珠光体转变

§4 亚共析钢和过共析钢的珠光体转变
一、先共析相的析出过程 也是一个形核和长大过程 形核位置─优先在A晶界处。
A3
T
A→F A→P
A1
A→B
M+AR Ms Mf
t
二、先共析相的组织形态
1、随看转变条件的不同，
A F先
会出现三种不同形态：
①网状（仿晶界形）
②等轴状（块状）
③魏氏组织（针状）
( Widmanstatten) F先 A
F+A
A+Fe3C
§3 珠光体转变动力学
一、珠光体的形核率N和长大速度G
随 △T↑，则△F↑，D↓
N、G 出现极大值
随△T↑， N↑＞G↑
因此随△T↑ 可获得细P
在一定的温度下等温停留时： 形核率N开始小，中途逐惭增大，后期又减小； 而长大速度G保持线性增长。
二、影响N和G的因素
1、奥氏体均匀化程度 加热温度↑，保温时间↑， 奥氏体越均匀，A中浓度起伏越小
35Mn2Mo 35Mn2V 35Mn2SiMoV 30s 100s 1000s
③微量的硼（0.0001～0.025％）可显著地推 迟亚共析钢的A→P转变。
(二)、影响机理
(1)、改变A→F转变的激活能和形成功 Fe在γ相中的自扩散激活能为285kj/mol 加入 4％Cr时，自扩散激活能提高为312kj/mol加 入8％Cr，自扩散激活能提高为377kj/mol
影响片层间距的因素
可以推算出： So=2γv/△F ∵△T∽ △F ∴So与△T成反比 So随着△T的增大减小 在碳钢中有一经验公式
So=(8.02/ △T)×10- 4 cm
按So大小，P的形态又可分为不同名称
形成温度 A1~650 ℃ 片层间距So 0.5~0.7μm 名称 珠光体(P) Pearlite
先析出的过程中，在α先前沿与相界面上，析
出细小的特殊碳化物(Mo2C、W2C、VC、 NbC、TiC等)，叫相间沉淀。
γ
α＋γ
γ+ cem
Cγ-cem Cγ-α
Cγ
钢的成分： 0.02％C 0.032％Nb
析出物为
NbC
在低碳钢中加入少量 强碳化物形成元素，使 之发生相间沉淀，对提 高低碳钢的强度是一种 非常有效的方法。
(3)、合金元素本身的扩散速度极慢 推迟了A→P转变。
(三)、对转变产物的影响
1、影响组织的组成：由于合金元素使 共析点左移，使亚共析钢变为共析，甚至 过共析钢。 2、影响组织本身的性质：碳化物形成 元素使渗碳体变为特殊碳化物。 3、影响组织状态：使组织变细。
(四)、碳化物的相间沉淀
含有Cr Mo W V Ti Nb的低碳钢中，在α
归纳为：
P 硬度低 强度低 塑性好 S 硬度较高 强度较高 塑性最好 T 硬度高 强度高 塑性较好 片状P的屈服强度σy.s，破断强度σf.s与片间 距So的关系为：
σy.s=14.2+0.005 So –1 (kg/mm2) σf.s=44.5+0.010 So –1 (kg/mm2)
粒状的屈服强度取决于晶粒大小：
57 198 300 378 420
3、残余碳化物
残余碳化物可作为P形核时的核心，从而
增加P形核率N。提高P形成速度。对G无影响。
以上三个方面说明N对结构是敏感的，
而G对结构是不敏感的，只和△T有关。
4、塑性变形
形变使A中缺陷密度增加，并使A晶粒碎化，
增加P形核位置；
同时缺陷可提高DC，有利于P形核率N↑，G↑ 提高P形成速度。
块 状
网 状
针 状
针 状
等轴状（块状）F先
2、先共析相的形成条件 (1)网状 (2)等轴状 ①接近共析成分的亚共析或过共析钢 ②冷却速度较慢。 ①含碳量较低的低、中碳钢 ②冷却速度较慢。 (3)魏氏组织 ①含碳量＜0.6％C的亚共析钢
或含碳量较高的过共析钢
②奥氏体晶粒粗大
③冷速较快
特别要注意
P形核率N↓，P形成速度↓。对G影响不大。
2来自百度文库奥氏体晶粒大小
A晶粒越大，晶界面积越少，P形核位置减少
P形核率N↓，P形成速度↓。对G影响不大。
奥氏体化温度对P转变的影响
等温温度 ℃ 800℃ 1100℃ 转变开始/ s 转变结束/ s 转变开始/ s 转变结束/ s 3 6 10 40
650
600 550 500
1 1.3 1.25
3 1.5 3
2 2.5
8 4 28
A晶粒大小对P转变速度的影位响
晶粒度 (级) 晶粒表面积 (mm2/mm3) N 转变50％所需时间 (S) (核数/mm3 s)
6.25 5.75 4.75 4.24 3.75
57 42 35 29 25
6.25*103 0.43*103 0.081*103 0.057*103 0.021*103
第三章 钢的珠光体转变
一、珠光体的组织形态与性能特点 二、珠光体形成的机理(共折钢为例)
三、珠光体转变动力学 四、亚共析钢和过共析钢的珠光体转变
§1珠光体的组织形态与性能特 点 一、珠光体的组织形态 珠光体P是铁素体F和碳化物K 组成的机械混合物。 根据碳化物K的形态不同，可 分为片状P和球状P两大类。
网状组织和针片状魏氏组织会 使钢的轫性大幅度降低，是有害 组织，一般是要避免出现的。如 果出现，也要通过热处理加以消 除。
三、先共折相的数量和转变温度的关系
1、冷速越大， 先共析相的数 量越少
2、伪共晶组织 接近共析成分的亚共析或过共析钢， 当冷却速度较大时，抑制了先共析相 的析出而全部转变成珠光体。 这种成分是非共析成分，而组织为 共析组织，称为伪共析组织。 伪共析组织可提高钢的强度和硬度。
6、合金元素对P转变的影响
(一)、一般规律 除Co、Al外，加入钢中的合金元素都不同程 度地推迟A→P转变
Co Al B Mo Mn W Cr Ni Si V 促进 强 推迟作用 弱
几点说明：
①各元素要溶入奥氏体中，才能起作用。如 未溶入A中，则起相反作用。 如Mo： 在共析钢中，加入0.8％Mo，可使A→P转变 速度降低1000倍。因为此含量下的Mo在钢中 以渗碳体型碳化物(Fe、Mo)3C存在，加热时， 很容易溶解到A中。 而当Mo含量＞1.5％时，形成Mo23C6型合金 碳化物，稳定性较高，，加热较难溶解，有较 多的残余碳化物存在，反而促进转变。
σy.s=12.4+1.87df -1/2 (kg/mm2)
§2 珠光体形成的机理 (以共折钢为例)
A → P ( F + Fe3C) 0.77％ 0.0218％ 6.69％ 面心立方 体心立方 复杂斜方 转变包括两个过程： 点阵改建(依靠原子的扩散) 碳原子的扩散 是一个 扩散型相变
形成过程
以形核和长大的方式进行 1、形核 ①领先相 共析钢和过共析钢 FeC3是领先相 亚共析钢 F是领先相 ②形核位置 优先在奥氏体晶界形核 2、长大 横向长大和纵向长大
650~600 ℃ 600~550 ℃
0.3~0.4μm 0.1~0.2μm
索氏体(S)
Sorbite
屈氏体(T)
Troostite
Ar1
P S T 650℃
P B
Ms
600℃ 550℃
B上 B下
350℃
220℃
M
Sorbite
Pearlite
Troostite
三、珠光体的机械性能
共析钢 珠光体片层间距 和机械性能 及转变温度 的关系
A→F转变是扩散型转变，需要原子的扩散。 扩散激活能越高，原子扩散越困推，转变速度 越慢。
同时，合金元素降低转变的两相自由能差，提 高形核功，影响转变速度。
(2)、合金元素影响了碳的扩散速度 碳化物形成元素Cr、W、Mo、V、Ti 等降低了碳的扩散系数DC，减慢A→P转 变速度；
而Co可提高DC，促进A→P转变。
5、含碳量 （1）亚共析钢 随C％↑，C曲线右移；过冷奥 氏体稳定性增加。。 原因：碳显著降低奥氏体和铁素体两相自由能 差△Fγ-α，先共折铁素体析出越多，奥氏体越富 碳， △Fγ-α↓，γ→α转变越困难。
（2）共析钢和过共析钢 随C％↑，C曲线左移； 过冷奥氏体稳定性减小。 原因：①先共析渗碳体析出越多，奥氏体越贫 碳， △Fγ-α↑，γ→α转变越有利。 ②加热时未溶碳化物在冷却时可作的的 形核核心，增加形核率。
1、片状P的组织形态特点
①F和Fe3C交替排列的片层状组织 其中按重量比F占88%，Fe3C占12%， 所以F片较厚， Fe3C片较薄。 ②每一个排列方向大致相同的小区域叫珠 光体团 Pearlite Nodule（或称珠光体领 域Pearlite Colony) ③既使在一个P团中，K的排列方向并非完 全一致，有一些<1°位向差的亚结构（亚 晶）。
0.77%C
复习题
一、名词解释 1、魏氏组织 2、相间沉淀 3、伪共析组织 二、什么是珠光体的片层间距？影响片层间距 的主要因素是什么？根据片层间距的不同， 珠光体又可分为几种类型？ 三、简要说明影响珠光体转变的因素有哪些？
④在一个原奥氏体晶粒中存在几个位向 不同的珠光体团。 ⑤A→P转变时，两者存在 有一定位向关系。
(111)γ∥(110)α∥~(011)k； [110]γ∥[111]α∥[010]k
2、粒状P组织形态 碳化物呈颗粒状分布在F的基体上
二、珠光体的片层间距及其影响因素 珠光体组织的粗细程度用珠光体的片层间距 So来表示 片层间距─两个相邻渗碳体片间的中心距 或两相邻铁素体片间的中心距 或一片渗碳体一片铁素体的距离。 珠光体的分散度＝1／So 片层间距So是P的一个重要 的组织特征。
又如V：
是强碳化物形成元素，形成特殊碳 化物VC，稳定性很高，加热时很难 溶入到A中，不易发挥作用，如溶入 奥氏体中，也会强烈推迟P转变。
②以上是单一元素的作用，如多种元素同时加入 钢中，作用更加显著。其综合作用不是单个元素 作用的简单叠加，而能成十倍、成百倍地起作用。 如 35Mn2 35Mn2Si 鼻点孕育期 1s 5s