[工学]2珠光体转变.ppt

热处理原理 ——2.珠光体转变 School of Materials Science and Engineering Inner Mongolia University of Technology 内蒙古工业大学 材料科学与工程学院 Liang ya hong Email: yahliang@yahoo.cn QQ群本章主要内容 珠光体的组织和性质 珠光体转变机理 珠光体转变的动力学 先共析转变 合金钢中其他类型的奥氏体高温分解转变 钢的冷却转变概述 热处理：加热+冷却 冷却可在某一恒定温度进行，也可在连续冷却过程中进行。随冷却条件不同，奥氏体可在A1以下不同温度发生转变，非平衡转变 IT图 1. 孕育期 2. 转变开始线，转变终了线 3. C形状，又称为C曲线 4. “鼻子” §3-1 珠光体的组织和性能 1、珠光体的组织形态 珠光体团和珠光体领域的大小对珠光体的机械性能都没有明显的影响。 2.珠光体的片层间距 珠光体的片层间距：片状珠光体中相邻两片渗碳体（或铁素体）中心之间的距离；或一片铁素体与一片渗碳体的厚度之和。 温度是影响片间距大小的一个主要因素：随着冷却速度增加，奥氏体转变温度的降低，也即过冷度不断增大，转变所得的珠光体片间距不断减小。 珠光体转变的一些重要特点： Honeyeombe.R.W.把片间距与转变温度的关系处理为线性图形如下： 3.片状珠光体分类： 依片间距不同，可以分成珠光体、索氏体、屈氏体(托氏体)三种。 在光学显微镜下能够明显分辨出片层的珠光体，其片间距约为150～450nm。 片间距为80～150nm时，称为索氏体，其片层在光学显微镜下难以分辨。 在更低的温度下形成片间距为30～80nm的珠光体称为屈氏体(托氏体) ，只有在电子显微镜下才能观察到片层结构。 珠光体中，铁素体与渗碳体之间的晶体学取向关系有两种 在退火状态下，相同成分的钢的粒状珠光体比片状珠光体具有较小的相界面积，其硬度、强度较低，塑性、韧性较高。 在相同的强度条件下，粒状珠光体比片状珠光体具有更高的疲劳强度，如共析钢片状珠光体的弯曲疲劳强度（s-1）为235Mpa,而粒状珠光体的弯曲疲劳强度（ s-1 ）则为286Mpa。 原始奥氏体晶粒细小，珠光体团直径变小，有利于提高钢的强度。 珠光体团直径和片间距越小，强度越高。同时塑性也越大。 共析碳素钢的珠光体团直径和片间距对断裂强度的影响 珠光体团直径和片间距对断面收缩率的影响 图为37CrNi3钢的等温转变图，从高温区到低温区，依次发生珠光体、贝氏体、马氏体相变。不同温度范围的转变产物具有不同的硬度。 §3-2 珠光体转变机理 碳素钢中珠光体共析分解的反应式为： 1.珠光体形成的热力学 过冷奥氏体在临界点A1以下，将要发生过冷奥氏体的共析分解。由于分解温度较高，原子能够充分扩散，相变所需的自由能较小，因此，在较小的过冷度下就可以发生转变。 钢中奥氏体共析分解为铁素体和渗碳体，通过实验测得共析钢奥氏体转变为珠光体的热焓，导出各个温度下的奥氏体与珠光体的自由能之差。可见，自由能之差为负值时，过冷奥氏体分解为珠光体是自发的过程。 2．形核及长大 珠光体转变也可分为形核和长大两个阶段。 当钢为共析成分时，珠光体在奥氏体晶界上形核，当钢的成分偏离共析成分时，珠光体在通常位于奥氏体晶界处的先共析相(铁素体或渗碳体)上形核。 珠光体长大的基本方式是沿着片的长轴方向长大，称为纵向长大；与此同时还可以进行横向形核，纵向长大，又称为横向长大。 前提是假定在奥氏体与珠光体的界面处，奥氏体分别与铁索体相渗碳体维持局部平衡。 这样，在与铁素体相接处(A)和与渗碳体相接处(B)，奥氏体的碳含量分别为Cg / a和Cg / Fe3C ，结果造成奥氏体碳含量的不均匀。由于Cg / a ＞Cg / Fe3C，因此产生了由A处向B处的扩散。 同时，由于Cg / a ＞Cg ， Cg ＞ Cg / Fe3C ，所以也会有碳原子离开A处向奥氏体内的扩散和由奥氏体内向B处的扩散。扩散的结果使界面处的平衡遭到破坏，这又促使铁素体和渗碳体分别在A处和B处继续长大，以维持界面处的平衡。这就导致了珠光体的不断长大。 3.珠光体转变的领先相 关于领先相的各种提法： 1、一般认为渗碳体和铁素体均可成为相变的领先相。 2、过共析钢中通常以渗碳体为领先相，在亚共析钢中通常以铁素体为领先相。 3、在共析钢中两相都可以成为领先相。 早期的珠光体形核及长大示意图，以渗碳体为领先相。 珠光体核长大 §3-3 珠光体转变的动力学 1、动力学方程和曲线 珠光体分解是通过形核与长大进行的。转变速度取决于形核率和线长大速度，因此，珠光体的等温形成过程也可以用Johnson-Me