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珠光体

2013-03-01 14:21阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/2734623947

一、定义
共析钢加热至A化后缓慢冷却，在稍低于A1温度时A将分解为铁素体与渗碳体的两相混合物。
二、转变温度
珠光体转变是过冷奥氏体在临界温度Al以下比较高的温度范围内进行的转变，共析钢约在A1~550℃温度之间发生，又称为高温转变。
按渗碳体的形态，珠光体分为片状珠光体和粒（球）状珠光体两种。
珠光体
珠光体

三、组织形态
 珠光体的组织形态特征： 珠光体的典型组织特征是由一层铁素体和一层渗碳体交替平行堆叠而形成的双相组织。
根据片层间距的不同，可将片状珠光体分为三种：
珠光体：S0=450-150nm，形成温度为A1－650℃，普通光学显微镜可以分辨。
索氏体：S0=150-80nm，形成温度为650－600℃，高倍光学显微镜可以分辨。
屈氏体：S0=80-30nm，形成温度为600－550℃，电子显微镜可以分辨。
珠光体

珠光体
珠光体
铁素体基体上分布着粒状渗碳体的组织为粒状珠光体。这种组织一般是通过球化退火或淬火后高温回火得到的。
在珠光体转变过程中，所形成的珠光体中的铁素体与母相奥氏体具有一定的晶体学位向关系。珠光体中，铁素体与渗碳体之间存在一定的晶体学位向关系。
四、转变特点
 1.片状珠光体形成过程
当共析钢由奥氏体转变为珠光体时，是由均匀的奥氏体转变为碳含量很高的渗碳体和含碳量很低的铁素体的机械混合物。因此，珠光体的形成过程，包含着两个同时进行的过程：一个是通过碳的扩散生成高碳的渗碳体和低碳的铁素体；另一个是晶体的点阵重构。由面心立方体的奥氏体转变为体心立方题点阵的铁素体和复杂单斜点阵的渗碳体。
共析钢成分过冷奥氏体发生珠光体转变时，多半在奥氏体晶界上成核，晶界交叉点更有利于珠光体的成核，也可在晶体缺陷比较密集的区域成核。如果以渗碳体作为领先相，当奥氏体冷却至以下时，首先在奥氏体晶界上产生一小片渗碳体晶核，核刚形成时，可能与奥氏体保持共格关系，而成片状。
渗碳体晶核成片状，一方面为渗碳体成长提供C原子的面积大，另一方面形成渗碳体所需要的C原子扩散距离缩短。在原始奥氏体中，各种不同取向的珠光体不断长大，而在奥氏体晶界上和珠光体-奥氏体相界上，又不断产生新晶核，并不断长大，直到长大着的各个珠光体晶粒相碰，奥氏体全部转变为珠光体时，珠光体形成即告结束。
2.粒状珠光体的形成过程
粒状珠光体是通过渗碳体球化获得的。在略高于的温度下保温将使溶解的渗碳体球化，这
是因为第二项颗粒的溶解度与其曲率半径有关，与渗碳体尖角处相接触的奥氏体中的碳含量较高，而与渗碳体平面处相接触的奥氏体的含碳量较低，因此奥氏体中的C原子将从渗碳体的尖角处向平面处扩散。扩散的结果，破坏了相平衡。为了恢复平衡，尖角处将溶解而使曲率半径增大，平面处将长大而使曲率半径减小，一直逐渐成为颗粒状。从而得到在铁素体基体上分布着颗粒状渗碳体组
织。然后自加热温度缓冷至以下时，奥氏体转变为珠光体。转变时，领先相渗碳体不仅可以在奥氏体晶界上成核，而且也可以从已存在的颗粒状渗碳体上长出，最后得到渗碳体呈颗粒状分布的粒状珠光体。这种处理称为“球化退火”。
五、转变热力学
 珠光体转变的动力是体系自由能的下降，其大小取决于转变温度。过冷度越大，转变驱动力越大。
珠光体转变温度较高，铁和原子扩散能力较强，都能扩散较大的距离，珠光体又是在位错等微观缺陷较多的晶界形成，相变需要的自由能较小，所以，在较小的过冷度时就可以发生珠光体转变。
六、转变动力学
 1.珠光体转变有孕育期。随转变温度降低，孕育期减小，某一温度孕育期最短，温度再降低，孕育期又增加。随转变时间增加，转变速度提高，当转变量超过50%时，转变速度又逐渐降低，直至转变完成。
2.温度一定时，转变速度随时间的延长有一极大值。
3.随转变温度的降低，珠光体转变的孕育期有一极小值，在此温度下转变最快。
4.珠光体转变中合金元素的影响很显著
a.对A1点和共析碳浓度的影响
除镍和锰以外的合金元素可以提高A1温度。当珠光体转变温度一定时，相当于提高了过冷度，降低了珠光体片层间距。所有合金元素都使钢的共析碳浓度降低。
b.对珠光体转变动力学的影响
奥氏体中的合金元素使珠光体转变的孕育期增大，转变速度降低。只有合金元素在奥氏体化过程中溶入奥氏体，才能起到提高过冷奥氏体稳定性的作用。
c．对珠光体转变过程的影响
合金元素在奥氏体中扩散速度很慢，降低珠光体的转变速度。合金元素降低了铁原子的结构转变速度，从而降低珠光体转变速度。合金元素降低碳在奥氏体中的扩散速度，从而降低珠光体转变速度。
 七、机械性能
 钢中珠光体的机械性能，主要决定于钢的化学成分和热处理后所获得的组织形态。共析碳素钢在获得单一片状珠光体的情况下，其机械性能与珠光体的片层间距、珠光体团的直径、珠光体中铁素体片的亚晶粒尺寸和原始奥氏体晶粒大小与着密切的关系。
在比较均匀的奥氏体中，片状珠光体主要在晶界成核，因而表征单位体积内晶界面积的奥氏体晶粒大小，对珠光体团直径产生了明显影响。珠光体的片层间距主要是由相变时的能量的变化和碳的扩散决定的。因此与奥氏体晶粒大小关系不大。
珠光体团的直径和片层间距越小，强度越高，塑性也越大。其主要原因是由于铁素体与渗碳体片薄时，相界面增多，在外力作用下，抗塑性变形的能力增大。珠光体团直径减小，标明单位体积内片层排列方向增多，使局部发生大量塑性变形引起应力集中的可能性减少，因而既提高了强度又提高了塑性。
如果钢中的珠光体是在连续冷却过程中形成的，转化产物的片层间距大小不等，则引起抗塑
性变形能力的不同，珠光体片层间距大的区域，抗塑性变形能力小，在外力作用下，往往首先在这些区域产生过量变形，出现应力集中而破裂，使钢的强度和塑性都降低。
在退火状态下，对于相同碳含量的钢，粒状珠光体比片层状珠光体常具有较少的相界面，其硬度、强度较低，塑性较高。
八、片层间距
珠光体层间距离的大小，主要决定于珠光体形成的温度。冷却速度越大，形成温度越低（过热度越大），层间距离越小。
随着珠光体转变温度下降，片状珠光体的片层间距So将减小。S0的大小：主要取决于珠光体形成时的过冷度，即珠光体的形成温度，而与奥氏体晶粒度和均匀性无关。过冷度越大，珠光体的形成温度越低，片间距越小。共析钢珠光体片间距S0与过冷度ΔT之间的关系
如果过冷奥氏体在较高温度部分转变为珠光体，未转变的奥氏体随后在较低温度转变为珠光体，这种情况下，形成的珠光体有粗有细，而且先粗后细。如共析钢高温奥氏体化后，先在700℃等温，再在674℃等温，而后水冷，其显微组织中明显可看到两种层间距离不同的片状珠光体。
随珠光体片层间距的减小，珠光体中渗碳体片的厚度减薄。而且，当珠光体的片层间距相同时，随钢中碳含量的降低，渗碳体片也将变薄。

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