珠光体转变产物的力学性能

珠光体转变产物的力学性能

钢中珠光体的机械性能，主要决定于钢的化学成分和热处理后所获得的组织形态。

（一）共析成分珠光体的力学性能

共析成分的碳钢，经珠光体转变后，即可以获得片状珠光体，也可以得到粒状珠光体。

1、片状珠光体的力学性能

共析碳钢在获得单一片状珠光体的情况下，其机械性能与珠光体的层间距离、珠光体团的直径、珠光体中铁素体片的亚晶粒尺寸和原始奥氏体晶粒大小有着密切的关系。通常原始奥氏体晶粒粗大，将使珠光体团的直径增大，但对片间距离影响较小。这是由于珠光体团的直径是由其成核率与晶体长大速度之比决定的。在比较均匀的奥氏体中，片状珠光体主要以晶界成核，因而表征单位体积内晶界面积的奥氏体晶粒大小，对珠光体团直径产生了明显影响。珠光体的片间距离主要由相变时能量的变化和C的扩散决定，所以与奥氏体晶粒大小的关系不大。

珠光体的片间距离主要决定于，珠光体的形成温度，而珠光体团的直径不仅取决于珠光体的形成温度，还与奥氏体的晶粒大小有关，而奥氏体的晶粒大小与奥氏化条件有关。因此，可以说，共析钢片状珠光体的性能主要取决于奥氏体化温度及珠光体的形成温度。

（1）规律

随着珠光体团直径以及片间距离的减小，珠光体的强度、硬度和塑性均升高。

（2）原因

其原因主要是由于铁素体与渗碳体片薄时，相界面增多，在外力作用下，抗塑性变形能力增高。而且由于铁素体、渗碳体片很薄，会使塑性变形能力增大。珠光体团直径减小，表明单位体积内珠光体片层排列方向增多，每一有利塑性变形的尺寸减小，使局部发生大量塑性变形引起应力集中的可能性减少，因而既增高了强度又提高了塑性。

（3）应用

工业上，片状珠光体作为使用的组织状态，比较重要的是“派敦”（Patenting）处理的绳用钢丝、琴钢丝和某些弹簧钢丝。所谓派敦处理，就是使高碳钢获得细片状珠光体（索氏体）组织，而后再进行深度冷拔。这是目前工业上具有最高强度的组织形态之一。

派敦处理，也叫铅淬冷拔工艺。就是将高碳钢奥氏体化后，淬入铅浴（600~650℃）中进行索氏体化，然后再进行深度冷拔。

（4）片间距离对冲击韧性的影响

片间距离对冲击韧的影响比较复杂。因为片间距离的减小，将使冲击性能变坏，而渗碳体变薄又有利于改善冲击韧

性。前者是由于强度提高而使冲击变坏，后者则是由于薄的渗碳体片可以弯曲、变形而使断裂成为韧性为断裂，从而改善冲击韧性。这两个相互矛盾因素的共同作用，使冲韧性的冷脆转变温度与片间距离的关系出现一个极小值。

值得注意的是，如果钢中的珠光体是在连续冷却过程中形成时，转变产物的片间距离大小不等，高温形成的大，低温形成的小。片间距离的不一，引起了抗塑性变形能力的不同，珠光体片间距离大的区域，具有较小的抗塑性变形能力。在外力的作用下，往往在这些区域产生过大变形，出现应力集中而断裂，使强度和韧性都降低。所以，为了获得片间距离均匀一致，强度高的珠光体，应采用等温处理。

2、粒状珠光体的机械性能

与片状珠光体相比，在成分相同的情况下，粒状珠光体的强度、硬度稍低，但塑性较好。粒状珠光体硬度、强度稍低的原因是，铁素体与渗碳体的相界面较片状珠光体的少，对位错动力的阻力较小。粒状珠光体的塑性较好，是因为，铁素体呈连续分布，渗碳体颗粒均匀地分布在铁素体基体上，位错可以较大范围的移动，因此，塑性变形量较大。

粒状珠光体的可切削性好，对刀具磨损小，冷挤压成型性好，加热淬火时的变形、开裂倾向小。因此，高碳钢在机加工和热处理前，常要求先经球化退火处理得到粒状珠光体。而中低碳钢机械加工前，则需正火处理，得到更多的伪

珠光体，以提高切削加工性能。低碳钢，在深冲等冷加工前，为了提高塑性变形能力，常需进行球化退火。

粒状珠光体的性能主要取决于碳化物颗粒的大小、形态和分布。一般来说，当钢的化学成分一定时，碳化物颗粒越细小，强度、硬度越高；碳化物越接近等轴状，分布越均匀，塑韧性越好。

（二）亚共析钢珠光体转变产物的力学性能

亚共析钢珠光体转变产物的力学性能主要取决于其组织形态（先共析铁素体与珠光体的相对量，先共析铁素体晶粒的大小，珠光体的片间距离以及铁素体的化学成分等），而组织形态，取决于钢中的碳含量、奥氏体化温度及冷却条件。

当珠光体量少时，珠光体对强度的贡献不占不要地位，此时，强度的提高主要靠先共析铁素体晶粒的减小，而当珠光体的量趋近100%时，珠光体对强度的贡献就成为主要的，此时强度的提高依靠珠光体片间距离的减小。