第三章 珠光體轉(zhuǎn)變

1、材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用第三章第三章 珠光體轉(zhuǎn)變珠光體轉(zhuǎn)變材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用退火：退火：將鋼加熱至臨界點Ac1以上或以下溫度，保溫后隨爐緩慢冷卻以獲得近于平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。目的： （1）消除組織缺陷； （2）均勻化學成分及組織，細化晶粒，提高鋼的力學性能，減少殘 余應(yīng)力；

2、（3）降低硬度，提高塑性和韌性，改善切削加工性能。獲得珠光體組織的熱處理工藝獲得珠光體組織的熱處理工藝材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用各種退火加熱溫度范圍材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用正火：正火：將鋼加熱至Ac3或Acm以上適當溫度，保溫后在空氣中冷卻得到珠光體類組織的熱處理工藝。與完全退火不同點：正火冷卻速度較快，轉(zhuǎn)變溫度較低，因此獲得的珠光體組織較細，鋼的強度和硬度也較高。目的： （1）改善鋼的切削加工性能； （2）消除熱加工缺陷組織，均勻組織，細化晶粒，消除內(nèi)應(yīng)力； （3

3、）消除過共析鋼的網(wǎng)狀碳化物，便于球化處理； （4）提高普通結(jié)構(gòu)零件的機械性能。應(yīng)用：一般作為預(yù)備熱處理，也可作大型或形狀復(fù)雜零件的終熱處理。材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用珠光體轉(zhuǎn)變在熱處理（退火與正火）實踐中極為重要： 退火與正火可以作為最終熱處理。退火與正火可以作為最終熱處理。即工件經(jīng)退火或正火后直接交付使用，因此在退火與正火時必須控制珠光體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的形態(tài)，以保證退火與正火后所得到的組織具有所需的強度、塑性和韌性等。 退火與正火也可以作為預(yù)備熱處理。退火與正火也可以作為預(yù)備熱處理。即為最終熱處理最好準備，這就要求退火或正火所得的組織

4、能滿足最終熱處理的需要。 保證不發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變。保證不發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變。為使奧氏體能過冷到低溫，使之轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體或貝氏體，必須要保證奧氏體在冷卻過程中不發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變。 珠光體珠光體轉(zhuǎn)變的過程轉(zhuǎn)變的過程、轉(zhuǎn)變機理轉(zhuǎn)變機理、轉(zhuǎn)變動力學轉(zhuǎn)變動力學、影響因素影響因素、珠光體轉(zhuǎn)變珠光體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物性能產(chǎn)物性能。學習珠光體轉(zhuǎn)變的意義：學習珠光體轉(zhuǎn)變的意義：材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用 珠光體的組織形態(tài)、晶體結(jié)構(gòu)；珠光體的組織形態(tài)、晶體結(jié)構(gòu)； 珠光體的形成過程、形成機制以及形成的熱力學條件；珠光體的形成過程、形成機制以及形成的熱力學條件； 亞（過）共

5、析鋼的珠光體轉(zhuǎn)變、先共析相的析出條件；亞（過）共析鋼的珠光體轉(zhuǎn)變、先共析相的析出條件； 珠光體轉(zhuǎn)變動力學和影響因素；珠光體轉(zhuǎn)變動力學和影響因素； 珠光體的力學性能、影響力學性能的因素；珠光體的力學性能、影響力學性能的因素；本章知識點：本章知識點：材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用 何為珠光體? 珠光體是奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變所形成的鐵素體與滲碳體的共析體。 何為珠光體轉(zhuǎn)變？CFe3共析相變共析相變平衡相變平衡相變擴散型相變擴散型相變材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用3.1 3.1 珠光體

6、的組織特征珠光體的組織特征典型形態(tài)：片狀或?qū)訝?是鐵素體薄層和滲碳體薄層交替重疊的層狀復(fù)相物，也稱片狀珠光體，如圖所示。圖3-1 共析碳鋼的片狀珠光體組織符號：P （Pearlite）含碳量c0.77；材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用珠光體材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用珠光體間距：珠光體間距： 在片狀珠光體組織中，一對鐵素體片和滲碳體片的總厚度稱為在片狀珠光體組織中，一對鐵素體片和滲碳體片

7、的總厚度稱為“珠光體珠光體片層間距片層間距”，以，以S0表示。表示。珠光體團：珠光體團：片層方向大致相同的區(qū)域稱為片層方向大致相同的區(qū)域稱為“珠光體團珠光體團”或或“珠光體晶粒珠光體晶?！?。片狀珠光體示意圖材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用片層間距大小和珠光體團影響因素：片層間距大小和珠光體團影響因素：珠光體的片層間距大小主要取決于珠光體的形成溫度。在連續(xù)冷卻條件下，冷卻速度愈大，珠光體的形成溫度愈低，即過冷度愈大，則片層間距S0就愈小。材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用材料科學與

8、工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用片狀珠光體的分類：片狀珠光體的分類：材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用屈氏體屈氏體材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用珠光體珠光體材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用索氏體索氏體材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用屈氏體屈氏體材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與

9、與 應(yīng)應(yīng) 用用T12A鋼的粒狀珠光體組織鋼的粒狀珠光體組織球狀珠光體的組織特征球狀珠光體的組織特征組成：組成：鐵素體基體鐵素體基體粒狀滲碳體粒狀滲碳體典型形態(tài)典型形態(tài)：球狀或粒狀球狀或粒狀材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用3.2 3.2 珠光體轉(zhuǎn)變機制珠光體轉(zhuǎn)變機制2珠光體轉(zhuǎn)變時的領(lǐng)先相1珠光體的形成過程3亞（過）共析鋼的珠光體轉(zhuǎn)變材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用2珠光體的形成過程（1）片狀珠光體的形成過程相組成： （ + Fe3C ）碳含量： 0.77% 0.02% 6.69%點

10、陣結(jié)構(gòu)：面心立方 體心立方 復(fù)雜斜方材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用l 珠光體的形核珠光體的形核形核部位形核部位條件： 能量、成分和結(jié)構(gòu)起伏奧氏體晶界奧氏體晶界奧氏體晶內(nèi)（溫度較低）奧氏體晶內(nèi)（溫度較低）材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用珠光體轉(zhuǎn)變時的領(lǐng)先相珠光體轉(zhuǎn)變時的領(lǐng)先相: : 過冷度小時滲碳體是領(lǐng)先相，過冷度大時鐵素體是領(lǐng)先相； 在亞共析鋼中鐵素體是領(lǐng)先相，在過共析鋼中滲碳體是領(lǐng)先相； 在共析鋼中兩者為領(lǐng)先相的幾率相同，但一般認為領(lǐng)先相是滲碳體。珠光體鐵素體滲碳體領(lǐng)先相？（

11、相變溫度和奧氏體成分）材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用領(lǐng)先相領(lǐng)先相FeFe3 3C C形狀形狀: :材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用橫向長大橫向長大是滲碳體片與鐵素體片交替堆疊增多。是滲碳體片與鐵素體片交替堆疊增多?？v向長大縱向長大是滲碳體片和鐵素體片同時連續(xù)地向奧是滲碳體片和鐵素體片同時連續(xù)地向奧氏體中延伸；氏體中延伸；片狀珠光體形成過程示意圖片狀珠光體形成過程示意圖材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用GESP溫度碳含量C/

12、cemCC/C/C/cemC%BAC/C/C%CSC%BA Fe3CC%CS Ccem/C/cem珠光體形成時碳的擴散過程珠光體形成時碳的擴散過程：ASFe3CAS B B材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用珠光體轉(zhuǎn)變過程珠光體轉(zhuǎn)變過程材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用（2 2）粒狀珠光體的形成過程）粒狀珠光體的形成過程滲碳體片存在內(nèi)部缺陷，在亞晶界處出現(xiàn)溝槽滲碳體片存在內(nèi)部缺陷，在亞晶界處出現(xiàn)溝槽材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用

13、用片狀滲碳體破斷、球化過程示意片狀滲碳體破斷、球化過程示意圖圖材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用片狀滲碳體破斷、球化過程片狀滲碳體破斷、球化過程材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用獲得粒狀珠光體的途徑：獲得粒狀珠光體的途徑：材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用獲得粒狀珠光體的途徑：獲得粒狀珠光體的途徑：（二）（二） 片狀珠光體的低溫退火片狀珠光

14、體的低溫退火 界面能減小的自發(fā)趨勢（片狀球化和析出相長大）。材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用獲得粒狀珠光體的途徑：獲得粒狀珠光體的途徑：300500 C500650 C材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用獲得粒狀珠光體的途徑：獲得粒狀珠光體的途徑：（四）形變球化：（四）形變球化： 若在稍高于臨界點Ar3施加大應(yīng)變量形變，形變后等溫或緩冷處理，可以直接獲得鐵素體加細小彌散滲碳體的球化組織。材料科學

15、與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用3 亞（過）共析鋼的珠光體轉(zhuǎn)變（1）偽共析轉(zhuǎn)變）偽共析轉(zhuǎn)變亞共析鋼亞共析鋼緩慢冷卻緩慢冷卻時，先共析鐵素體時，先共析鐵素體+珠光體。珠光體。過共析鋼過共析鋼緩慢冷卻緩慢冷卻時，先共析滲碳體時，先共析滲碳體+珠光體。珠光體。 材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用亞（或過）共析鋼亞（或過）共析鋼較快速度冷卻較快速度冷卻時，奧氏體中同時析出鐵時，奧氏體中同時析出鐵素體和滲碳體，即珠光體組織，成分并非共析成分素體和滲碳體，即珠光體組織，成分并非共析成分偽偽共析轉(zhuǎn)變。共

16、析轉(zhuǎn)變。材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用(2) 亞（過）共析鋼先共析相的析出亞（過）共析鋼先共析相的析出先共析相量的影響：先共析相量的影響：先共析相的量的影響因素：碳在奧氏體中的擴散（碳含量，析出溫度，先共析相的量的影響因素：碳在奧氏體中的擴散（碳含量，析出溫度，冷卻速度）。冷卻速度）。碳含量碳含量 ( (或或) )，冷卻速度，冷卻速度 ，析出溫度，析出溫度 ，先共析量，先共析量 。材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用先共析相形貌的影響：先共析相形貌的影響：A，亞共析鋼：，亞共析鋼：

17、當奧氏體晶粒較細小，等溫溫度較高或冷卻速度較當奧氏體晶粒較細小，等溫溫度較高或冷卻速度較慢時慢時，F(xiàn)e原子可以充分擴散，所形成的先共析鐵素原子可以充分擴散，所形成的先共析鐵素體一般呈體一般呈等軸塊狀等軸塊狀。當奧氏體晶粒較粗大，冷卻速度較快時，當奧氏體晶粒較粗大，冷卻速度較快時，先共析先共析鐵素體可能沿奧氏體晶界呈鐵素體可能沿奧氏體晶界呈網(wǎng)狀網(wǎng)狀析出。析出。當奧氏體成分均勻、晶粒粗大、冷卻速度又比較當奧氏體成分均勻、晶粒粗大、冷卻速度又比較適中時適中時，先共析鐵素體有可能呈，先共析鐵素體有可能呈片（針）狀片（針）狀，沿，沿一定晶面向奧氏體晶內(nèi)析出，此時鐵素體與奧氏一定晶面向奧氏體晶內(nèi)析出，此時

18、鐵素體與奧氏體有共格關(guān)系。體有共格關(guān)系。材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用B，過共析鋼：，過共析鋼：先共析滲碳體的形態(tài)可以是先共析滲碳體的形態(tài)可以是粒狀、網(wǎng)狀或針（片）狀粒狀、網(wǎng)狀或針（片）狀。 過共析鋼在過共析鋼在奧氏體成分均勻、晶粒粗大奧氏體成分均勻、晶粒粗大的情況下，滲碳體一般呈的情況下，滲碳體一般呈網(wǎng)狀網(wǎng)狀或針（片）狀或針（片）狀滲碳體，此時將顯著增大鋼的滲碳體，此時將顯著增大鋼的脆性脆性。材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用組織控制：組織控制：工業(yè)上，工業(yè)上，片（針）狀片（針

19、）狀鐵素體或滲碳體鐵素體或滲碳體加加珠光體珠光體的組織稱為的組織稱為魏氏組織魏氏組織。魏氏組織魏氏組織晶粒粗大晶粒粗大機械性能（尤其塑性和沖擊性能）顯著降機械性能（尤其塑性和沖擊性能）顯著降低低鋼的脆性轉(zhuǎn)折溫度升高；鋼的脆性轉(zhuǎn)折溫度升高；魏氏組織魏氏組織采用細化晶粒的采用細化晶粒的正火、退火正火、退火以及以及鍛造鍛造等等。等等。材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用3.3 珠光體轉(zhuǎn)變動力學珠光體轉(zhuǎn)變動力學 1珠光體的形核率珠光體的形核率I和長大速度和長大速度G 2珠光體轉(zhuǎn)變動力學圖珠光體轉(zhuǎn)變動力學圖 3先共折相的長大動力學先共折相的長大動力學

20、 4影響珠光體轉(zhuǎn)變動力學的因素影響珠光體轉(zhuǎn)變動力學的因素材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用1珠光體的形核率珠光體的形核率I和長大速度和長大速度G（1）形核率與轉(zhuǎn)變溫度）形核率與轉(zhuǎn)變溫度T 在均勻形核：在均勻形核：一方面：一方面：隨轉(zhuǎn)變隨轉(zhuǎn)變溫度溫度T降低，降低，過冷度增大，奧氏體與珠光體的自由能差增大，即相變過冷度增大，奧氏體與珠光體的自由能差增大，即相變驅(qū)動力驅(qū)動力Gv增大，使臨界形核功增大，使臨界形核功W減小減小, 使形核率使形核率I增大增大。中

21、間出現(xiàn)最大值；。中間出現(xiàn)最大值；另一方面：另一方面：隨轉(zhuǎn)變隨轉(zhuǎn)變溫度溫度T降低降低，原子擴散能力減弱，因，原子擴散能力減弱，因Q基本不變，使基本不變，使形核率形核率I減小減小。材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用兩者都具有極大值特征，其極大值約在兩者都具有極大值特征，其極大值約在550左右。左右。共析鋼的形核率和晶體長大速度與轉(zhuǎn)變溫度的關(guān)系共析鋼的形核率和晶體長大速度與轉(zhuǎn)變溫度的關(guān)系材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用（2）長大速度）長大速度G與轉(zhuǎn)變溫度與轉(zhuǎn)變溫度T轉(zhuǎn)變溫度較高時珠光體團

22、一般長大成等軸類球形，各個方向上的轉(zhuǎn)變溫度較高時珠光體團一般長大成等軸類球形，各個方向上的長大速度長大速度G基本相等，可由下式表示：基本相等，可由下式表示：S0 為珠光體的片層間距；為珠光體的片層間距；Dc為為C在奧氏體中的擴散系數(shù)；在奧氏體中的擴散系數(shù)；K為常數(shù)。為常數(shù)。由于由于S0反比于過冷度反比于過冷度T，而，而K正比于正比于T，所以式可改寫為，所以式可改寫為T , T , S0 ,C擴散距離擴散距離 ，G ；T , Dc , G ；材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用兩者都具有極大值特征，其極大值約在兩者都具有極大值特征，其極大值約

23、在550左右。左右。共析鋼的形核率和晶體長大速度與轉(zhuǎn)變溫度的關(guān)系共析鋼的形核率和晶體長大速度與轉(zhuǎn)變溫度的關(guān)系材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用（3）形核率）形核率I和長大速度和長大速度G與轉(zhuǎn)變時間的關(guān)系與轉(zhuǎn)變時間的關(guān)系當轉(zhuǎn)變溫度一定時，隨轉(zhuǎn)變當轉(zhuǎn)變溫度一定時，隨轉(zhuǎn)變時間延長時間延長，形核率形核率I逐漸增大逐漸增大。等溫保持時間對珠光體的等溫保持時間對珠光體的長大速度長大速度G則無明顯的影響則無明顯的影響。共析鋼珠光體形核率與轉(zhuǎn)變時間的關(guān)系共析鋼珠光體形核率與轉(zhuǎn)變時間的關(guān)系材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原

24、理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用2珠光體轉(zhuǎn)變動力學圖珠光體轉(zhuǎn)變動力學圖根據(jù)不同溫度下珠光體的形核率和長大速度與時間的關(guān)系，根據(jù)不同溫度下珠光體的形核率和長大速度與時間的關(guān)系，共共析鋼析鋼的珠光體等溫轉(zhuǎn)變動力學曲線如圖中實線所示：的珠光體等溫轉(zhuǎn)變動力學曲線如圖中實線所示：共析鋼的珠光體等溫轉(zhuǎn)變動力學曲線共析鋼的珠光體等溫轉(zhuǎn)變動力學曲線材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用3先共折相的長大動力學先共折相的長大動力學亞共析鋼亞共析鋼（先共析鐵素體在奧氏體晶界上的長大方向有兩個）：先共析鐵素體在奧氏體晶界上的長大方向有兩個）： 一是沿奧氏體晶界長大（長度方向）

25、；一是沿奧氏體晶界長大（長度方向）； 二是向奧氏體晶內(nèi)長大（厚度方向）二是向奧氏體晶內(nèi)長大（厚度方向）：式中，式中，S為鐵素體片的半厚度；為鐵素體片的半厚度；t為鐵素體長大時間；為鐵素體長大時間；為系數(shù)。為系數(shù)。先共析鐵素體先共析鐵素體的轉(zhuǎn)變動力學曲線也呈的轉(zhuǎn)變動力學曲線也呈“C”字形，通常字形，通常位于珠光體位于珠光體轉(zhuǎn)變動力學曲線的左上方轉(zhuǎn)變動力學曲線的左上方。并且隨著鋼中碳含量的增高，先共析。并且隨著鋼中碳含量的增高，先共析鐵素體的析出線移向右下方。鐵素體的析出線移向右下方。對于過共析鋼對于過共析鋼，若奧氏體化溫度在，若奧氏體化溫度在Acm點以上，則在等溫轉(zhuǎn)變過程點以上，則在等溫轉(zhuǎn)變過程

26、中于珠光體轉(zhuǎn)變動力學曲線的中于珠光體轉(zhuǎn)變動力學曲線的左上方有一條先共析滲碳體析出線左上方有一條先共析滲碳體析出線。這條先共析滲碳體析出線，隨鋼中碳含量的增高，逐漸移向左上方。這條先共析滲碳體析出線，隨鋼中碳含量的增高，逐漸移向左上方。材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用4影響珠光體轉(zhuǎn)變動力學的因素影響珠光體轉(zhuǎn)變動力學的因素(1) 加熱溫度和保溫時間加熱溫度和保溫時間(2) 碳含量碳含量(3) 合金元素合金元素(4) 奧氏體晶粒度奧氏體晶粒度(5) 應(yīng)力和塑性變形應(yīng)力和塑性變形材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原

27、 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用（1）加熱溫度和保溫時間的影響）加熱溫度和保溫時間的影響 奧氏體不均勻有利于珠光體的轉(zhuǎn)變。奧氏體不均勻有利于珠光體的轉(zhuǎn)變。（低（低C C區(qū)形成鐵素體，高區(qū)形成鐵素體，高C C區(qū)形成滲碳體，加速區(qū)形成滲碳體，加速C C的擴散，促進的擴散，促進P P形成）形成） 未溶解的滲碳體，可以作為共析相的非均勻成核或領(lǐng)先相。未溶解的滲碳體，可以作為共析相的非均勻成核或領(lǐng)先相。如如奧氏體化奧氏體化溫度提高，保溫時間延長溫度提高，保溫時間延長，導(dǎo)致，導(dǎo)致 (P(P轉(zhuǎn)變速度降低轉(zhuǎn)變速度降低) )：降低加熱溫度，縮短保溫時間，加速珠光體的轉(zhuǎn)變！降低加熱溫度，縮短保溫時間，加速珠光體的轉(zhuǎn)變！材

28、料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用 （2）碳含量的影響）碳含量的影響 對于亞共析鋼，奧氏體中碳含量，析出先共析鐵素體的孕育期 ，析出速度減慢 。珠光體轉(zhuǎn)變的孕育期 ，轉(zhuǎn)變速度減慢 。 對于過共析鋼，在完全奧氏體化情況下，隨著鋼中碳含量 ，先共析滲碳體析出的孕育期 ，析出速度增大 。珠光體轉(zhuǎn)變的孕育期 ，轉(zhuǎn)變速度增大 。 如果不完全奧氏體化（加熱溫度在A1和Acm之間），加熱組織為不均勻奧氏體加殘余碳化物，則具有促進珠光體形核和晶體長大的作用，使珠光體轉(zhuǎn)變時的孕育期 ，轉(zhuǎn)變速度材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原

29、 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用（3）合金元素的影響）合金元素的影響常用合金元素（除Co 外）使鋼的TTT曲線右移；常用合金元素（除Ni、Mn外）使珠光體轉(zhuǎn)變的“鼻尖”溫度移向高溫。影響機制影響機制: 合金元素自擴散的影響合金元素自擴散的影響觀點1：合金元素在轉(zhuǎn)變后期間接影響著珠光體的轉(zhuǎn)變，主要影響了碳在奧氏體中的擴散速度以及相變臨界點引起的。觀點2：轉(zhuǎn)變初期就受合金元素的擴散所控制，合金元素較低的擴散速度降低了珠光體的轉(zhuǎn)變速度。觀點3：當轉(zhuǎn)變溫度較高和合金元素含量較高，轉(zhuǎn)變初期受合金元素的擴散所控制，因此使得珠光體轉(zhuǎn)變速度降低。材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理

30、 與與 應(yīng)應(yīng) 用用 合金元素對碳擴散的影響合金元素對碳擴散的影響 大多數(shù)降低碳的擴散，Co則提高了擴散速度； 合金元素對合金元素對的影響的影響 如 Co則提高了的轉(zhuǎn)變速度； 合金元素對相變臨界點的影響合金元素對相變臨界點的影響 Ni，Mn降低A1，減小過冷度，珠光體轉(zhuǎn)變速度降低；而Co提高了A1，增 大過冷度，珠光體轉(zhuǎn)變速度加快； 合金元素對合金元素對界面移動的拖拽作用界面移動的拖拽作用 Mn和Mo在界面聚集，阻止了界面移動的拖拽作用，從而降低先共析鐵素體的長大速度，降低珠光體的形成速度。材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用（3）奧氏體晶粒

31、度的影響）奧氏體晶粒度的影響 奧氏體奧氏體晶粒細小晶粒細小，單位體積內(nèi)的晶界面積增大，珠光體的，單位體積內(nèi)的晶界面積增大，珠光體的形核部位增多形核部位增多，將促進珠光體的形成。細小的奧氏體晶粒也將促進先共析鐵素體和先共將促進珠光體的形成。細小的奧氏體晶粒也將促進先共析鐵素體和先共析滲碳體的析出。析滲碳體的析出。（4）應(yīng)力和塑性變形的影響）應(yīng)力和塑性變形的影響對奧氏體施加對奧氏體施加拉應(yīng)力或進行塑性變形拉應(yīng)力或進行塑性變形，加速珠光體的轉(zhuǎn)變。加速珠光體的轉(zhuǎn)變。 晶體點陣畸變和位錯密度增高，有利于晶體點陣畸變和位錯密度增高，有利于C和和Fe原子的擴散及晶體點陣重構(gòu)，原子的擴散及晶體點陣重構(gòu)，促進珠

32、光體的形核和晶體長大，加速珠光體的轉(zhuǎn)變。變形溫度越低，珠光體轉(zhuǎn)變促進珠光體的形核和晶體長大，加速珠光體的轉(zhuǎn)變。變形溫度越低，珠光體轉(zhuǎn)變速度就越大。速度就越大。對奧氏體施加對奧氏體施加等向壓應(yīng)力等向壓應(yīng)力，減慢珠光體的形成速度減慢珠光體的形成速度。 原子遷移阻力增大，原子遷移阻力增大，C和和Fe原子的擴散及晶體點陣重構(gòu)困難，將降低珠光體原子的擴散及晶體點陣重構(gòu)困難，將降低珠光體的形成溫度，減慢珠光體的形成速度的形成溫度，減慢珠光體的形成速度。材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用3.4 珠光體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的機械性能珠光體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的機械性能機械性能與

33、成分和熱處理工藝有關(guān)： 不同形態(tài)P，性能不同； 對于片狀P，由層片間距決定； 先共析F和Fe3C含量不同，性能不同。材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用影響因素：影響因素：片層間距片層間距和和珠光體團的直徑珠光體團的直徑* * * 片層間距以及珠光體團直徑減小，珠光體的強度、塑性均提高：片層間距以及珠光體團直徑減小，珠光體的強度、塑性均提高： 片層間距， 層片變薄，相界面，抗塑性變形能力 ； 層片變薄，可通過滑移或彎曲產(chǎn)生塑性變形，塑性變形能力 ； 珠

34、光體團直徑 ， 單位體積片層排列方向 ，局部發(fā)生大量變形引起的應(yīng)力集中可能性 ，強度和塑性 ；連續(xù)冷卻珠光體組織：連續(xù)冷卻珠光體組織： 強度和塑性降低材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用(2) 粒狀珠光體的力學性能粒狀珠光體的力學性能 強度、硬度稍低于片狀強度、硬度稍低于片狀P，塑性較高塑性較高。原因： 粒狀珠光體中鐵素體與滲碳體的相界面較片狀珠光體少，強度和硬度稍低； 滲碳體呈粒狀分散在連續(xù)的鐵素體基體上，對位錯運動的阻礙作用較小， 使塑性提高； 碳化物顆粒越細小，硬度和強度就越高； 碳化物顆粒越接近等軸狀，分布越均勻，韌性越好。粒狀珠光

35、體組織的加工性能：粒狀珠光體組織的加工性能： 切削性好，冷擠壓成形性好，加熱淬火時變形和開裂傾向性小。材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用2鐵素體加珠光體的機械性能鐵素體加珠光體的機械性能機械性能影響因素：機械性能影響因素：珠光體和鐵素體的相對含量，鐵素體晶粒大小，珠珠光體和鐵素體的相對含量，鐵素體晶粒大小，珠光體片層間距，鐵素體化學成分。光體片層間距，鐵素體化學成分。強度和韌性：強度和韌性：珠光體量增加對鋼的強度和韌性的作用增大。珠光體量增加對鋼的強度和韌性的作用增大。l 鋼的成分一定，隨冷卻速度增大，先共析鐵素體量減少，珠光體量增多；l

36、 完全奧氏體化情況下，鋼中碳含量增高，先共析鐵素體量減少，而珠光體量增多； 屈服強度：屈服強度：主要取決于鐵素體晶粒尺寸的大小主要取決于鐵素體晶粒尺寸的大小材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用隨珠光體量增加，隨珠光體量增加，鐵素體鐵素體晶粒尺寸大小對強度的晶粒尺寸大小對強度的影響減小影響減小。越接近越接近共析共析成分，珠光體對強度的影響就越大，珠光體片層間成分，珠光體對強度的影響就越大，珠光體片層間距的作用就愈距的作用就愈明顯明顯。材料科學與工程學院材料科學與工程學院 固固 態(tài)態(tài) 相相 變變 原原 理理 與與 應(yīng)應(yīng) 用用脆性轉(zhuǎn)折溫度脆性轉(zhuǎn)折溫度隨珠光體量增