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1、 第第3 3章章 共析分解共析分解与珠光体与珠光体l早在早在1864年，索拜（年，索拜（Sorby）首先在碳素钢中观）首先在碳素钢中观察到这种转变产物。他建议称为：察到这种转变产物。他建议称为：“珠光的组成珠光的组成物物”，后来，定名为珠光体，后来，定名为珠光体.（Pearlite）。）。l20世纪上半叶对珠光体转变进行了大量的研究工世纪上半叶对珠光体转变进行了大量的研究工作，但在下半叶研究不够活跃。作，但在下半叶研究不够活跃。2020世纪世纪60608080年代，主要在马氏体和贝氏体相年代，主要在马氏体和贝氏体相变等方面集中进行研究，而珠光体转变理论的研变等方面集中进行研究，而珠光体转变理论
2、的研究缺乏迫切性；珠光体钢应用也有限，故研究受究缺乏迫切性；珠光体钢应用也有限，故研究受到冷落。到冷落。20 20世纪世纪8080年代以后，珠光体相变的研究又引起年代以后，珠光体相变的研究又引起人们的兴趣。主要是由于珠光体钢和珠光体组织人们的兴趣。主要是由于珠光体钢和珠光体组织的应用有了新的发展。如重轨钢的在线强化的应用有了新的发展。如重轨钢的在线强化,非调非调质钢的开发等。使共析转变的研究有了新的进展。质钢的开发等。使共析转变的研究有了新的进展。21 21世纪以来内科大刘宗昌等人修正了珠光体的世纪以来内科大刘宗昌等人修正了珠光体的定义和转变机理。定义和转变机理。3.1珠光体的物理本质珠光体的
3、物理本质和组织形貌和组织形貌3.1.1 珠光体的组织形貌l在钢中在钢中,组成珠光体的相有两个组成珠光体的相有两个,即铁素体、即铁素体、渗碳体或特殊碳化物。渗碳体或特殊碳化物。l两相的形态不同两相的形态不同,因而珠光体形貌各异。有因而珠光体形貌各异。有片状、细片状、极细片状的；点状、粒状、片状、细片状、极细片状的；点状、粒状、球状的；以及碳化物形状不规则的类珠光球状的；以及碳化物形状不规则的类珠光体；体；片状珠光体、类珠光体和粒状珠光体的组织形貌。a.片状 珠光体 b.类珠光体 c.粒状珠光体 珠光体组织的典型形貌各类珠光体的电镜照片各类珠光体的电镜照片(TEM)H13钢的珠光体组织(TEM)(
4、a)(a)短棒状；（短棒状；（b b）树林状；（）树林状；（c c）丛针状）丛针状T8钢片状珠光体组织钢片状珠光体组织(SEM)（a a）Cu-AlCu-Al相图，（相图，（b b）Cu-11.8%AlCu-11.8%Al的共析组织的共析组织Cu-11.4%AlCu-11.4%Al合合金的共析组织，金的共析组织，OMOM典型的片状珠光体分类：典型的片状珠光体分类：l依依片片间间距距不不同同，可可以以分分成成珠珠光光体体、索索氏氏体体、托托氏氏体体三三种。种。l在在光光学学显显微微镜镜下下能能够够明明显显分分辨辨出出片片层层的的珠珠光光体体，其其片片间距约为间距约为150nm以上。以上。l片片间
5、间距距为为80150nm时时，称称为为索索氏氏体体，其其片片层层在在光光学学显微镜下难以分辨。显微镜下难以分辨。l片片间间距距为为3080nm的的珠珠光光体体称称为为托托氏氏体体，只只有有在在电电子显微镜下才能观察到其片层结构。子显微镜下才能观察到其片层结构。珠光体的片间距珠光体的片间距 片状珠光体中相邻两片渗碳体片状珠光体中相邻两片渗碳体（或铁素体）中心之间的距离称（或铁素体）中心之间的距离称为珠光体的片间距为珠光体的片间距 。温度是影响片间距大小的一个温度是影响片间距大小的一个主要因素。随着冷却速度增加，主要因素。随着冷却速度增加，奥氏体转变温度的降低，也即过奥氏体转变温度的降低，也即过冷
6、度不断增大，转变所得的珠光冷度不断增大，转变所得的珠光体片间距不断减小体片间距不断减小 。有两点原因：有两点原因：l1 1）转变温度愈低，原子扩散速度愈小；）转变温度愈低，原子扩散速度愈小；D=D D=D0 0expexp（-Q/RT-Q/RT）。l2 2）过冷度愈大，形核率愈高。）过冷度愈大，形核率愈高。临界核胚浓度临界核胚浓度C*C*为：为：l这两个因素与温度的关系都是非线性的。这两个因素与温度的关系都是非线性的。因此因此,珠光体的片间距与温度的关系也应当是非线性的。珠光体的片间距与温度的关系也应当是非线性的。自然界大量存在的相互作用是非线性的，线性作用只不自然界大量存在的相互作用是非线性
7、的，线性作用只不过是非线性作用在一定条件下的近似。过是非线性作用在一定条件下的近似。珠光体片间距与形成温度之间的关系lMarder等人把碳素钢中珠光体的片间距与过冷度的关系处理为线性关系：把片间距与转变温度的数据处理为线性图形珠光体的片间距与转变温度的关系应当是非线性的曲线1（原图）线性关系曲线2（重画的）非线性关系有两点原因：1）转变温度愈低，碳原子扩散速度愈小；2）过冷度愈大，形核率愈高。这两个因素与温度的关系都是非线性的，因此珠光体的片间距与温度的关系也应当是非线性的 3.1.2 珠光体的定义l以往许多教材和书刊称以往许多教材和书刊称“珠光体为铁素体和渗碳体的机械混合物珠光体为铁素体和渗
8、碳体的机械混合物”。l此概念不正确，理由有三：此概念不正确，理由有三：l其其一一，由由铁铁素素体体渗渗碳碳体体构构成成的的组组织织不不完完全全是是珠珠光光体体，如如碳碳素素钢钢中中的的上贝氏体、回火索氏体等也可以由此两相组成。上贝氏体、回火索氏体等也可以由此两相组成。l其其二二，珠珠光光体体不不是是混混合合物物，而而是是由由铁铁素素体体渗渗碳碳体体或或碳碳化化物物有有机机结结合合的整合组织。铁素体及碳化物两相是成比例的，有平衡相对量。的整合组织。铁素体及碳化物两相是成比例的，有平衡相对量。l其其三三，珠珠光光体体中中的的铁铁素素体体和和碳碳化化物物是是从从奥奥氏氏体体中中共共析析共共生生出出来
9、来的的。而而且两相以界面相结合，各相之间具有位向关系且两相以界面相结合，各相之间具有位向关系。珠光体的新定义：l钢中的钢中的珠光体是共析铁素体和共析碳化物构成的珠光体是共析铁素体和共析碳化物构成的整合组织。整合组织。不是不是“机械混合物机械混合物”。l强调铁素体和碳化物的来源是共析分解共析分解而来的。而来的。l是整合是整合,是整体上的有机结合是整体上的有机结合。珠光体转变的定义为：珠光体转变的定义为：l过冷奥氏体在过冷奥氏体在Ar1温度同时析出铁素体和渗碳温度同时析出铁素体和渗碳体或合金碳化物两相构成珠光体组织的扩散型体或合金碳化物两相构成珠光体组织的扩散型一级相变，称为珠光体转变。一级相变，
10、称为珠光体转变。4珠光体表面浮凸珠光体表面浮凸l以往认为珠光体转变不存在表以往认为珠光体转变不存在表面浮凸现象。面浮凸现象。20082008年刘宗昌等年刘宗昌等应用扫描电镜和扫描隧道显微应用扫描电镜和扫描隧道显微镜研究共析钢过冷奥氏体在试镜研究共析钢过冷奥氏体在试样表面转变的情况时，发现表样表面转变的情况时，发现表面珠光体、铁素体等产物存在面珠光体、铁素体等产物存在表面浮凸现象表面浮凸现象7,87,8。珠光体。珠光体表面浮凸的发现具有重要理论表面浮凸的发现具有重要理论价值。价值。图图3-9 STM3-9 STM片状珠光体表面浮凸片状珠光体表面浮凸(a)STM(a)STM浮雕图像，浮雕图像，图图(b)(b)为图为图a a中蓝箭头所指的高度剖面线中蓝箭头所指的高度剖面线浮凸的形成机理浮凸的形成机理珠光体表面浮凸的成因是：当奥氏体转变为珠光体（珠光体表面浮凸的成因是：当奥氏体转变为珠光体（F+Fe3CF+Fe3C）时，渗碳体和铁素体均比奥氏体的比容大，体积膨胀。试样表时，渗碳体和铁素体均比奥氏体的比容大，体积膨胀。试样表面层的奥氏体转变为片状珠光体时，在垂直于表面的方向，膨面层的奥氏体转变为片状珠光体时，在垂直于表面的方向，膨胀的自由度较大，膨胀不均匀，因而产生浮雕，即形成表面浮胀的自由度较大，膨胀不均匀，因而产生浮雕，即形成表面浮凸效应。凸效应。