铁素体分枝长 大）。即在渗碳体晶核形成以后,在向前长大的过程中,不断分 枝,而铁素体则协调地在渗碳体枝间形成。
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3）球状珠光体形成机制 共析成分的过冷A在A1以下——片状P。但在A化温度较低,保温
壤的F的碳浓度为 C－ 而与渗碳
体接壤的F的碳浓度为
, C－Fe3C
且 C－
>
C－Fe3C
,故在F内部也有
碳的扩散。
这些都将促进P中的F和渗碳体向A晶粒内长大。
可以看出,片状P团的形成是渗碳体和F横向沿A晶界或沿已形成
的P的团界交替形核和纵向长大的结果。过冷A转变为P时,晶体点
阵的改组是通过铁原子的自扩散完成的。
第二相质点的溶解度与质点的曲率半径有关,曲率半径愈小,其 溶解度愈高,片状渗碳体的尖角处的溶解度高于平面处的溶解度。
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这就使得周围的F与渗碳体尖角接壤处的碳浓度大于与平面接壤 处的碳浓度,在F内形成碳的浓度梯度,引起了碳的扩散。扩散的 结果破坏了界面上碳浓度的平衡,渗碳体尖角处将进一步溶解,渗 碳体平面将向外长大,如此不断进行,最后形成了各处曲率半径相 近的球状渗碳体。
又最易在渗碳体两侧的A晶界形成。在渗碳体两侧形成F核
后,已形成的渗碳体片不能再向两侧长大,而只能向纵深
发展。新形成的F除了随渗碳体片向纵深发展外,也将向
侧面202长1/3/1大5 。
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珠光体形成时碳的扩散规律
P形成过程中,一直处于三相共存的情况。设转变温度为T,则
界面两侧各相的碳含量可由铁碳相图得出。①与F接壤的A的碳含量
(p65)片状渗碳体的断裂还与渗碳体片内的晶体缺陷有 关。渗碳体片内存在亚晶界,亚晶界是高能区,A1 附近不稳定,也可以通过尖角溶解,平面堆积的形 式破断,并逐渐球化。在A1以下片状渗碳体的球化 就是通过渗碳体片的破裂,断开而逐渐球化的。
片状P被加热的A1以上时,在A形成过程中,尚未转变的片状渗碳 体也会按上述机构溶断球化。
形成,而先共析F的存在对P的形成速度没有明显影响。
2）片状珠光体形成机制
共析成分的A发生P转变时,可用下式表示:
γ → α ＋ Fe3C
0.77C <0.0218C
6.67C 需C的扩散
fcc
bcc
正交点阵 点阵重构
P转变时的形核一般是在A晶界上,原因是晶界处可以
提供形核所需的能量、结构、成分起伏,同时晶界上的缺
时间较短,加热转变未充分进行时,A中有许多未溶的残留碳化物
或许多微小的高碳富集区;同时转变为P的等温温度高,等温时间
足够长,或者冷却速度极慢时,就有可能获得球状P。 渗碳体的球化是一个自发过程,在加热过程中片状渗碳体有可能
自发的发生破裂和球化。由胶态平衡理论:
ln CR B
C R
式中 CR－小粒子在固溶体中的溶解度,C∞－大粒子在固溶体中 的溶解度,B－常数,γ－表面能,R－小粒子的半径。