第三章 珠光體轉(zhuǎn)變-2013

1、第三章第三章 珠光體轉(zhuǎn)變珠光體轉(zhuǎn)變3.1 珠光體的組織特征3.2 珠光體的轉(zhuǎn)變機(jī)制3.3 珠光體的轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)3.4 珠光體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的機(jī)械性能珠光體的命名珠光體的命名 共析鋼退火樣品，在經(jīng)過磨光、共析鋼退火樣品，在經(jīng)過磨光、拋光與腐蝕（拋光與腐蝕（4%的硝酸酒精）后，的硝酸酒精）后，會(huì)呈現(xiàn)出一種珠母貝色澤會(huì)呈現(xiàn)出一種珠母貝色澤（mother of pearl），故稱為珠），故稱為珠光體（光體（Pearlite)。 珠光體表面呈現(xiàn)的珠母貝殼珠光體表面呈現(xiàn)的珠母貝殼似的光澤，可能是由于試樣表面的似的光澤，可能是由于試樣表面的層狀組織可以作為可見光的衍射光層狀組織可以作為可見光的衍射光柵而產(chǎn)生的光柵衍

2、射效果。柵而產(chǎn)生的光柵衍射效果。 Mother of Pearl過冷奧氏體轉(zhuǎn)變過冷奧氏體轉(zhuǎn)變高溫高溫中溫中溫低溫低溫共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線A：奧氏體：奧氏體P：珠光體：珠光體：貝氏體：貝氏體：馬氏體：馬氏體共析鋼：共析鋼：n A1 550 ，F(xiàn)e、C原子均可擴(kuò)散。原子均可擴(kuò)散。n 共析分解成珠光體共析分解成珠光體 - 鐵素體與滲碳體兩鐵素體與滲碳體兩相層片狀機(jī)械混合物。相層片狀機(jī)械混合物。n 珠光體團(tuán)珠光體團(tuán)(或領(lǐng)域或領(lǐng)域) - 片層方向大致相同片層方向大致相同的珠光體，在一個(gè)奧氏體晶粒內(nèi)可以形成的珠光體，在一個(gè)奧氏體晶粒內(nèi)可以形成35個(gè)珠光體團(tuán)。個(gè)珠光體團(tuán)。過冷奧氏體轉(zhuǎn)變過冷奧氏體轉(zhuǎn)變

3、（1）高溫轉(zhuǎn)變（珠光體轉(zhuǎn)變）高溫轉(zhuǎn)變（珠光體轉(zhuǎn)變）（2）中溫轉(zhuǎn)變（貝氏體轉(zhuǎn)變）中溫轉(zhuǎn)變（貝氏體轉(zhuǎn)變）u550 230，C 原子可擴(kuò)散，原子可擴(kuò)散，F(xiàn)e原子不原子不能擴(kuò)散。能擴(kuò)散。u 形成貝氏體形成貝氏體-過飽和鐵素體與滲碳體的非過飽和鐵素體與滲碳體的非層片狀混合物。層片狀混合物。上貝氏體：上貝氏體：550 稍下形成，羽毛狀。在平稍下形成，羽毛狀。在平行鐵素體板條間分布有不連續(xù)的桿狀滲碳體。行鐵素體板條間分布有不連續(xù)的桿狀滲碳體。 下貝氏體：下貝氏體：230 稍上形成，針狀。在針狀稍上形成，針狀。在針狀鐵素體內(nèi)分布有細(xì)小滲碳體。鐵素體內(nèi)分布有細(xì)小滲碳體。過冷奧氏體轉(zhuǎn)變過冷奧氏體轉(zhuǎn)變（3）低溫轉(zhuǎn)變

4、（馬氏體轉(zhuǎn)變）低溫轉(zhuǎn)變（馬氏體轉(zhuǎn)變）n非擴(kuò)散型相變：非擴(kuò)散型相變：Fe、C原子均不發(fā)生擴(kuò)散，原子均不發(fā)生擴(kuò)散，生成的馬氏體與原奧氏體成分相同。生成的馬氏體與原奧氏體成分相同。n 馬氏體：碳在馬氏體：碳在-Fe中的過飽和固溶體。中的過飽和固溶體。n 馬氏體相變是變溫型相變，相變開始點(diǎn)馬氏體相變是變溫型相變，相變開始點(diǎn) Ms ，終了點(diǎn)，終了點(diǎn) Mf 。 過冷奧氏體轉(zhuǎn)變過冷奧氏體轉(zhuǎn)變珠光體轉(zhuǎn)變 珠光體轉(zhuǎn)變（高溫轉(zhuǎn)變）珠光體轉(zhuǎn)變（高溫轉(zhuǎn)變）：冷卻時(shí)奧氏體（） 珠光體P (+Fe3C)的轉(zhuǎn)變。 共析相變共析相變：具有共析成分的單一母相在一定條件下分解生成兩個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)與成分不同的新相的過程。 它是一種典

5、型的擴(kuò)散型相變。 平衡轉(zhuǎn)變平衡轉(zhuǎn)變：緩慢加熱或冷卻時(shí)發(fā)生的能獲得符合平衡狀態(tài)圖的相變，其產(chǎn)物是符合狀態(tài)圖的平衡組織。 鋼中產(chǎn)生珠光體的熱處理工藝，退火或正火退火或正火。3.1珠光體的組織特征 珠光體：共析碳鋼加熱奧氏體化后緩慢冷卻，在稍低于A1溫度時(shí)分解鐵素體和滲碳體的混合物。其典型形態(tài)：片狀或?qū)訝钪楣怏w片層間距珠光體片層間距S01. 片狀珠光體 珠光體的片層間距大珠光體的片層間距大小主要取決于珠光體小主要取決于珠光體的形成溫度。的形成溫度。 在連續(xù)冷卻條件下，在連續(xù)冷卻條件下，冷卻速度愈大，珠光冷卻速度愈大，珠光體的形成溫度愈低，體的形成溫度愈低，即過冷度愈大，則片即過冷度愈大，則片層間距就

6、愈小。層間距就愈小。 T , S0 珠光體片層間距：珠光體片層間距：1. 片狀珠光體T，C擴(kuò)散速度擴(kuò)散速度，C原子遷移距離原子遷移距離，只能形成片間，只能形成片間距小的距小的PP形成時(shí)，形成時(shí)，F(xiàn)和和Fe3C的界面形成使界面能的界面形成使界面能，S0越小，越小，增加界面能越多，界面能由增加界面能越多，界面能由A和和P自由能差提供。自由能差提供。 T越大，提供自由能差越大，增加界面能越多，故片越大，提供自由能差越大，增加界面能越多，故片間距有可能越小間距有可能越小 T , S0 原因原因1. 片狀珠光體 T一定時(shí)一定時(shí)若若S0過大，原子所需擴(kuò)散的距離就要增大，這將使過大，原子所需擴(kuò)散的距離就要增

7、大，這將使轉(zhuǎn)變發(fā)生困難。轉(zhuǎn)變發(fā)生困難。 若若S0過小，由于相界面面積增大，使界面能增大，過小，由于相界面面積增大，使界面能增大，這時(shí)這時(shí)GV不變，這會(huì)使相變驅(qū)動(dòng)力降低，也會(huì)使相不變，這會(huì)使相變驅(qū)動(dòng)力降低，也會(huì)使相變不易進(jìn)行。所以一定的變不易進(jìn)行。所以一定的T對(duì)應(yīng)一定的對(duì)應(yīng)一定的 S0 。 T , S0 原因原因1. 片狀珠光體 過冷奧氏體在過冷奧氏體在連續(xù)冷卻過程中分解連續(xù)冷卻過程中分解，珠光體是在一個(gè)，珠光體是在一個(gè)溫度范圍內(nèi)形成的，則在高溫形成的珠光體較粗低溫溫度范圍內(nèi)形成的，則在高溫形成的珠光體較粗低溫形成的珠光體較細(xì)。這種形成的珠光體較細(xì)。這種珠光體組織的不均勻珠光體組織的不均勻?qū)?dǎo)致

8、將導(dǎo)致機(jī)械性能的不均勻機(jī)械性能的不均勻，從而影響鋼的切削加工性能。，從而影響鋼的切削加工性能。 因此，應(yīng)采用一定溫度的因此，應(yīng)采用一定溫度的等溫處理等溫處理(等溫正火或等溫退等溫正火或等溫退火火)的方法，來獲得粗細(xì)相近的珠光體組織，以提高鋼的方法，來獲得粗細(xì)相近的珠光體組織，以提高鋼的切削性能。的切削性能。 奧氏體晶粒大小對(duì)珠光體的片層間距沒有明顯影晌，奧氏體晶粒大小對(duì)珠光體的片層間距沒有明顯影晌，但影響珠光體團(tuán)的大小。但影響珠光體團(tuán)的大小。 隨珠光體片層間距的減小，珠光體中滲碳體片的厚度隨珠光體片層間距的減小，珠光體中滲碳體片的厚度減薄。減薄。 S0一定時(shí)，隨鋼中一定時(shí)，隨鋼中C ，滲碳體片

9、也將變薄。，滲碳體片也將變薄。珠光體片層間距珠光體片層間距：1. 片狀珠光體根據(jù)根據(jù)S0的大小，珠光體分為三類：的大小，珠光體分為三類：uA1-650 150-450nm 片狀珠光體片狀珠光體 u650-600 80-150nm 索氏體索氏體 (英國(guó)英國(guó)H.C. Sorby (18261908) u600-550 30-80nm 屈氏體屈氏體 (法國(guó)法國(guó)L.J.Troost) 片間距約為片間距約為450150nm，形成于，形成于A1650溫度溫度范圍內(nèi)。在光學(xué)顯微鏡下可清晰分辨出鐵素體和滲碳范圍內(nèi)。在光學(xué)顯微鏡下可清晰分辨出鐵素體和滲碳體片層狀組織形態(tài)。體片層狀組織形態(tài)。525HRC。光鏡形貌

10、光鏡形貌電鏡形貌電鏡形貌珠珠 光光 體體 形形 貌貌 像像珠光體（珠光體（P P） 片間距約為片間距約為15080nm，形成于，形成于650600溫度范溫度范圍內(nèi)。只有在圍內(nèi)。只有在800倍以上光學(xué)顯微鏡下觀察才能分辨出鐵倍以上光學(xué)顯微鏡下觀察才能分辨出鐵素體和滲碳體片層狀組織形態(tài)。細(xì)片狀素體和滲碳體片層狀組織形態(tài)。細(xì)片狀P索氏體索氏體，2536HRC。光鏡形貌電鏡形貌索索 氏氏 體體 形形 貌貌 像像索氏體索氏體(S)(S) 片間距約為片間距約為8030nm，形成于，形成于600550溫度范圍溫度范圍內(nèi)。在光學(xué)顯微鏡下已很難分辨出鐵素體和滲碳體片層狀內(nèi)。在光學(xué)顯微鏡下已很難分辨出鐵素體和滲碳

11、體片層狀組織形態(tài)。極細(xì)片狀的組織形態(tài)。極細(xì)片狀的P-屈氏體屈氏體,3540HRC。電鏡形貌光鏡形貌 屈屈 氏氏 體體 形形 貌貌 像像珠光體珠光體索氏體索氏體屈氏體屈氏體 珠光體、索氏體、屈氏體珠光體、索氏體、屈氏體之間無本質(zhì)區(qū)別，之間無本質(zhì)區(qū)別，都是由鐵素體和滲碳體片層相間組織，其形成溫都是由鐵素體和滲碳體片層相間組織，其形成溫度也無嚴(yán)格界線，只是其片層厚薄和片間距不同。度也無嚴(yán)格界線，只是其片層厚薄和片間距不同。 ：滲碳體以粒狀：滲碳體以粒狀分布于鐵素體基體中。它一般分布于鐵素體基體中。它一般通過特定的熱處理獲得。滲碳通過特定的熱處理獲得。滲碳體顆粒大小、形狀與所采用的體顆粒大小、形狀與所

12、采用的熱處理工藝（球化回火處理）熱處理工藝（球化回火處理）有關(guān)。有關(guān)。 片狀珠光體比粒狀珠光體片狀珠光體比粒狀珠光體硬度高，如果下道工序要冷加硬度高，如果下道工序要冷加工，有時(shí)要球化退火得到粒狀工，有時(shí)要球化退火得到粒狀珠光體。一些合金工具鋼在淬珠光體。一些合金工具鋼在淬火前也要經(jīng)過球化處理?；鹎耙惨?jīng)過球化處理。 (a) 珠光體本質(zhì)上是鐵素體和滲碳體的混合物 退火態(tài)下： 鐵素體中的位錯(cuò)密度較低 滲碳體中的位錯(cuò)密度更低 鐵素體/滲碳體兩相交界處的位錯(cuò)密度較高 鐵素體中存在亞晶界3.位向關(guān)系 鐵素體與奧氏體： 滲碳體與奧氏體：復(fù)雜 鐵素體與滲碳體：110/112 ;)112/(110）（111/

13、110 ;)110/(111）（亞共析鋼亞共析鋼共析鋼共析鋼不同的不同的轉(zhuǎn)變特性轉(zhuǎn)變特性有先共析滲碳體存在的有先共析滲碳體存在的A晶界晶界純純A晶界晶界3.2珠光體轉(zhuǎn)變機(jī)制1.珠光體轉(zhuǎn)變時(shí)的領(lǐng)先相 珠光體轉(zhuǎn)變：形核和長(zhǎng)大的過程 珠光體：鐵素體+滲碳體 哪一個(gè)是領(lǐng)先相？ 很難通過實(shí)驗(yàn)直接驗(yàn)證，目前尚無定論 許多實(shí)驗(yàn)證實(shí)：領(lǐng)先相與溫度，A成分有關(guān)1.珠光體轉(zhuǎn)變時(shí)的領(lǐng)先相 哪一個(gè)是領(lǐng)先相？（溫度，成分） 過冷度小，滲碳體是領(lǐng)先相 過冷度大，鐵素體是領(lǐng)先相 亞共析鋼：鐵素體是領(lǐng)先相 過共析鋼：滲碳體是領(lǐng)先相 共析鋼：滲碳體是領(lǐng)先相1.珠光體轉(zhuǎn)變時(shí)的領(lǐng)先相 滲碳體是領(lǐng)先相（共析鋼、過共析鋼） 原因：（1

14、 1）P P中中FeFe3 3C C與與A A中先共析中先共析FeFe3 3C C的位向相同，的位向相同，P P中的中的F F與與A A中先中先共析共析F F的位向不同，因此，是的位向不同，因此，是FeFe3 3C C先從先從A A中析出；中析出；（2 2）P P中的中的FeFe3 3C C與相變前與相變前FeFe3 3C C在結(jié)構(gòu)上是連續(xù)的；而在結(jié)構(gòu)上是連續(xù)的；而P P中的中的F F與相變前與相變前F F在結(jié)構(gòu)是不連續(xù)的；在結(jié)構(gòu)是不連續(xù)的；（3 3）A A中未溶解的中未溶解的FeFe3 3C C有促進(jìn)有促進(jìn)P P相變的作用，則它肯定作為相變的作用，則它肯定作為晶核存在，而先共析晶核存在，而先

15、共析F F沒有促進(jìn)沒有促進(jìn)P P相變的作用，則相變的作用，則F F肯定不肯定不是晶核核心。是晶核核心。1.珠光體轉(zhuǎn)變時(shí)的領(lǐng)先相 合金元素對(duì)領(lǐng)先相的影合金元素對(duì)領(lǐng)先相的影響響（1 1）Ni、Mn降低降低A1點(diǎn)，其他點(diǎn)，其他合金元素均提高合金元素均提高A1點(diǎn)點(diǎn)（2）幾乎所有合金元素皆使）幾乎所有合金元素皆使鋼的共析碳濃度降低。鋼的共析碳濃度降低。 合金元素改變合金元素改變A1點(diǎn)，若點(diǎn)，若轉(zhuǎn)變溫度相同則過冷度就不轉(zhuǎn)變溫度相同則過冷度就不同，從而改變相變驅(qū)動(dòng)力的同，從而改變相變驅(qū)動(dòng)力的大小，并影響珠光體片層間大小，并影響珠光體片層間距。而共析碳濃度的改變導(dǎo)距。而共析碳濃度的改變導(dǎo)致先共析鐵素體或先共析

16、滲致先共析鐵素體或先共析滲碳體的析出，并影響珠光體碳體的析出，并影響珠光體轉(zhuǎn)變的領(lǐng)先相。轉(zhuǎn)變的領(lǐng)先相。2. 珠光體的形成過程珠光體的形成過程 奧氏體過冷到A1點(diǎn)以下，發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變 Fe、C都能長(zhǎng)距離擴(kuò)散 珠光體在A晶界上形核，形核功較低，需要的過冷度小 珠光體的形成： （1）C的擴(kuò)散 低碳F + 高碳滲碳體 （2）晶體點(diǎn)陣的重構(gòu) FCC轉(zhuǎn)變BCC+復(fù)雜斜方點(diǎn)陣6.69%2. 珠光體的形成過程珠光體的形成過程 P的形核位置： 共析鋼過冷A發(fā)生P轉(zhuǎn)變時(shí)，多半在奧氏體晶界上形核，也可在晶體缺陷比較密集的區(qū)域形核 當(dāng)A中碳濃度很不均勻或有較多未溶滲碳體存在時(shí)，P晶核也可在A晶粒內(nèi)產(chǎn)生 原因： 這些部

17、位有利于產(chǎn)生能量、成分和結(jié)構(gòu)起伏，新相晶核易在這些高能量、接近滲碳體碳含量和類似滲碳體晶體點(diǎn)陣的區(qū)域產(chǎn)生 2. 珠光體的形成過程 （1）片狀珠光體的形成（橫向長(zhǎng)大）共析鋼（滲碳體領(lǐng)先相）能量、成分和結(jié)構(gòu)的起伏在能量、成分和結(jié)構(gòu)的起伏在A晶界晶界上形成小片滲碳體晶核上形成小片滲碳體晶核滲碳體的晶核與滲碳體的晶核與A保持共格關(guān)系保持共格關(guān)系為了減小應(yīng)變能成片狀為了減小應(yīng)變能成片狀片狀晶核按非共格擴(kuò)散方法長(zhǎng)大時(shí)，片狀晶核按非共格擴(kuò)散方法長(zhǎng)大時(shí)，共格關(guān)系被破壞。共格關(guān)系被破壞。2. 珠光體的形成過程 （1）片狀珠光體的形成（橫向長(zhǎng)大）共析鋼（滲碳體領(lǐng)先相）2. 珠光體的形成過程 （1）片狀珠光體的形成

18、（縱向長(zhǎng)大）/cem/cem/2. 珠光體的形成過程 （1）片狀珠光體的形成 P形成時(shí)，縱向長(zhǎng)大是Fe3C片和F片同時(shí)連續(xù)地向A中延伸，而橫向長(zhǎng)大是Fe3C片與F片交替堆疊增多。 過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w時(shí)，晶體點(diǎn)陣重構(gòu)是由部分Fe原子的自擴(kuò)散完成的。2. 珠光體的形成過程 （1）片狀珠光體的形成 隨T，滲碳體片和鐵素體片逐漸變薄縮短，同時(shí)兩側(cè)連續(xù)形成速度及其縱向長(zhǎng)大速度都發(fā)生改變，珠光體群的輪廓也由塊狀逐漸變?yōu)樯刃危^而為輪廓不光滑的團(tuán)絮狀，即由片狀珠光體逐漸變?yōu)樗魇象w或屈氏體。 （2 2）粒狀珠光體的形成過程）粒狀珠光體的形成過程 粒狀珠光體是通過片狀珠光體中滲碳體的球化獲得的。粒狀珠光體是

19、通過片狀珠光體中滲碳體的球化獲得的。 若將片狀珠光體加熱至略高于若將片狀珠光體加熱至略高于A1點(diǎn)的溫度，則得到點(diǎn)的溫度，則得到奧氏體加未完全溶解滲碳體的混合組織。此時(shí)，滲碳奧氏體加未完全溶解滲碳體的混合組織。此時(shí)，滲碳體已不保持完整片狀，而是凹凸不平、厚薄不勻，部體已不保持完整片狀，而是凹凸不平、厚薄不勻，部分已經(jīng)斷開。在此溫度下保溫將使片狀滲碳體球狀化。分已經(jīng)斷開。在此溫度下保溫將使片狀滲碳體球狀化。 2. 珠光體的形成過程n 根據(jù)界面熱力學(xué)，湯姆遜根據(jù)界面熱力學(xué)，湯姆遜-佛魯?shù)吕镂鳎ǚ痿數(shù)吕镂鳎═homson-Freundlich）公式：）公式：RTrMCCr2lnCr - 與與半徑為半徑

20、為r的第二相顆粒相平衡的母相溶解度。的第二相顆粒相平衡的母相溶解度。C - 與片狀（平界面）第二相相平衡的母相溶解度。與片狀（平界面）第二相相平衡的母相溶解度。M - 第二相摩爾質(zhì)量第二相摩爾質(zhì)量- 比界面能比界面能- 第二相密度。第二相密度。 （2 2）粒狀珠光體的形成過程）粒狀珠光體的形成過程 第二相粒子的半徑第二相粒子的半徑r越小，其溶越小，其溶解度越大，其周圍母相溶質(zhì)的解度越大，其周圍母相溶質(zhì)的平衡濃度越高。平衡濃度越高。 由于第二相顆粒在基體中的溶解度與其曲率半徑有關(guān)，由于第二相顆粒在基體中的溶解度與其曲率半徑有關(guān)，所以與非球狀滲碳體尖角處所以與非球狀滲碳體尖角處(曲率半徑較小部位曲

21、率半徑較小部位)相接觸的奧相接觸的奧氏體具有較高的碳濃度，而與滲碳體平面處氏體具有較高的碳濃度，而與滲碳體平面處(曲率半徑較大曲率半徑較大部位部位)相接觸的奧氏體具有較低的碳濃度，在滲碳體界面附相接觸的奧氏體具有較低的碳濃度，在滲碳體界面附近的奧氏體中存在濃度差，因此界面附近奧氏體中的近的奧氏體中存在濃度差，因此界面附近奧氏體中的C原子原子將從滲碳體的尖角處向滲碳體的平面處擴(kuò)散。這種擴(kuò)散的將從滲碳體的尖角處向滲碳體的平面處擴(kuò)散。這種擴(kuò)散的結(jié)果，破壞了界面處的碳濃度平衡。為恢復(fù)界面碳濃度平結(jié)果，破壞了界面處的碳濃度平衡。為恢復(fù)界面碳濃度平衡，滲碳體的尖角處將溶解而使其曲率半徑增大，而滲碳衡，滲碳

22、體的尖角處將溶解而使其曲率半徑增大，而滲碳體的平面處將長(zhǎng)大而使其曲率半徑減小，以至逐漸成為各體的平面處將長(zhǎng)大而使其曲率半徑減小，以至逐漸成為各處曲率半徑相近的顆粒狀滲碳體，從而得到在奧氏體基體處曲率半徑相近的顆粒狀滲碳體，從而得到在奧氏體基體上分布著顆粒狀滲碳體的組織。上分布著顆粒狀滲碳體的組織。 （2 2）粒狀珠光體的形成過程）粒狀珠光體的形成過程 尖角處（曲率半徑?。┘饨翘帲ㄇ拾霃叫。└咛紳舛雀咛紳舛?平面處（曲率半徑大）平面處（曲率半徑大）低碳濃度低碳濃度 破壞平衡破壞平衡 曲率半徑相近的粒狀曲率半徑相近的粒狀Fe3CC C原子擴(kuò)散原子擴(kuò)散尖角處：尖角處：Fe3C溶解溶解平面處：平面處

23、：Fe3C析出析出 （2 2）粒狀珠光體的形成過程）粒狀珠光體的形成過程 然后緩慢冷卻至A1點(diǎn)以下時(shí)，奧氏體將轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。此時(shí)，領(lǐng)先相滲碳體不僅可以在奧氏體晶界上形核，而且也可以從已存在的顆粒狀滲碳體上長(zhǎng)出，但這時(shí)已不能長(zhǎng)成片狀，最后得到滲碳體呈顆粒狀分布的粒狀珠光體。 （2 2）粒狀珠光體的形成過程）粒狀珠光體的形成過程 片狀滲碳體溶斷機(jī)制片狀滲碳體溶斷機(jī)制 滲碳體片內(nèi)亞晶界的滲碳體片內(nèi)亞晶界的存在，會(huì)產(chǎn)生一界面張力，存在，會(huì)產(chǎn)生一界面張力，為保持界面張力平衡，在為保持界面張力平衡，在亞晶界處會(huì)出現(xiàn)溝槽。由亞晶界處會(huì)出現(xiàn)溝槽。由于溝槽兩側(cè)曲率半徑較小，于溝槽兩側(cè)曲率半徑較小，此處滲碳體將溶

24、解，而使此處滲碳體將溶解，而使曲率半徑增大，破壞了界曲率半徑增大，破壞了界面張力的平衡，為恢復(fù)平面張力的平衡，為恢復(fù)平衡，溝槽將進(jìn)一步加深，衡，溝槽將進(jìn)一步加深，直至滲碳體溶斷。直至滲碳體溶斷。 （2）粒狀珠光體的形成過程）粒狀珠光體的形成過程 片狀片狀P加熱到略低于加熱到略低于A1 微觀缺陷（亞晶界）處：微觀缺陷（亞晶界）處：C原子擴(kuò)散原子擴(kuò)散片狀片狀Fe3C破裂破裂 尖角溶解尖角溶解 破裂的破裂的Fe3C 小片小片 粒狀碳化物粒狀碳化物 平面析出平面析出 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 （2）粒狀珠光體的形成過程）粒狀珠光體的形成過程 凹坑凹坑共析鋼：共析鋼：3.

25、 亞（過）共析鋼的珠光體轉(zhuǎn)變 亞（過）共析鋼的珠光體轉(zhuǎn)變基本上與共析鋼的珠光體轉(zhuǎn)變相似。3. 亞（過）共析鋼的珠光體轉(zhuǎn)變 （1）偽共析轉(zhuǎn)變 冷卻速度快 類似珠光體組織 成分非共析成分，F(xiàn)與滲碳體相對(duì)含量與共析珠光體不同，隨A的含C量變化 偽共析轉(zhuǎn)變 偽共析組織 T，成分范圍越大3. 亞（過）共析鋼的珠光體轉(zhuǎn)變 （2）亞(過)共析鋼的先共析相 先共析相的析出是與碳在奧氏體中的擴(kuò)散密切相關(guān)。 亞共析鋼 先共析鐵素體 過共析鋼 先共析滲碳體 先共析相的析出量決定于奧氏體碳含量和析出溫度或冷卻速度。 C愈高(或愈低)，冷卻速度愈大、析出溫度愈低，則析出的先共析鐵素體(或先共析滲碳體)的量就愈少。3.

26、亞（過）共析鋼的珠光體轉(zhuǎn)變 （2）亞(過)共析鋼先共析相的析出 A晶粒細(xì)小晶粒細(xì)小等溫等溫T 或或冷卻速度較慢冷卻速度較慢Fe充分?jǐn)U散充分?jǐn)U散亞共析鋼：亞共析鋼：A晶粒較粗晶粒較粗冷卻速度較快冷卻速度較快無共格關(guān)系無共格關(guān)系A(chǔ)成分均勻成分均勻A晶粒粗大晶粒粗大冷卻速度適中冷卻速度適中共格關(guān)系共格關(guān)系等軸塊狀等軸塊狀網(wǎng)狀網(wǎng)狀針狀或片狀針狀或片狀亞共析鋼：亞共析鋼：3. 亞（過）共析鋼的珠光體轉(zhuǎn)變 （2）亞共析鋼(a) 塊狀塊狀 (b) 網(wǎng)狀網(wǎng)狀亞共析鋼的顯微組織亞共析鋼的顯微組織 3. 亞（過）共析鋼的珠光體轉(zhuǎn)變 （2）亞(過)共析鋼先共析相的析出 先共析滲碳體的形態(tài)可以是粒狀、網(wǎng)狀或針(片)狀

27、。 但過共析鋼在奧氏體成分均勻、晶粒粗大的情況下，從奧氏體中直接析出粒狀滲碳體的可能性很小，一般呈網(wǎng)狀或針(片)狀滲碳體，此時(shí)將顯著增大鋼的脆性。 因此，過共析鋼的退火加熱溫度必須在Acm點(diǎn)以下，以避免網(wǎng)狀滲碳體的形成。 過共析鋼：過共析鋼：過共析鋼：過共析鋼：3. 亞（過）共析鋼的珠光體轉(zhuǎn)變 過共析鋼：過共析鋼：(a) 硝酸酒精浸蝕硝酸酒精浸蝕 (b) 苦味酸鈉浸蝕苦味酸鈉浸蝕 過共析鋼的顯微組織過共析鋼的顯微組織PFe3C3. 亞（過）共析鋼的珠光體轉(zhuǎn)變 魏氏組織：工業(yè)上將具有片(針)狀鐵素體或滲碳體加珠光體的組織稱為魏氏組織 魏氏組織鐵素體 魏氏組織滲碳體 魏氏體組織形成條件： C含量：

28、1.2% 晶粒粗大（加熱溫度過高） 適中的冷卻速度（空冷） 魏氏組織以及經(jīng)常與其伴生的粗大晶粒組織會(huì)使鋼的機(jī)械性能，尤其是塑性和沖擊性能顯著降低，并使鋼的脆性轉(zhuǎn)折溫度升高。三個(gè)條件缺一不可三個(gè)條件缺一不可紀(jì)念德國(guó)人紀(jì)念德國(guó)人A.J.Wildmanstatten3. 亞（過）共析鋼的珠光體轉(zhuǎn)變過共析鋼中的魏氏組織過共析鋼中的魏氏組織亞共析鋼共析鋼過共析鋼3.3 珠光體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)* 珠光體轉(zhuǎn)變也是形核和長(zhǎng)大過程* 轉(zhuǎn)變速度也取決于形核率和長(zhǎng)大速度* 珠光體等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)也符合 Johnson-Mehl方程或Avrami方程。 1. 珠光體的形核率和長(zhǎng)大速度 （1）形核率I與轉(zhuǎn)變溫度T的關(guān)系均勻形核

29、條件下均勻形核條件下T ， D ，Q ，第一項(xiàng)減小，第一項(xiàng)減小，I I T ， T ， GV ，W , 第二項(xiàng)增加第二項(xiàng)增加I I 1. 珠光體的形核率和長(zhǎng)大速度 （2）長(zhǎng)大速度G與轉(zhuǎn)變溫度T的關(guān)系T ，T ， (C/-C/cem) ，C原子擴(kuò)散速原子擴(kuò)散速度度 ，S0 ，C原子的擴(kuò)原子的擴(kuò)散距離散距離 ，G ; T ， C原子的擴(kuò)散系原子的擴(kuò)散系數(shù)數(shù) ，G 。 在T較高時(shí)，珠光體團(tuán)一般長(zhǎng)大成等軸類球形，各方向長(zhǎng)大速度基本相等：1. 珠光體的形核率和長(zhǎng)大速度 （3）形核率I、長(zhǎng)大速度G與轉(zhuǎn)變時(shí)間的關(guān)系 T一定時(shí)，t，I T一定， t ，G為定值2. 珠光體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)圖孕育期孕育期轉(zhuǎn)變開始轉(zhuǎn)變開

30、始轉(zhuǎn)變終了轉(zhuǎn)變終了鼻尖鼻尖共析鋼的珠光體等溫轉(zhuǎn)變TTT曲線3. 影響珠光體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)的因素（1 1）碳含量的影響）碳含量的影響與合金元素的影響相比，碳含量的影響較小與合金元素的影響相比，碳含量的影響較小 * *亞共析鋼亞共析鋼：C C 先共析先共析F F析出孕育期析出孕育期 、析出速度、析出速度 P P轉(zhuǎn)變?cè)杏谵D(zhuǎn)變?cè)杏?、析出速度、析出速度 * *過共析鋼過共析鋼： C C Fe Fe3 3C C形核率形核率 先共析先共析FeFe3 3C C孕育期孕育期 、析、析出速度出速度 P P轉(zhuǎn)變?cè)杏谵D(zhuǎn)變?cè)杏?、析出速度、析出速度 * *共析成分：共析成分：最穩(wěn)定最穩(wěn)定（2 2）合金元素的影響）

31、合金元素的影響除除CoCo外，其他合金元外，其他合金元素素C C曲線右移，孕育期曲線右移，孕育期 ，推遲了推遲了P P轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變除了除了NiNi，MnMn，CuCu，其，其他合金元素使他合金元素使P P轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)變的“鼻尖鼻尖”溫度移向高溫溫度移向高溫 3. 影響珠光體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)的元素（3）奧氏體化溫度和保溫時(shí)間）奧氏體化溫度和保溫時(shí)間 T 、tA均勻化、晶粒長(zhǎng)大均勻化、晶粒長(zhǎng)大P轉(zhuǎn)變速度轉(zhuǎn)變速度 （4 4）奧氏體晶粒度）奧氏體晶粒度A A晶粒越細(xì)晶粒越細(xì)單位體積相界面單位體積相界面形核率形核率珠光體轉(zhuǎn)變加快珠光體轉(zhuǎn)變加快（5 5）應(yīng)力和塑性變形的影響）應(yīng)力和塑性變形的影響 拉應(yīng)力、塑性變拉應(yīng)力、

32、塑性變點(diǎn)陣畸變和位錯(cuò)密度點(diǎn)陣畸變和位錯(cuò)密度 ，有利于，有利于C和和Fe原子的原子的擴(kuò)散和晶體點(diǎn)陣重構(gòu)，促進(jìn)擴(kuò)散和晶體點(diǎn)陣重構(gòu)，促進(jìn)P的形核、長(zhǎng)大，加速的形核、長(zhǎng)大，加速P的轉(zhuǎn)變。的轉(zhuǎn)變。等向壓應(yīng)力，原子遷移阻力等向壓應(yīng)力，原子遷移阻力 ，C、Fe擴(kuò)散和點(diǎn)陣重構(gòu)困難，降擴(kuò)散和點(diǎn)陣重構(gòu)困難，降低低P形成溫度，減慢形成溫度，減慢P的形成速度。的形成速度。3. 影響珠光體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)的因素3.4 珠光體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的機(jī)械性能1. 珠光體的力學(xué)性能 共析鋼性能奧氏體化溫度和珠光體形成溫度 珠光體的片層間距 (形成溫度） 珠光體團(tuán)直徑 （形成溫度 、奧氏體大小 ） 珠光體中鐵素體的亞晶粒尺寸 原始奧氏體晶粒大小

33、 珠光體的片層間距，珠光體團(tuán)直徑 ，珠光體強(qiáng)度、硬度、塑性1. 珠光體的力學(xué)性能 S0，珠光體團(tuán)直徑 P強(qiáng)度、硬度、塑性的原因： S0 ，鐵素體片與滲碳體片都變薄，相界面增多，在外力作用下，抗塑性變形能力增大。由于鐵素體和滲碳體片很薄，在外力作用下可以滑移而產(chǎn)生塑性變形，也可以產(chǎn)生彎曲，使鋼的塑性變形能力增大。珠光體團(tuán)直徑的減小，表明單位體積內(nèi)片層排列方向增多，使局部發(fā)生大量塑性變形而引起應(yīng)力集中的可能性減少，因而既提高了強(qiáng)度又提高了塑性。1. 珠光體的力學(xué)性能 連續(xù)冷卻過程中形成的珠光體連續(xù)冷卻過程中形成的珠光體： 珠光體的片層間距大小不等，高溫形成的大，低溫形成的小，則使抗塑性變形的能力不

34、均勻。 珠光體片層間距較大的區(qū)域，抗塑性變形能力較小，在外力作用下，往往首先在這些區(qū)域產(chǎn)生過量變形，出現(xiàn)應(yīng)力集中而破裂，使鋼的強(qiáng)度和塑性都降低。1. 珠光體的力學(xué)性能 成分相同時(shí)，與片狀珠光體相比，粒狀珠光體的強(qiáng)度、硬度稍低，而塑性較高。 原因: 粒狀P中F與滲碳體的相界面較片狀P少，強(qiáng)度和硬度稍低; 而鐵素體呈連續(xù)分布，滲碳體呈粒狀分散在鐵素體基體上，對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙作用較小，使塑性提高。粒狀P的切削性好，對(duì)刀具的磨損小，冷擠壓時(shí)的成形性也好，加熱、淬火時(shí)的變形和開裂的傾向性小 所以，高碳鋼在機(jī)械加工和熱處理前常常要求獲得粒狀珠光體組織。中碳和低碳鋼的冷擠壓成形加工也要求具有粒狀碳化物的原始組織。2. 鐵素體加珠光體的機(jī)械性能 亞共析鋼：F和P相對(duì)量，F(xiàn)晶粒大小、P片層間距、鐵素體化學(xué)成分等。屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)