共析转变在线视频

同学们

这节课我们学习共析转变

共析转变和供晶转变相类似

但是它是从固溶体母相中

以相互协作的方式生长为

结构 成分均和母相不同的

两个新的固相的这样一个过程

在铁碳合金相图中

共析转变使奥氏体冷却到A1

或者Ar1以下发生的相变

奥氏体同时转变为铁素体和渗碳体

我们把铁素体和渗碳体叫做珠光体

珠光体是由铁素体和渗碳体

呈交替分布的片层状的组织

珠光体的转变或者共析转变包含两个过程

碳的扩散和晶体点阵的重构

得到的珠光体组织

我们把片层方向大致相同的区域称为珠光体团

一个奥氏体晶粒内可以形成若干个珠光体团

珠光体团中相邻的两片渗碳体

或者是两片铁素体的中心的距离

我们叫做珠光体的片间距

它的大小主要取决于形成温度

在连续冷却的条件下冷却速度越快

过冷度越大

那么这样一个片间距越小

在较高的温度

也就是A1~650度这样一个温度范围内的时候

形成的珠光体片间距大于400纳米

在较低温度650~600度形成的

珠光体片层间距大概在400~200纳米

我们称为索氏体

在更低的温度600~500度形成的

极细的片状珠光体的片间距

小于200纳米

我们称为屈氏体或者是托氏体

不管是索氏体

屈氏体

还是我们的托氏体

都称为珠光体

接下来我们看一下共析转变的热力学过程

共析转变的驱动力仍然是自由能的差

以共析的碳素钢为例

当奥氏体冷却到 A1的这样一个温度的时候

我们看到奥氏体 铁素体 渗碳体

三个相的自由焓成分曲线有一条公切线

这个时候铁素体和渗碳体

两相的混合物的自由焓和奥氏体的自由焓相等

三相处于一个热力学平衡的状态

当温度进一步降低到T2时

其中的自由焓成分曲线位置发生了变化

在三个相的自由焓成分曲线上

我们可以做出三条公切线

可以看到在A1温度以下

奥氏体转变为铁素体和渗碳体

是自由能最低的状态

在相变过程中

奥氏体也有可能先转变为

铁素体加高浓度的奥氏体

或者是过饱和铁素体作为过渡状态

因为它们的自由焓处在这样一个中间的水平

第三 我们看一下珠光体的形成

珠光体的形核几乎都是晶界形核

它是一个非均匀形核过程

晶界处常常富碳

渗碳体优先形核消耗碳

贫碳区又促进了铁素体的形核

由此构成了珠光体的核心

在一个典型的珠光体团中

铁素体和渗碳体可以看成是

两个相互穿插的单晶体

这两个相和所在的原来的奥氏体晶粒

都没有一定的晶体学取向关系

但是在一个珠光体团中

铁素体和渗碳体之间

总是有一个确定的晶体学取向关系

我们看一下珠光体的长大过程

与铁素体相接的奥氏体碳浓度

我们把他写成Cγα

与渗碳体相接的奥氏体碳浓度

我们写成Cγ渗碳体

分别和图中的C点和D点相对应

奥氏体内部存在着碳浓度梯度

这样使得碳从高碳区向低碳区发生扩散

从而导致铁素体前沿奥氏体的碳浓度降低

渗碳体前沿奥氏体的碳浓度升高

在铁素体前沿的奥氏体将析出铁素体

使其碳浓度增高到平衡浓度Cγα

在渗碳体前沿的奥氏体析出渗碳体

使得碳浓度降低到平衡浓度Cγ渗碳体

扩散的不断进行

使得珠光体不断长大

直至过冷的奥氏体全部转变为珠光体

当合金在共析温度以下长期保温

层片状的组织将转变成球状的组织

其中一个相会发生球化

这样一种球化的驱动力和沉淀相的球化一样

也是我们界面能的减少

我们接下来学习一下共析转变的动力学过程

首先是形核率和长大速度

共析转变的形核率和长大速率

都随着过冷度的增大而先增加后减小

主要原因是随着过冷度的增大

自由焓的差增大

也就是驱动力增大

使得形核率和长大速率增大

但是随着过冷度的进一步增大

原子的扩散能力减弱

使得形核率和长大速度减慢

当扩散因素起主要作用的时候

形核率和长大速率

随着过冷度的增大而减少

所以在曲线上我们可以发现有一个极大值

珠光体的形核率不仅仅和转变温度有关

而且还和在这样一个转变温度上的停留的时间有关

当转变温度一定的时候

珠光体的形核率和转变时间的关系

我们从图中可以发现

随着转变时间的延长

形核率也是逐渐增大的

由于珠光体的转变都在晶界形核

所以当晶界形核点的位置饱和的时候

形核率就会出现降低

等温时间对珠光体的长大速度

没有明显的影响

二 我们讨论一下共析转变的动力学图

从这样一个C曲线上

我们可以发现共析转变它有以下特点

转变开始之前都有一个孕育期

温度一定的时候转变速度

随着时间的延长有一个极大值

随转变温度的降低

珠光体转变的孕育期有一极小值

在这样一个温度下转变的速度最快

合金元素对于珠光体转变

或者共析转变的影响很显著

通过改变C曲线的位置

来影响这样一个转变过程

第四 我们讨论一下

先共析转变和伪共析转变

我们把相图上各条相界

也就是说相区交界线的延长线

这样一条延长线

仍然具有物理意义

比如说这样一个图上

GS的延长线SG'

我们仍然看作是

奥氏体对铁素体的饱和线

ES的延长线SE'

我们仍然可以看作是

奥氏体对渗碳体的过饱和线

对于亚共析钢或者过共析钢

分别降到 Ar3或者Arcm以下温度的时候

会发生先共析相的析出

我们把这样一个过程叫做先共析转变

先共析相一般沿着奥氏体的晶界形核

长大以后呈等轴状

在一定的条件下可以形成针状或者是网状

比如说钢中的魏氏组织的铁素体或者渗碳体

这是不同形态的先共析相的显微组织

那么对于亚共析钢或者过共析钢

从奥氏体状态快速冷却到Ar1温度以下的时候

先共析相来不及析出

奥氏体会直接转变为伪铁素体和渗碳体

我们把这样一个过程叫做伪共析转变

通过这样一个相图

我们可以看到

如果将奥氏体快冷到SE'线和SG'线以下的

这样一个阴影区域的时候

不会发生先共性转变

同时对铁素体欠饱和

和对渗碳体过饱和而直接进行珠光体转变

这样一种非共析成分的奥氏体

不经过先共性转变而直接进行珠光体转变

得到的珠光体

它在显微组织上

也是由片层状的铁素体和渗碳体组成

但是两个相的相对含量以及片层的相对厚度

都不同于共析成分的珠光体

所以我们把这样一种珠光体叫做伪共析体

最后我们来讨论一下珠光体的组织特点和力学性能

根据渗碳体的形状

钢中的珠光体分成两种

一种是片状珠光体

它是由铁素体和渗碳体片层相间排列而成

一种是粒状珠光体

其中渗碳体呈颗粒状

均匀的分布在铁素体的基体上

转变温度越低

珠光体的片层间距越小

硬度越高

我们可以把珠光体看作是

在铁素体基体中含有很多渗碳体片的一种组织

渗碳体它是非常硬

但是脆性也非常大

有比较大的形变抗力

因此渗碳体片的存在会使得强度和硬度增加

这也是一种第二相的强化作用

但是由于渗碳体比较粗大

又呈片层状

所以不但强化作用有限

使得强度和硬度的提高不多

同时会使得

塑性和韧性的降低程度比较明显

渗碳体的强化作用

不仅仅是依靠本身的高硬度

同时还依靠铁素体和渗碳体的相界面

增大了位错的运动阻力

而提高整个强化效果

珠光体片层距越小

相界面的总面积越大

强化的作用越显著

而且渗碳体片越薄

越容易随着铁素体一起变形

而不发生断裂

这就使得细片状的珠光体

不但强度硬度高

而且塑性韧性好

渗碳体的形状对于珠光体的力学性能

也有重要的影响

在相同的硬度下粒状的珠光体

比片状的珠光体的综合力学性能要好得多

先共析相沿原奥氏体晶界呈网状分布

会使得转变产物的力学性能明显降低

特别是在过共析当中

出现脆性高塑性差的网状渗碳体的时候

它的强度 塑性 韧性都有显著的恶化

那么在生产过程中

我们要避免这样一类组织的出现

好

以上就是我们本节课的内容

谢谢大家