加热金属冷时的转变.doc

《加热金属冷时的转变.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、加热金属冷却时的转变第一节珠光体相变一、珠光体及其形成机理1．研究珠光体型相变的意义钢经奥氏体化后，过冷至Ar1以下某一温度范围内等温，或以较慢的冷速连续冷却，均可得到珠光体组织，它是由铁素体和渗碳体组成的机械混合物，是一种稳定的组织，其中，铁素体为体心立方，硬度低而塑性高；渗碳体为复杂斜方，质硬而脆，两者合理的匹配，可得到良好的综合力学性能，是钢中的重要相变。①由于珠光体具有上述特征，故可作为机加工的中间热处理，消除因前一道工序造成的加工硬化，便于下道工序的切削加工；同时，也可用正火作为最终热处理，获得一定形态的

2、珠光体，使结构件具有良好的综合力学性能；用得更为广泛的则是作为淬火的预先热处理，为淬火作好组织上的准备。②对于要求高硬度、高强度的构件，则希望获得马氏体，为避免因工艺不当使组织中出现珠光体相，则必须研究珠光体的形成动力学。2．珠光体的类型片状：片层方向大致相同的珠光体称为珠光体团（或领域），在一个奥氏体晶粒内可以形成3～5个珠光体团。片状珠光体：片状珠光体(P)150～450nm光镜可分辨其F、Fe3C的层状分布索氏体(S)　80～150nm高倍屈氏体(T)　30～80nm光镜下不能分辨形成温度P650～Ar1S6

3、00～650（共析碳钢）T550～600球状珠光体珠光体中的渗碳体呈球状分布，其渗碳体的大小形态及分布，对最终热处理后的性能具有直接的影响，是球化退火验收的重要指标。3．珠光体的片层间距S（一片F与一片Fe3C的层数之和）实验结果表明，S与ΔT成反比，且，这一关系可定性解释如下：珠光体型相变为扩散型相变，是受碳、铁原子的扩散控制的。当珠光体的形成温度下下降时，ΔT增加，扩散变得较为困难，从而层片间距必然减小（以缩短原子的扩散距离），所以S与ΔT成反比关系。在一定的过冷度下，若S过大，为了达到相变对成分的要求，原子所

4、需扩散的距离就要增大，这使转变发生困难；若S过小，则由于相界面面积增大，而使表面能增大，这时ΔGV不变，σS增加，必然使相变驱动力过小，而使相变不易进行。可见，S与ΔT必然存在一定的定量关系，但S与原子A晶粒尺寸无关。奥氏体的晶粒尺寸主要影响珠光体团的大小，A晶粒越小P团越细小。4．珠光体的力学性能对于片状珠光体，由于铁素体的塑性变形受到阻碍，位错的移动限于渗碳片之间的铁素体中进行，增加了变形抗力，使强度得到提高。渗碳体片越薄，塑性变形的能力越强，其硬度越高；而厚的渗碳体易在变形中产生断裂。薄片渗碳体却可以承受部分

5、变形，故强度升高的同时，塑性也有所提高。球状珠光体中的渗碳体为球状，其阻碍铁素体变形的能力大为下降，比起片状珠光体，它具有较低的强度以及较高的塑性。至于珠光体团尺寸的减小，则可由Hall-Petch公式σS=σi+Kd-1/2知，强度将有所提高；同时，晶粒的细小，也使得晶粒位向增多，滑移的有利取向增多，从而塑性亦有所提高。5．珠光体的形成机理珠光体相变是扩散型相变、属形核长大型。（1）相变的热力学条件A（0.77%C）→F(0.0218%C)+Fe3C面心立方体心立方复杂斜方欲实现上述共析转变，需要依靠成分起伏达到

6、各组成相成分的要求，依靠结构起伏达到点阵重建，依靠能量起伏克服形核功（抵消界面能、应变能），后一起伏则依靠二相的化学自由能二差以及点阵缺陷的应变能提供，可见，反应必须在A1稍低温度才能开始。C→αγFe3CG在A1以下温度，γ、α、Fe3C的自由能如图所示。在这一温度A转变为α相及Fe3C相的驱动力均相等，所以开始形核时，α相或Fe3C相，从热力学上讲，均可成为领先相。由于形成领先相的驱动力较小，所以起始相往往与母相保持共格关系：{111}γ//{110}α//{011}Fe3C<110>γ//<111>α//<0

7、10>Fe3C但是从热力学上讲，形成P的驱动力更大，故在A1以下温度，发生共格反应更为有利。（2）片状珠光体的形成机理珠光体在奥氏体中的形核，符合一般的相变规律。即母相奥氏体成分均匀时，往往优先在原奥氏体相界面上形核，而当母相成分不均匀时，则可能在晶粒内的亚晶界或缺陷处形核。前已述及，从热力学上讲，在γ中优先形成α相或Fe3C相都是可能的，所以分析谁是领先相，必须从相变对成分、结构的要求着手，从成分上讲，由于钢的含碳量较低产生低碳区更为有利，即有利于α为领先相，但从结构上讲，在较高温度，特别在高碳钢中，往往出现先共

8、析Fe3C相，或存在未溶Fe3C微粒，故一般认为过共析钢的领先相为Fe3C，而共析钢的领先相为F，共析钢的领先相并不排除F的可能性。珠光体的形核，依靠C原子的扩散，满足相变对成分的要求，而铁原子的自扩散，则完成点阵的改组。而其生长的过程则是一个“互相促发，依次形核，逐渐伸展”的过程，若在奥氏体晶界上形成了一片渗碳体（领先相为片状，主要是由于片状的应变能较低，