珠光体转变

1、第六章第六章 珠光体转变珠光体转变6.1、珠光体的组织和性能、珠光体的组织和性能6.2、珠光体转变机理、珠光体转变机理6.3、珠光体转变动力学、珠光体转变动力学6.4、珠光体转变影响因素、珠光体转变影响因素6.5、钢中碳化物的相间析出、钢中碳化物的相间析出6.1 6.1 珠光体的组织和性能珠光体的组织和性能 一一. .珠光体的组织形态珠光体的组织形态 层片状、粒状、其他层片状、粒状、其他 共析成分的奥氏体冷却到共析成分的奥氏体冷却到A1以下时，将分解为铁素以下时，将分解为铁素体与渗碳体的混合物，称为珠光体。体与渗碳体的混合物，称为珠光体。珠光体团：珠光体团： 片状珠光体的片层位向大致相同的区域

2、称为珠光体团，片状珠光体的片层位向大致相同的区域称为珠光体团， 在一个奥氏体晶粒内，可有几个珠光体团。在一个奥氏体晶粒内，可有几个珠光体团。6.1 6.1 珠光体的组织和性能珠光体的组织和性能二二. .珠光体的层间距珠光体的层间距 层间距的影响因素层间距的影响因素： 过冷度。过冷度。 T 、 S 。TCSSFFe3C C-常数（常数（8.02103nmK）T过冷度过冷度6.1 6.1 珠光体的组织和性能珠光体的组织和性能二二. .珠光体的层间距珠光体的层间距 SFFe3C150450nm 珠光体珠光体80-150nm 索氏体索氏体30-80nm 屈氏体屈氏体根据珠光体片间距大小分为：根据珠光体

3、片间距大小分为：本质一样本质一样光镜下形貌光镜下形貌电镜下形貌电镜下形貌珠光体珠光体光镜形貌电镜形貌索氏体索氏体光镜形貌电镜形貌屈氏体屈氏体珠光体的存在：珠光体的存在：钢的退火或正火组织中钢的退火或正火组织中0.4C-10Cr钢转变钢转变10min后的组织，图中碳化物为后的组织，图中碳化物为Cr23C6特殊碳化物与特殊碳化物与F组成的珠光体组成的珠光体纤维状碳化物与纤维状碳化物与F的聚合体的聚合体0.2C-4Mo钢在钢在650转变后的组织转变后的组织a）转变）转变20min， b）转变）转变2h 1、片状珠光体、片状珠光体 屈服强度屈服强度: s =139+46.4S-1 抗拉强度抗拉强度:

4、b =436.5+98.1S-1 6.1 6.1 珠光体的组织和性能珠光体的组织和性能三三. .珠光体的力学性能珠光体的力学性能 片间距片间距 ，强度和硬度，强度和硬度 ，同时塑性和韧性有所改善，同时塑性和韧性有所改善2 2、球状珠光体、球状珠光体性能取决于：性能取决于：（1）F晶粒大小（基体）晶粒大小（基体）（2）Fe3C大小、数量，分布。大小、数量，分布。 Fe3C 细小，分布均匀，细小，分布均匀， 则强度、硬度较高，韧性也则强度、硬度较高，韧性也 。 与同成分片状与同成分片状P相比：强度硬度稍低，塑韧性较高相比：强度硬度稍低，塑韧性较高6.2 6.2 珠光体转变机理珠光体转变机理一一.

5、.片状珠光体的转变机理片状珠光体的转变机理 形核长大形核长大因为是两相混合物，因此有一个领先相的问题。因为是两相混合物，因此有一个领先相的问题。1、领先相、领先相 与化学成分有关与化学成分有关 亚共析钢：亚共析钢：F 过共析钢：过共析钢：Fe3C 共析钢：两者均可，一般认为是共析钢：两者均可，一般认为是Fe3CA中存在未溶渗碳体时，促进中存在未溶渗碳体时，促进P转变。转变。2、形成机理（以共析钢为例）、形成机理（以共析钢为例）相转变：相转变： A F + Fe3C成分变化：成分变化： 0.77% 0.021% 6.67%结构变化结构变化: fcc bcc 复杂正交复杂正交形核：形核：在在A晶界

6、和缺陷密集区，形成薄片状晶界和缺陷密集区，形成薄片状Fe3C晶核。晶核。长大：长大：扩散进行扩散进行长大方式：长大方式：纵向长大，沿着珠光体片长轴方向长大；纵向长大，沿着珠光体片长轴方向长大； 横向长大，沿着珠光体片垂直方向长大横向长大，沿着珠光体片垂直方向长大依靠依靠C的扩散的扩散界面过程，界面过程，依靠依靠Fe的自扩散的自扩散 3、片状珠光体长大碳的扩散机制、片状珠光体长大碳的扩散机制 CA/F：A/F界面上界面上A一侧的碳浓度一侧的碳浓度 CA/ Fe3c ：A/Fe3C界面上界面上A一侧的碳浓度一侧的碳浓度 CA：原原A中的碳浓度中的碳浓度 CF/A： F/A界面上界面上F一侧的碳浓度

7、一侧的碳浓度 CF/ Fe3c ：F/Fe3C界面上界面上F一侧的碳浓度一侧的碳浓度 C Fe3c ：Fe3C的碳浓度为的碳浓度为6.69% CA/F Fe3C FA1CACA/ F T C Fe3cFTACA/Fe3cCF/ACF /Fe3cACA/ Fe3CCA/Fe3C，造成碳从造成碳从A/F界面扩散到界面扩散到A/Fe3C界面，这界面，这便破坏了界面平衡，使便破坏了界面平衡，使CA/F ,CA/Fe3C ，进而导致进而导致F长大长大(使使CA/F )，Fe3C长大长大(使使CA/Fe3C )。 （b）由远离）由远离P区扩散区扩散 因为因为CA/FCACA/Fe3C，F前沿的碳将向前沿的

8、碳将向远处扩散，而远处的碳远处扩散，而远处的碳(浓度为浓度为CA)将扩散将扩散至至Fe3C前，使前，使F、Fe3C长大。长大。 （c）铁素体中）铁素体中C的扩散的扩散 如图，因为如图，因为CF/ACF/Fe3C ，这就造成，这就造成F内部的碳的扩散，使内部的碳的扩散，使F前沿碳浓度下降，前沿碳浓度下降，有利于有利于F长大，长大，Fe3C长大。长大。 珠光体转变时，晶体点阵的改组是通过铁原子自珠光体转变时，晶体点阵的改组是通过铁原子自扩散完成的。扩散完成的。 综上所述，珠光体转变时珠光体团的形成是铁综上所述，珠光体转变时珠光体团的形成是铁素体与渗碳体横向沿奥氏体晶界或沿已形成的珠光素体与渗碳体横

9、向沿奥氏体晶界或沿已形成的珠光体团界交替形核、纵向长大的结果。体团界交替形核、纵向长大的结果。 珠光体转变过程珠光体转变过程6.2 6.2 珠光体转变机理珠光体转变机理二二. .粒状珠光体的形成机制粒状珠光体的形成机制 由片状珠光体中渗碳体球化获得由片状珠光体中渗碳体球化获得 片状片状P转为粒状转为粒状P过程：过程： 珠光体珠光体6.2 6.2 珠光体转变机理珠光体转变机理二二. .粒状珠光体的形成机制粒状珠光体的形成机制 片状片状P长时间保温长时间保温略低于略低于A1粒状粒状P球化退火球化退火片状片状P加热加热略高于略高于A1A未溶未溶Fe3C保温保温A粒状粒状Fe3C缓冷缓冷粒状粒状P球化

10、条件：球化条件： 加热时：加热时：A化温度低，保温时间短化温度低，保温时间短 冷却时：冷却时：P化温度高，保温时间长化温度高，保温时间长珠光体球化过程珠光体球化过程 A1CTT1伪共析转变：伪共析转变：快速冷却时，非共析成分的快速冷却时，非共析成分的A A被过冷到被过冷到SEGSEG区后，可以区后，可以不析出先共析相而直接分解不析出先共析相而直接分解为为F FCmCm的混合物，分解机的混合物，分解机制和分解产物与共析转变完制和分解产物与共析转变完全相同，这一转变称为伪共全相同，这一转变称为伪共析转变，转变产物为析转变，转变产物为“伪共伪共析组织析组织”。6.2 6.2 珠光体转变机理珠光体转变

11、机理三三. .亚（过）共析钢的珠光体转变亚（过）共析钢的珠光体转变 GSEEG先共析先共析F F析出：析出：6.2 6.2 珠光体转变机理珠光体转变机理三三. .亚（过）共析钢的珠光体转变亚（过）共析钢的珠光体转变 A A在在SESE与与GS所包围区域内析所包围区域内析出先析出先析F相。相。 A1C%TT1GSEEG伪共析伪共析先析先析F先析先析Fe3C先共析渗碳体析出：先共析渗碳体析出：先共析转变完成后，先共析转变完成后，在在SE SG内内剩余剩余A发生伪共析转变发生伪共析转变T2A A在在SGSG与与ES所包围区域内析所包围区域内析出先析出先析Fe3C。PPPT2T2T2Fe3C+PPF+

12、PT1T1T1转变产物转变产物转变温度转变温度合金合金合金合金合金合金成分成分伪共析转变应用：伪共析转变应用：1）加快冷速，提高）加快冷速，提高P伪量，有助提高低碳钢的强度。伪量，有助提高低碳钢的强度。2）通过快冷抑制过共析钢中网状渗碳体的析出）通过快冷抑制过共析钢中网状渗碳体的析出冷速越快，转变温度越低，冷速越快，转变温度越低，先析相越少，先析相越少，P伪伪越多。越多。亚共析钢先共析亚共析钢先共析F的形态的形态过共析钢先共析过共析钢先共析Fe3C的形态的形态网状网状片状片状等轴状（块状）等轴状（块状）网状网状片状片状A晶粒细小，转变温度较高（或慢冷）晶粒细小，转变温度较高（或慢冷）A晶粒粗大

13、，转变温度较低（或快冷）晶粒粗大，转变温度较低（或快冷）A晶粒粗大，冷速适中晶粒粗大，冷速适中魏氏组织魏氏组织 片（针）状片（针）状F（或（或Fe3C）P 显著降低钢的力学性能，特别是塑韧性，显著降低钢的力学性能，特别是塑韧性， 必须消除必须消除 采用细化晶粒的正火，退火或锻造采用细化晶粒的正火，退火或锻造必须消除必须消除网网状状铁铁素素体体网网状状渗渗碳碳体体片片状状铁铁素素体体片片状状渗渗碳碳体体某低碳钢气焊热影响区过热段出现的粗大针状魏氏铁素体组织某低碳钢气焊热影响区过热段出现的粗大针状魏氏铁素体组织 魏氏渗碳体组织魏氏渗碳体组织6.3 6.3 珠光体转变动力学（等温）珠光体转变动力学（

14、等温）一一. .转变温度对珠光体形核与长大影响转变温度对珠光体形核与长大影响 形核率和长大速度随形核率和长大速度随T ，先，先 后后 。原因：原因：（1） T ，T ，驱动力，驱动力Gv ，有利，有利P形核长大；形核长大；（2） T ， T ，A中浓度梯度中浓度梯度 ，P片间距片间距 ， 有利有利P形核长大；形核长大；（3） T ， T ，原子活动能力，原子活动能力 ，不利形核。，不利形核。 以上三者共同作用，曲线出现极值。以上三者共同作用，曲线出现极值。6.3 6.3 珠光体转变动力学珠光体转变动力学二二. .转变时间对珠光体形核与长大影响转变时间对珠光体形核与长大影响时间时间(S)0 当温

15、度当温度T一定，形核率随一定，形核率随t ，先，先 后后 。 长大速度基本为定值，转变时间没有明显影响长大速度基本为定值，转变时间没有明显影响P转变量转变量1006.3 6.3 珠光体转变动力学珠光体转变动力学 三三. .珠光体转变动力学图珠光体转变动力学图550 0温温度度时间时间(s)(s)800600400200010410310210时间时间(S) 转变量（）转变量（）T195%5%T2T3T4A1727T1T2T3T4T1T2T3T45506502s10s5s2s5s10s30s40s6.3 6.3 珠光体转变动力学珠光体转变动力学 三三. .珠光体转变动力学图珠光体转变动力学图 与

16、共析钢相比，亚（过）共析钢的与共析钢相比，亚（过）共析钢的C曲线上都多出一条曲线上都多出一条先共析相的析出线，由于先析相的析出，降低了过冷先共析相的析出线，由于先析相的析出，降低了过冷A的稳定性，的稳定性，C曲线左移。曲线左移。亚（过）共析钢的亚（过）共析钢的TTT图图亚共析钢亚共析钢过共析钢过共析钢6.4 6.4 珠光体转变影响因素珠光体转变影响因素 一、奥氏体成分与组织一、奥氏体成分与组织 （1）碳含量）碳含量 共析成分的共析成分的C曲线最靠右（共析曲线最靠右（共析A最稳定），最稳定）， 成分偏离共析点，成分偏离共析点，C曲线将左移（先析相的析出，曲线将左移（先析相的析出， 降低过冷降低过

17、冷A的稳定性）。的稳定性）。 成分偏离共析点越多，成分偏离共析点越多，C曲线左移越多。曲线左移越多。 （2）奥氏体晶粒度）奥氏体晶粒度 晶粒细小，可促进晶粒细小，可促进P转变转变（3）奥氏体成分不均匀性）奥氏体成分不均匀性 成分不均匀，有利形核，加速成分不均匀，有利形核，加速P转变转变 （4）合金元素）合金元素 除了除了Co和和Al外，大部分使外，大部分使C曲线右移，降低曲线右移，降低P的转变的转变 二、外界条件二、外界条件 （1）加热温度和保温时间）加热温度和保温时间 加热加热T低，保温低，保温t短，将加速短，将加速P转变转变 （2）应力和变形）应力和变形 拉应力和变形均加速转变拉应力和变形

18、均加速转变6.4 6.4 珠光体转变影响因素珠光体转变影响因素 一、奥氏体成分与组织一、奥氏体成分与组织 6.5 钢中碳化物的相间析出钢中碳化物的相间析出u相间析出：相间析出：含有强含有强C（N）化物形成元素的低中碳合金钢的）化物形成元素的低中碳合金钢的A，在冷却过程中，有可能首先发生在冷却过程中，有可能首先发生C（N）化物的析出，）化物的析出，由于析出发生在由于析出发生在A/F相界面上，所以称为相间析出。相界面上，所以称为相间析出。性能：性能：细晶强化细晶强化 固溶强化固溶强化 弥散强化弥散强化F组织：组织：F基体点列状分布极细小的基体点列状分布极细小的C（N）化物微粒）化物微粒强度高，韧性

19、好，强度高，韧性好，焊接性好焊接性好6.5 钢中碳化物的相间析出钢中碳化物的相间析出相间沉淀机理相间沉淀机理合金碳化物周期的在合金碳化物周期的在A/F界面上形成，核形成后随界面上形成，核形成后随A/F界面的推移而长大。界面的推移而长大。垂直于垂直于A/F界面界面平行于平行于A/F界面界面6.5 钢中碳化物的相间析出钢中碳化物的相间析出相间析出条件相间析出条件相间析出应用相间析出应用析出温度：析出温度：500850特殊的合金元素：（特殊的合金元素：（Mo，V，Nb，Ti等）以形成合金碳化物等）以形成合金碳化物合适的冷却速度：过慢，得到合适的冷却速度：过慢，得到FP 过快，碳化物来不及析出过快，碳化物来不及析出低合金钢的强化低合金钢的强化n 基本概念：过冷奥氏体，基本概念：过冷奥氏体，TTT(IT)图，伪共析转变，图，伪共析转变， 魏氏组织魏氏组织n 珠光体珠光体(