第七章-钢的组织组成物

第七章钢在常温下常见的组织组成物

7.1 珠光体

7.1.1 片状珠光体

图7.1 片状珠光体

7.1.1.1形成工艺

ωc=0.77%的奥氏体在近于平衡的缓慢冷却条件下形成片层珠光体；在较高奥氏体化温度下形成的均匀奥氏体于A1-550℃之间温度等温时也能形成片层珠光体。

7.1.1.2形成机理

①渗碳体与铁素体交替形核与长大。

②珠光体形成片层状的原因是渗碳体以分枝形式长大的结果。

7.1.1.3珠光体球团

当奥氏体在A1点以下较高温度保温时，形核速度缓慢，而生长速度相对较大。珠光体最易沿奥氏体晶界，特别是三晶粒交界处形核，当过冷度大时，也可以在奥氏体晶粒内部形核。多个珠光体领域占据一个区域，从而形成了珠光体团。

7.1.1.4索氏体和屈氏体（托氏体）

在约A1-650℃形成片层厚的粗珠光体，其片间距为0.6-1.0μm，简称珠光体。在650～600℃形成的片层较薄的细珠光体，片间距约0.25～0.3μm，称为索氏体(sorbite)。在600～550℃形成的片层很薄的极细珠光体，片间距0.1～0.15μm，称为屈氏体或托氏体(troosite)。索氏体和屈氏体称为伪共析体，都是奥氏体在较快速度冷却时得到的不平衡组织，其碳含量或多或少的偏离0.77%。

7.1.2 粒状珠光体

图7.2 粒状珠光体

粒状珠光体是通过渗碳体球化形成的；另外，粒状珠光体也可通过淬火加回火得到。

当奥氏体化温度较高，形成成分不太均匀的奥氏体时，尤其是原始组织为片状珠光体或者片状珠光体加网状二次渗碳体，加热温度略高于A1温度时，便得到奥氏体加未溶渗碳体的组织，随后缓慢冷却时已形成粒状珠光体。具体来说：A 当奥氏体化温度较高，形成成分不太均匀的奥氏体时，则在奥氏体内存在大量高碳区和低碳区，此时缓冷，则会形成大量的渗碳体晶核，渗碳体晶核的长大必然被铁素体所包围；B 当原始组织为片状珠光体或片状珠光体和网状体二次

渗碳体时，温度加热到略高于A1，得到奥氏体加未溶渗碳体，此时的渗碳体已不是完整的片状或者网状，而是断断续续，这些渗碳体在保温时有球化的趋势（第二相颗粒的溶解度与曲率半径有关），随之冷却，则奥氏体向珠光体转化，这些颗粒状的渗碳体变成了附加晶核，从而形成了粒状珠光体。

7.2 马氏体

7.2.1板条马氏体

板条状马氏体：低碳型马氏体

在低/中碳钢，马氏体时效钢，不锈钢等铁合金中典型的组织。

低碳钢的板条马氏体形成温度高，在形成后过饱和的的碳发生部分分解，称为自回火，在马氏体晶内部形成碳化物质点，导致形成立方马氏体。

由于它的亚结构主要是由高密度的位错组成,所以又称位错马氏体。

图7.3 板条马氏体（20CrMo，880℃油淬，180℃回火，基体为板条状马氏体）7.2.2片状马氏体（孪晶马氏体，针状马氏体）

片状马氏体：高碳型马氏体

高碳钢（w c>0.6%），w Ni=30%的不锈钢及一些有色金属和合金中，淬火时出现的典型马氏体组织。

片状马氏体在电子显微镜下的特征是具有孪晶的亚结构，由于其亚结构主要为细小孪晶,所以又称为孪晶马氏体.

高碳型片状马氏体的另外一个特点就是存在大量显微裂纹。

图7.4 针状马氏体+残留奥氏体

7.2.3隐晶马氏体和隐针马氏体

越是后形成的马氏体片尺寸越小。马氏体周围往往存在残留奥氏体。片状马氏体的最大尺寸取决于原始奥氏体晶粒大小，奥氏体晶粒越大，则马氏体片越粗大。当最大尺寸的马氏体片细小到光学显微镜下不能分辨时，便称为“隐晶马氏体”。

高碳钢在正常温度淬火时,细小的奥氏体晶粒和碳化物都能使其获得细针状马氏体组织,这种组织在光学显微镜下无法分辨称为隐针马氏体。

此处存疑？

图7.5 隐晶马氏体和隐针马氏体

GCr15 850℃淬火后回火处理，为正常的的GCr15淬火、回火组织：回火马氏体，未溶碳化物颗粒及参与奥氏体，其组织特征为有黑区和白区之分，黑区是以板条马氏体为主的隐晶马氏体；白区是以孪晶马氏体为主的隐针马氏体。

7.2.5马氏体的形成倾向

奥氏体向马氏体转变时，是形成板条马氏体还是片状马氏体，主要取决于马氏体的转变温度（Ms和Mf点）。而马氏体转变温度又主要取决于奥氏体的化学成分，即碳和合金元素的含量，其中碳含量的影响最为剧烈。奥氏体中的碳含量越大，则M S和M f点越低；除Co,Al外，所有合金元素都降低M S和M f点，但效果不如碳明显。

一般认为，板条状马氏体大都在200℃以上形成，片状马氏体主要在200℃以下形成。含碳量在0.2-1.0%的奥氏体，在马氏体区上部先形成板条马氏体，然后在马氏体区下部形成片状马氏体。含碳量越高，Ms点越低，形成板条马氏体量越少，而片状马氏体越多。

某些合金元素能加剧形成孪晶马氏体的倾向。

一般当Wc<0.3%时,钢在马氏体形态同乎全为板条马氏体;

当Wc>1.0%时,则几乎全为片状马氏体;

当Wc=0.3%-1.0%时,为板条马氏体和片状马氏体的混合物,随含碳量的

升高,淬火钢中板条马氏体的量下降,片状马氏体的量上升.

7.3 贝氏体

定义：钢在珠光体转变温度以下，马氏体转变温度以上的温度范围内，过冷奥氏体将发生贝氏体转变，又称为中温转变。

贝氏体中的铁素体形成时，奥氏体向铁素体的晶格改组是通过切变方式进行的。

贝氏体特别是下贝氏体通常具有优良的综合机械性能。

7.3.1 上贝氏体

通常含碳量高于0.4%的碳素钢中，在贝氏体较高温度范围内（350-600℃）形成的贝氏体叫上贝氏体。

过饱和针状铁素体和渗碳体的混合物，渗碳体在铁素体针间。过冷奥氏体在中温（约350~550℃）的相变产物，其典型形态是一束大致平行位向差为6~8铁素体板条，并在各板条间分布着沿板条长轴方向排列的碳化物短棒或小片；典型上贝氏体呈羽毛状，晶界为对称轴，由于方位不同，羽毛可对称或不对称，铁素体羽毛可呈针状、点状、块状。若是高碳高合金钢，看不清针状羽毛；中碳中合金钢，针状羽毛较清楚；低碳低合金钢，羽毛很清楚，针粗。转变时先在晶界处形成上贝氏体，往晶内长大，不穿晶。

中高碳钢上贝氏体在光学显微镜下的典型特征呈羽毛状。在电镜下，上贝氏体由许多从奥氏体晶界向晶内平行声场的板条状铁素体和在相邻铁素体条间的不连续的，短杆状的渗碳体所组成