热处理原理与工艺 教学课件 作者 候旭明 第二章教案.docVIP

第二章 珠光体转变 共析碳钢加热奥氏体化后，在共析温度以下冷却时，奥氏体可发生三种基本的转变：珠光体转变、贝氏体转变和马氏体转变。这三种转变得到的组织中，马氏体硬度最高，贝氏体次高，珠光体最低。 图2-1是实测的共析钢奥氏体等温冷却转变曲线的示意图（也称等温C曲线），图中三条线分别表示转变开始线、转变终了线和马氏体转变开始温度。奥氏体在A1以下不同温度等温冷却时，将发生以下转变：A1~550℃珠光体转变，550℃~Ms之间为贝氏体转变。在Ms以下则发生马氏体转变。珠光体区又分为粗珠光体P、细珠光体 S (也称索氏体)、极细珠光体T (也称托氏体)；贝氏体区分为上贝氏体B上和下贝氏体B下。如将共析钢工件冷至650℃并等温，当等温时间与珠光体转变开始曲线相交时，奥氏体将开始发生珠光体转变，转变为细珠光体S；此后，随等温时间延长，奥氏体不断减少、S不断增多，当等温至与珠光体转变终了曲线相交时，奥氏体全部转变为S。 图2-1 共析碳钢等温转变曲线示意图 本章主要介绍珠光体组织形态、形成过程、影响因素及力学性能等。 第一节 珠光体组织形态和力学性能 一、珠光体组织形态 当含碳量为0.77%的奥氏体冷却到A1温度以下时,发生共析转变,分解为片状的铁素体和渗碳体交替重叠组成的共析组织(见图2-2)。这种组织经浸蚀后,在光学显微镜下观察,其金相形态酷似珍珠母产生的光学效果,故而得名珠光体。珠光体组织中铁素体和渗碳体的体积比约为7:1，故铁素体片总是比渗碳体厚。 图2-2 共析碳钢片状珠光体 500X 珠光体的金相组织中有许多片层排列位向大致相同的小区域（见图2-3），称为珠光体领域或珠光体团。在一个原奥氏体晶粒内，可形成几个位向不同的珠光体团。相邻两渗碳体（或铁素体）片中心之间的距离S0，称珠光体片层间距（见图2-3a所示）。片层间距S0是影响珠光体力学性能的一个重要参数。实验表明，珠光体团的尺寸随原奥氏体晶粒尺寸减小而减小。 图2-3 珠光体片层间距和珠光体团示意图 a）珠光体片层间距S。 b）珠光体团 通常所说的珠光体组织粗细，是指组织中渗碳体和铁素体片层厚薄程度不同，也就是珠光体片层间距大小的不同。如前已述及的组织中的珠光体、索氏体和托氏体组织，实质上都是渗碳体和铁素体交替重叠组成的片状组织，只是片层间距大小不同而已（见表2-1）。 由表中数据可以看出，转变温度愈低，片间距愈小（即珠光体组织愈细），硬度愈高。较高温度下，形成的珠光体组织，片间距较大，在通常光学显微镜下观察，就能清楚分辨片层组织形态。在较低温度形成的索氏体组织，在显微镜放大至600倍以上，才能分辨其片层组织形态。如果转变温度更低，形成托氏体组织，其片层组织更细小，即使在高倍的光学显微镜下也分辨不出其片层形态，只能看到其总体是一团黑，必须用高倍率的电子显微镜才能分辨出极薄的渗碳体和铁素体片。 在工业用钢中，还可见到另一种形态的珠光体组织，在铁素体上均匀分布着球粒状碳化物，称为粒状珠光体，见图2-4。粒状珠光体一般是经球化退火后获得的组织。球化退火工艺不同，获得渗碳体球粒的尺寸、形状和分布不同。 珠光体的形态除片状和粒状外，还有一些特殊形态如碳化物呈纤维状和针状的珠光体的珠光体。 二、珠光体片间距及与过冷度的关系 珠光体的片间距主要决定于珠光体的形成温度。冷却速度愈大，珠光体形成温度愈低（过冷度愈大），则片间距愈小，也即铁素体和渗碳体片的厚度愈薄。 在连续冷却过程中，珠光体转变是在一个温度范围内进行的。在较高温度形成珠光体比较粗，低温形成的珠光体较细。这种粗细不均匀的珠光体，将引起力学性能的不均匀，对切削加工也有不利影响。为取得粗细相近的珠光体组织，可采用等温热处理的方法，如等温退火等。 三、珠光体的力学性能 珠光体是铁素体和渗透体组成的两相混合物，其力学性能主要决定于两相界面积的大小和渗碳体的形状和分布等。 片状珠光体的强度主要取决于片间距的大小。片层间距愈小、屈服强度σ0.2愈高。根据实验，片间距的影响可表达为下式 σ0.2∝1/S0 式中 σ0.2——屈服强度（Mpa） S0——珠光体片间距（μm） 珠光体片间距减小，表明渗碳体和铁素片变薄，相界面积相应增多，相界面增多，将使铁素体内的滑移过程变得困难，塑性变形抗力升高。。 珠光体的塑性主要受片间距和珠光体团尺寸的影响。珠光团尺寸和珠光体片间距减小，均使断面收缩率增加，尤其在团尺寸和片间距较小时，影响更为明显。 粒状珠光体的力学性能主要决定于渗碳体颗粒大小和分布。渗碳体体积分数相同时，其