3.2珠光体转变机理

珠光体的晶体结构
渗碳体呈短棒状或颗 粒状，其晶体结构为 复杂的正交结构。
渗碳体和铁素体间 以特定的晶体学关系 相间排列，形成层状 结构。
铁素体呈长条状，其 晶体结构为体心立方 结构。
珠光体的特性
珠光体组织具有较高的强度和硬 度，因此钢的强度和硬度主要取 决于珠光体组织的数量和形态。
珠光体的层状结构使其具有良好 的塑性和韧性，有利于钢的切削
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珠光体转变的影响因素
合金元素的影响
合金元素对珠光体转变的影响主要体现在改变奥氏体的稳定性，从而影响珠光体的 形核和长大过程。
例如，一些合金元素（如铬、镍、锰等）能够提高奥氏体的稳定性，使珠光体转变 温度升高，转变孕育期延长。
另外一些合金元素（如钨、钼、钒等）则降低奥氏体的稳定性，使珠光体转变温度 降低，转变速度加快。
石油化工
在石油化工行业中，许多设备和管 道都需要能够承受高温和腐蚀的金 属材料，珠光体转变能够提高金属 材料的耐腐蚀性和强度。
珠光体转变在材料科学研究中的应用
相变动力学
计算材料学
珠光体转变是材料科学中的重要相变 过程，研究珠光体转变的相变动力学 有助于深入了解材料的性能和行为。
利用计算机模拟珠光体转变的过程， 可以预测材料的性能，为新材料的开 发提供指导。
在转变完成后，冷却速率对珠光体的形貌和晶体学取向也有影响。在缓 慢冷却条件下，珠光体容易形成片层较厚、晶体学取向较差的组织。
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珠光体转变的研究进展
新型珠光体转变的研究
新型珠光体转变的发现
近年来，随着材料科学的发展，人们发现了新型珠光体转变，这 种转变具有不同于传统珠光体转变的特点和机理。
新型珠光体转变的特性
合金设计

（2）粒状珠光体的形成过程
②片状P加热到略低于A1
渗碳体片内亚晶界的存 在，会产生一界面张力， 为保持界面张力平衡，在 亚晶界处会出现沟槽。由 于沟槽两侧曲率半径较小， 此处渗碳体将溶解，而使 曲率半径增大，破坏了界 面张力的平衡，为恢复平 衡，沟槽将进一步加深， 直至渗碳体溶断。
片状渗碳体溶断机制
晶核存在，而先共析F没有促进P相变的作用，则F肯定不 是晶核核心。
1.珠光体转变时的领先相
• 合金元素对领先相的影 响
（1合）金N元i、素M均n降提低高AA11点点，其他 （2）几乎所有合金元素皆使
钢的共析碳浓度降低。
转变合温金度元相素同改则变过A冷1点度，就若不 同，从而改变相变驱动力的 大小，并影响珠光体片层间 距。而共析碳浓度的改变导 致先共析铁素体或先共析渗 碳体的析出，并影响珠光体 转变的领先相。
（2）粒状珠光体的形成过程
尖角处（曲率半径小）—高碳浓度 平面处（曲率半径大）—低碳浓度
C原子扩散
破坏平衡
尖角处：Fe3C溶解 平面处：Fe3C析出
曲率半径相近的粒状Fe3C
（2）粒状珠光体的形成过程
然后缓慢冷却至A1点以下时，奥氏体将 转变为珠光体。此时，领先相渗碳体不仅可 以在奥氏体晶界上形核，而且也可以从已存 在的颗粒状渗碳体上长出，但这时已不能长 成片状，最后得到渗碳体呈颗粒状分布的粒 状珠光体。
• P的形核位置：
– 共析钢过冷A发生P转变时，多半在奥氏体晶界 上形核，也可在晶体缺陷比较密集的区域形核
– 当A中碳浓度很不均匀或有较多未溶渗碳体存 在时，P晶核也可在A晶粒内产生
原因： – 这些部位有利于产生能量、成分和结构起伏，
新相晶核易在这些高能量、接近渗碳体碳含量 和类似渗碳体晶体点阵的区域产生

片状晶核表面积大容易接受到碳原子，并且使碳 原子的扩散距离相对缩短，有利于晶核生长。
片状珠光体的形成过程示意图
三.珠光体的长大方式
Mehl和Hull的早期理论： 横向形核和长大+纵向长大 形成渗碳体核→产生贫碳区→形成铁素体
核→产生富碳区→形成渗碳体核...
三.珠光体的长大方式
Hillert理论： 珠光体只是以纵向长大方式进行；横向的展宽，
渗碳体是领先相 2.Hillert理论：
铁素体的取向关系 生长方式 3.公认理论： 亚共析F;共析;过共析
珠光体的形成过程
珠光体转变是由含碳量为0.77％C的奥氏体 分解为碳含量很高(6.69％C)的渗碳体和碳 含量很低<0.02l8％C)的铁素体：
γ(0.77%C) → α(~0.02%C) + Fe3C(6.69%C)
2.渗碳体的球化机理
图3.12片状渗碳体破断球化机理示意图
3. 片状渗碳体的球化过程 a,渗碳体的断裂、碳原子的扩散 b,调质处理
c,塑性形变 d,消除网状碳化物的工艺？
片状渗碳体在Ac1以下球化过程 示意图
End
并不是通过横向重复形核，而是以分岔的方式 进行。
珠光体转变时碳的扩散规律
三.珠光体的长大方式
将局部已经转变为粗 珠光体的钢快速冷却 到更低的温度，使之 转变为较细的珠光体。 可以发现，间距更小 的渗碳体片是由原来 的粗渗碳体片分岔长 出来的。
珠光体中渗碳体片分枝长大情况 （a）金相照 片 800× (b) 示意图
第3章 珠光体转变
第2节 珠光体转变机理
3.2.1 珠光体形成的热力学条件 3.2.2 片状珠光体的形成机制 3.2.3 粒状珠光体形成机制

珠光体相变机理及新进展1.1珠光体转变机理γ→α+β共析相变又称胞状相变(在一个母相晶粒内形成了几个领域或胞,每领域内α相和β相有合作取向,故称胞状相变)。

钢中的珠光体相变(奥氏体γ→铁素体α+渗碳体Fe3C)为典型先例。

α和Fe3C都可以作为形成珠光体的领先相。

根据珠光体内的Fe3C往往和先共析Fe3C相连续,将共析钢中珠光体的领先相定为Fe3C,它在晶界形核后,其周围贫碳,铁素体就会形成,依此就成为层状珠光体,如图1a)~d);这同方向领域同时作边向长大,如图2中的E向;和侧向长大,如图2中的S向,新的α和Fe3C在侧向形核和长大,形成另一领域,如图1e)。

α和Fe3C两相呈层状长大时,其应变能最小(接近于零)。

珠光体层厚度往往表征钢的强度。

珠光体相变热力学推得该厚度取决于冷却时的过冷度,Ni、Mn、Mo增加厚度,而Co减小厚度。

以后发现,珠光体内α和Fe3C与邻近奥氏体晶粒γ1存在一定的位向关系,而向另一晶粒γ2长大,α和Fe3C与γ2无特定位向关系,有利于碳向边向前沿作重新分布,保证快速“合作”长大,如图3;初始珠光体的分叉又导致另一珠光体领域的产生,如图3e),其中OR表示位向关系。

α和Fe3C两相系非共格,但存在三套位向关系,(Pitsch-Petch关系,Bagaryatsky关系和Isaichev关系)。

α和Fe3C(C)由台阶长大,并形成结构台阶,见图4。

不同碳化物和夹杂物对珠光体形核的作用仍在研究中。

晶体学使人们了解珠光体的形核位置,从而控制珠光体的组织形态。

2.珠光体转变研究的新进展1.珠光体的新概念以往,许多文献书刊中称“珠光体为铁素体和渗碳体的机械混合物”。

根据以下三点理由：1、由铁素体+渗碳体构成的组织不完全称为珠光体,如碳素钢中的上贝氏体组织也可以由铁素体和渗碳体两相组成；2、珠光体组织不是混合物,不是混合系统,而是一个整合系统(注:整合( integrating in a systematicway):以系统的整体性为基础和前提的有机结合、有序配合或组织化匹配,称为整合;整合系统不同于混和系统。