珠光体相变

(d)
(e)
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横向长大
α Fe3C Fe3C
纵向长大
横向长大
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
片状珠光体的形成过程示意图
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珠光体核形貌演化
随珠光体形成温度降低，渗碳体和铁素体片逐渐减 薄缩短，同时两侧连续形成速度及其纵向长大速度 都发生改变，珠光体群的轮廓也逐渐由块状变为扇 形，继而为轮廓不光滑的团絮状，即由片状珠光体 逐渐变为索氏体或屈氏体。 19
大方式而球状化。
39
对组织为片状珠光体的钢进行塑性变形， 将增大珠光体中铁素体和渗碳体的位错密度 和亚晶界数量，有促进渗碳体球状化的作用。
40
（2）片状珠光体的低温退火
如果原始组织为片状珠光体，将其加热到A1 稍
下的较高温度长时间保温，片状珠光体能够自
发地变为颗粒状的珠光体。
这是由于片状珠光体具有较高的表面能，转变
为粒状珠光体后系统的能量（表面能）降低，
是个自发的过程。
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从亚晶界处溶断
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渗碳体片溶断，球化过程示意图
43
粒状珠光体组织
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（3）高温回火获得
粒状珠光体也可以通过马氏体或贝氏体的高温回
火来获得。马氏体和贝氏体在中温区回火得到回 火屈氏体组织，而高温区回火获得回火索氏体组 织。 进一步提高回火温度到A1稍下保温，细小弥散的 碳化物不断聚集粗化，可以得到较大颗粒状的碳 化物。铁素体晶粒不断变成较大的等轴晶粒，最 后成为球状珠光体组织。
Fe
3
C
(a)
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（2）在渗碳体片两侧形成铁素体片：渗碳体横向长 大时，吸收两侧奥氏体中的C而使其碳浓度降低， 当奥氏体的碳含量降低到足以形成铁素体时，就 在渗碳体片两侧形成铁素体片。铁素体横向长大 时，向侧面奥氏体中排出多余的C而使其碳浓度 增高，从而促进在铁素体侧面形成新的渗碳体片。

珠光体型相变
珠光体相变是在C曲线的高温区域发生。珠光体型组织是退火和正火钢的重要组织组成物。
1 珠光体的组织形态和性能
组织形态：片状珠光体、粒状珠光体
片状珠光体：由一片片互相交替排列的渗碳体和铁素体所组成（一层铁素体和一层渗碳体的机械混合物）。
形成条件：先形成均匀的奥氏体（高于Ac1或Accm）而后缓慢冷却在A1以下附近温度形成。
珠光体 渗碳体呈片状（片状珠光体）或（粒状珠光体）分布在铁素体基体上，放大倍数高时，片状珠光体呈层片状
索氏体 细片状珠光体，在光镜下铁素体片与渗碳体片难辨别
屈氏体 极细片状珠光体，在光镜下铁素体片与渗碳体片很难辨别
表1 金相组织与金相特征
组织名称 金相特征（在光学显微镜下观察）
铁素体 呈明亮的多边形晶粒
奥氏体 呈多边形晶粒，晶界较铁素体平直，晶粒内常出现孪晶
渗碳体 在钢中和其它相共存时，呈片状、粒状、网状或板状。
硝酸酒精→白亮色；苦味酸钠→黑色
奥氏体晶粒较细，含碳量较低，冷却速度较快时，先共析铁素体呈等轴块状。
奥氏体晶粒较大，含碳量较高，冷却速度较慢时，先共析铁素体沿奥氏体晶界呈网状析出。
奥氏体晶粒粗大，冷速适中时，先共析铁素体沿晶面析出，呈片状或针状。在晶粒内部生存具有一定位向的针状铁素体或渗碳体称魏氏组织。
珠光体相变的几种组织的金相特征见表1所示。
片间距的不同，分片状珠光体；细片状珠光体（又称索氏体）；极细片状珠光体（又称屈氏体）。
粒状珠光体：是在铁素体基体上分布着细小颗粒状的渗碳体的球化组织。
珠光体的机械性能与层间距离、团的直径有关，团的直径或层间距离越小，强度高；片间距越小，同时塑性也增大，达到一定数值（0.1μm）以下塑性有所下降。故索氏体综合机械性能好。

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。

2、珠光体的形成机理 （1）形核
γ(0.77%C) → α(~0.02%C) + cem(6.67%C) (面心立方) （体心立方） （复杂单斜）
条件：同样需要满足系统内的“结构起伏、成分起伏和 能量起伏”。 部位：晶核多半产生在奥氏体的晶界上（晶界的交叉点 更有利于珠光体晶核形成），或其它晶体缺陷（如位错） 比较密集的区域。
c)表示由晶界长出的渗碳体片，伸向 晶粒内后形成了一个珠光体团。
其中a)和b)为离异共析组织。
3.2.3 粒状珠光体形成机制
1) 粒状珠光体的形成 特定条件是：奥氏体化温度 低，保温时间较短，即加热 转变未充分进行，此时奥氏 体中有许多未溶解的残留碳 化物或许多微小的高浓度C的 富集区，
其次是转变为珠光体的等温 温度要高，等温时间要足够 长，或冷却速度极慢，这样 可能使渗碳体成为颗粒（球） 状，即获得粒状珠光体。
对奥氏体施加等向压应力，有降低珠光体形成温度、 共析点移向低碳和减慢珠光体形成速度的作用。这与 等向压应力下原子迁移阻力增大，C、Fe原子扩散、晶 体点阵改组困难有关。
3、特殊形态的P
当钢中含有一定数量 的合金，形成碳化物 时形态多样。
片状--粒状--针状—纤 维状
3.1.2珠光体的晶体结构
1、位向关系
通常珠光体均在奥氏体晶界上形核， 然后向一侧的奥氏体晶粒内长大成 珠光体团，珠光体团中的铁素体及 渗碳体与被长入的奥氏体晶粒之间 不存在位向关系，形成可动的非共 格界面，但与另一侧的不易长入的 奥氏体晶粒之间则形成不易动的共 格界面，并保持一定的晶体学位向 关系。在一个珠光体团中的铁素体 与渗碳体之间存在着一定的晶体学 位向关系，这样形成的相界面，具 有较低的界面能，同时这种界面可 有较高的扩散速度，以利于珠光体 团的长大。