第四章珠光體轉(zhuǎn)變

1、第四章第四章 珠光體轉(zhuǎn)變珠光體轉(zhuǎn)變重點(diǎn)：重點(diǎn)：1.掌握珠光體的組織形態(tài)與晶體結(jié)構(gòu)；2.掌握珠光體的形成機(jī)理；3.掌握珠光體的力學(xué)性能；4.掌握先共析轉(zhuǎn)變；難點(diǎn)：難點(diǎn)：1.珠光體（片狀和粒狀）的形成機(jī)理；2.先共析產(chǎn)物的形成機(jī)理。T、轉(zhuǎn)變溫度降低驅(qū)動(dòng)力、Fe、C原子活動(dòng)能力4-1 4-1 珠光體的組織珠光體的組織特征特征一、珠光體的組織形態(tài)1.片（層）狀珠光體：一層一層F+F+一層一層Fe3CFe3C珠光體團(tuán)、珠光體領(lǐng)域片層間距=一片F(xiàn)和一片F(xiàn)e3C厚度之和S0=(8.02/ T) 103nm TS0 為什么？為什么？A1650 150450nm 珠光體650600 80150nm 索氏體600

2、550 3080nm 屈氏體高溫轉(zhuǎn)變高溫轉(zhuǎn)變FeFe、C C充分?jǐn)U散充分?jǐn)U散 P P中溫轉(zhuǎn)變中溫轉(zhuǎn)變C C能擴(kuò)散、能擴(kuò)散、 FeFe不能不能 B B低溫轉(zhuǎn)變低溫轉(zhuǎn)變 FeFe、C C均不能擴(kuò)散均不能擴(kuò)散 M M2.粒（球）狀珠光體：F的基體上分布著的基體上分布著Fe3C顆粒顆粒二、珠光體的晶體學(xué)P晶核在純A晶界上產(chǎn)生時(shí)：P晶核在A晶界上有先共析Fe3C時(shí)。三、珠光體的機(jī)械性能1.片狀P： S0 （T）P團(tuán)直徑S0 、P團(tuán)直徑強(qiáng)度、硬度、塑性S0 F 、Fe3C變薄 相界面 抗塑變能力“派敦（登）處理派敦（登）處理”45鋼球化退火組織T12球化退火組織2.粒狀P： Fe3C顆粒的大小及分布 顆粒

3、越小相界面硬度、強(qiáng)度3.比較：成分一定 HB、s 球P片P 塑性 球P片P （F連續(xù)分布）強(qiáng)度相同：疲勞極限 球P片P 球P在淬火時(shí)的變形開裂傾向??； 4-2 珠光體轉(zhuǎn)變機(jī)制珠光體轉(zhuǎn)變機(jī)制 一、一般概述 二、珠光體的領(lǐng)先相 三、片狀珠光體的形成 四、粒狀珠光體的形成一、一般概述 A(面心立方）F（體心立方）Fe3C (復(fù)雜斜方） 0.77 0.0218 6.69 特點(diǎn)： 1.熱力學(xué)條件：需要一定的的過(guò)冷度GC /Fe3CC原子擴(kuò)散 C/ C /Fe3C 平衡被破壞為了恢復(fù)平衡析出F(C/ ) 析出Fe3C(/Fe3C ) F和Fe3C向A晶粒內(nèi)部縱向長(zhǎng)大3、P的分枝形成機(jī)制 P只是以縱向長(zhǎng)大的

4、方式進(jìn)行，至于橫向的展寬，并不是通過(guò)橫向重復(fù)形核，而是以分岔的方式進(jìn)行。 Fe3C晶核縱向長(zhǎng)大不斷分枝 F在枝間形成 片層相間的P T8鋼退火組織 T12鋼退火組織四、粒狀P的形成 1.過(guò)冷過(guò)冷A直接分解形成粒狀直接分解形成粒狀P 2.由片狀由片狀P球化而成球化而成 3.淬火組織回火淬火組織回火1、過(guò)冷A分解形成粒狀P特定條件：特定條件： 1）奧氏體化溫度較低，保溫時(shí)間較短，加熱轉(zhuǎn)變未充分進(jìn)行； 2）轉(zhuǎn)變?yōu)镻的等溫溫度要高，等溫時(shí)間足夠長(zhǎng)，或者冷卻速度極慢。 2、片狀P粒狀P（膠態(tài)平衡理論） 尖角處（曲率半徑小）高碳濃度 平面處（曲率半徑大）低碳濃度 破壞平衡 曲率半徑相近的粒狀Fe3CC原子

5、擴(kuò)散尖角處：Fe3C溶解平面處：Fe3C析出粒狀P的形成： 微觀缺陷（亞晶界）處：C原子擴(kuò)散片狀Fe3C破裂 尖角溶解 破裂的Fe3C 小片 粒狀碳化物 平面析出 碳化物破裂碳的擴(kuò)散碳化物析出碳化物破裂碳的擴(kuò)散碳化物析出 45鋼球化退火組織 T12球化退火組織4-3 亞（過(guò)）共析鋼的珠光體轉(zhuǎn)變亞（過(guò)）共析鋼的珠光體轉(zhuǎn)變四個(gè)區(qū)域：GSE-奧氏體單相區(qū)；GSE-偽共析轉(zhuǎn)變區(qū)；GSE-先共析F區(qū)；ESG-先共析Fe3C區(qū)一、偽共析轉(zhuǎn)變 ESE- Fe3C在A中的溶解度曲線 GSG-F在A中的溶解度曲線亞（過(guò)）共析鋼自A區(qū)快冷，先共析F（ Fe3C）來(lái)不及析出，同時(shí)析出F和 Fe3C偽共析組織由成分偏

6、離共析成分的過(guò)冷A分解形成貌似共析體的組織。隨過(guò)冷A轉(zhuǎn)變溫度，形成的共析組織的含碳范圍特點(diǎn)：組織特征與P轉(zhuǎn)變完全相同；F和Fe3C的量與P（平衡）不同，A的碳含量越高， Fe3C量越多。二、亞共析鋼中先共析F的析出1.相變機(jī)構(gòu)：合金冷卻到T1：A中產(chǎn)生F晶核-CA/FCA-C原子擴(kuò)散-先共析F長(zhǎng)大-CA-進(jìn)入偽共析轉(zhuǎn)變區(qū) 先共析F+偽共析Pc、冷速、析出溫度先共析F2.先共析F的形態(tài)1）等軸塊狀、網(wǎng)狀、片狀2）形核：A晶界上-晶核與一側(cè)A晶粒為（半）共格界面，另一側(cè)非共格3）長(zhǎng)大機(jī)制：轉(zhuǎn)變溫度較高，以非共格遷移為主轉(zhuǎn)變溫度較低，以共格界面遷移為主：片狀F-魏氏組織鐵素體形態(tài)決定于碳含量形態(tài)決定

7、于碳含量三、先共析Fe3C的形成1.相變機(jī)構(gòu) 合金先共析Fe3C+偽共析組織當(dāng)冷速較大或等溫溫度較低時(shí)，先共析Fe3C量降低？2.先共析Fe3C的形態(tài)：網(wǎng)狀、片狀 脆性3.應(yīng)用：過(guò)共析鋼毛坯件的退火加熱溫度必須在Accm以下；具有網(wǎng)狀或針（片）狀Fe3C的材料必須加熱到Accm以上，使Fe3C充分溶入A中-快冷先共析Fe3C來(lái)不及析出偽共析P-球化退火上節(jié)課重點(diǎn)內(nèi)容回顧：上節(jié)課重點(diǎn)內(nèi)容回顧：4-3 珠光體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)珠光體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)一、轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)1.轉(zhuǎn)變開始前有一個(gè)孕育期；2.溫度一定，轉(zhuǎn)變速度隨時(shí)間延長(zhǎng)有一極大值；3.隨轉(zhuǎn)變溫度，孕育期存在最小值；4.合金元素的影響顯著。二、珠光體轉(zhuǎn)變動(dòng)力

8、學(xué)研究1.形核率、長(zhǎng)大速度與轉(zhuǎn)變溫度的關(guān)系N、G隨轉(zhuǎn)變溫度而升高，在550達(dá)到極大值形核率：T G 驅(qū)動(dòng)力rk形核率 原子活動(dòng)能力形核率長(zhǎng)大速度： T 擴(kuò)散速度G S0C濃度梯度G 2.形核率、長(zhǎng)大速度與轉(zhuǎn)變時(shí)間的關(guān)系簡(jiǎn)化模型 假設(shè)：均勻形核；N和G不隨時(shí)間改變；各P團(tuán)的G相同對(duì)于選定的N和G值，X和t的關(guān)系曲線呈S形實(shí)際：N隨時(shí)間而變；G在不同的P團(tuán)中不同，隨時(shí)間而變 非均勻形核；P團(tuán)不是真正的球形形核位置不等效：頂角棱邊晶面三、影響珠光體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)的因素1.奧氏體晶粒度A晶粒越細(xì)單位體積相界面形核率珠光體轉(zhuǎn)變加快2.含碳量基本特點(diǎn)：共析成分最穩(wěn)定，c或，C曲線左移；與合金元素的影響相比，碳

9、含量的影響較小亞共析鋼： c先共析F析出孕育期、析出速度 P轉(zhuǎn)變?cè)杏?、析出速?過(guò)共析鋼： c Fe3C形核率先共析Fe3C孕育期、析出速度P轉(zhuǎn)變?cè)杏?、析出速度3.合金元素位置：除Co、2.5Al 非、弱碳化物形成元素：MoMnWNiSi 右移 強(qiáng)碳化物形成元素 右移-溶入A中 左移-未溶碳化物 B的作用顯著，微量即可使C曲線右移 B的作用隨c而減弱形狀：碳化物形成元素，改變P轉(zhuǎn)變的溫度范圍C曲線分離1）改變共析點(diǎn)位置：Ni、Mn降低A1點(diǎn)位置TP形成速度；2）改變S0： S0T；3）改變AP的自由能變化；4）影響N和G；5）降低碳在A中的擴(kuò)散速度；6）合金本身擴(kuò)散慢；7）B的影響：吸附

10、在晶界上晶界能量 先共析F、P的形核率8）降低AF同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的速度4.A的均勻化程度：不均勻（未溶碳化物、夾雜物）促進(jìn)P轉(zhuǎn)變5.加熱溫度和保溫時(shí)間T、tA均勻化、晶粒長(zhǎng)大P轉(zhuǎn)變速度6.A的應(yīng)力狀態(tài)和塑性變形拉應(yīng)力促進(jìn)P轉(zhuǎn)變，壓應(yīng)力減緩P轉(zhuǎn)變塑性變形加速P轉(zhuǎn)變，且形變量越大，P轉(zhuǎn)變速度越快4-5 合金鋼中其它類型的奧氏體高溫分解轉(zhuǎn)變合金鋼中其它類型的奧氏體高溫分解轉(zhuǎn)變一、特殊碳化物珠光體碳化物形成元素固溶于Fe3C中形成合金滲碳體，當(dāng)Me-析出碳化物與普通P轉(zhuǎn)變機(jī)理、組織形態(tài)、性能相近二、纖維狀碳化物與F的聚合體形態(tài)：球團(tuán)、平行邊界、樅樹葉纖維直徑：2050nm 層間距小c=0.2%時(shí)全共析組

11、織 機(jī)械性能良好 獲得方法：等溫處理或控制冷卻三、相間沉淀組織形態(tài)：F中有極細(xì)小的合金碳化物的層狀彌散析出中有極細(xì)小的合金碳化物的層狀彌散析出1.相間沉淀機(jī)理 F析出CA/F抑制F的長(zhǎng)大析出碳化物CA/F 溫度范圍：點(diǎn)以下，轉(zhuǎn)變溫度以上-含有、元素的合金鋼中轉(zhuǎn)變溫度低，及合金元素可能擴(kuò)散的距離很小，加之鋼中c，單位體積內(nèi)可提供的原子數(shù)量很少?gòu)闹性诰Ы缟衔龀龅奶厥馓蓟镏荒艹始?xì)小粒狀分布。碳化物是在A/F界面上形核與保持共格或半共格關(guān)系并在中長(zhǎng)大臺(tái)階長(zhǎng)大機(jī)制：臺(tái)階端面：非共格界面，易于遷移 臺(tái)階寬面：（半）共格界面，不易遷移2.相間沉淀?xiàng)l件1）等溫轉(zhuǎn)變-決定于AF轉(zhuǎn)變進(jìn)行的溫度溫度較高：析出先共

12、析F c至共析成分偽共析體；溫度較低：C原子在A中擴(kuò)散不充分C在A/F界面的A一側(cè)蓄積未轉(zhuǎn)變的A的平均成分達(dá)不到共析成分析出碳化物2）連續(xù)冷卻-取決于冷卻速度冷卻速度過(guò)慢：在較高溫度下通過(guò)的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)特殊碳化物聚集長(zhǎng)大粗化冷卻速度過(guò)快：在發(fā)生相間析出的溫度范圍內(nèi)通過(guò)的時(shí)間過(guò)短細(xì)小的特殊碳化物來(lái)不及形成過(guò)冷A將轉(zhuǎn)變成先共析F+P或B3.相間析出產(chǎn)物的形態(tài)與性能1）形態(tài)：不規(guī)則分布（磨面與界面平行）、點(diǎn)列狀排列（磨面與界面垂直）與P比較：碳化物不是片狀，而是細(xì)小粒狀，分布在有一定間距的平行平面上 “變態(tài)珠光體”-degenerate pearlite面間距離-分布有微粒碳化物的平面彼此之間的距離影響

13、因素：隨c、特殊碳化物形成元素 等溫轉(zhuǎn)變溫度、冷卻速度2）性能：碳化物顆粒變細(xì)、面間距離 強(qiáng)度3）強(qiáng)化機(jī)制：晶界（沉淀）強(qiáng)化、彌散（細(xì)晶）強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化4）應(yīng)用：微合金低碳鋼的控制軋制碳化物顆粒變細(xì)、面間距離四、合金元素對(duì)特殊碳化物形態(tài)的影響1.650850-相間沉淀組織 V、Ti、Nb、W鋼C曲線靠左碳及合金元素?zé)o法作長(zhǎng)距離擴(kuò)散轉(zhuǎn)變溫度沉淀顆粒尺寸和面間距離合金元素含量沉淀顆粒尺寸和面間距離2.600850-纖維狀碳化物+相間沉淀碳化物 鉬鋼C曲線靠右利于碳和合金元素進(jìn)行較長(zhǎng)距離擴(kuò)散形成纖維狀碳化物 隨T纖維狀碳化物間距3.600800 -出現(xiàn)三種組織 鉻鋼本本 章章 總總 結(jié)結(jié)1、掌握片狀珠光體與粒狀珠光體的組織形態(tài)、機(jī)械性能；、掌握片狀珠光體與粒狀珠光體的組織形態(tài)、機(jī)械性能；2、掌握兩種珠光體的形成機(jī)制；、掌握兩種珠光體的形成機(jī)制；3、掌握珠光體的動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)及影響因素；、掌握珠光體的動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)及影響因素；4、掌握先共析相的形成及組織形態(tài)、形成機(jī)制；、掌握先共析相的形成及組織形態(tài)、形成機(jī)制；