钢中常见的金相组织之一【珠光体】

钢中常见的金相组织之一【珠光体】

             共析钢（C:0.77%）加热至奥氏体区后，过冷奥氏体在较小的冷却速度下，将在C曲线的“鼻子”以上区域发生珠光体转变，获得珠光体组织。珠光体转变的典型反应式为：

奥氏体γ(fcc) →[铁素体α(bcc)+渗碳体Fe3C（正交点阵）]…………………………式（1-1）

      珠光体转变属典型的扩散型共析转变。式（1-1）中奥氏体γ也成为母相。共析转变产物（α+Fe3C）称为珠光体。
      亚共析钢（C<0.77wt%）和过共析钢（C>0.77wt%）发生（1-1）式珠光体转变前分别要析出先共析铁素体或先共析渗碳体。一般碳钢和合金钢的退火与正火时发生的转变都为珠光体转变。相当多的钢制件的预备热处理（如退火和正火）均发生珠光体转变，有少量钢制件的最终热处理也发生珠光体转变，如钢琴用的琴弦和一些弹簧钢丝等。

      1、钢中珠光体的组织形态
      珠光体的组织形态可分为两类——片状珠光体和球粒状珠光体。

      （1）片状珠光体
      钢中的珠光体一般为铁素体α和渗碳体Fe3C的机械混合物，最为常见的组织形态为铁素体薄层（片）与碳化物（包括渗碳体）薄层（片）交替重叠组成，即为片状珠光体（见图1-1）。

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图1-1

      根据珠光体片间距的大小，又可分为珠光体、索氏体、托氏体三种（目前索氏体、托氏体这两种称谓已经逐渐被淘汰，可统一称为珠光体）。
      1）片状珠光体：是奥氏体在650℃-700℃高温分解的产物，硬度为200HBW左右，用一般金相显微镜（500倍）可以分辨Fe3C片。
      2）索氏体：是奥氏体在600℃-650℃高温分解的产物，硬度为250HBW左右，用高倍显微镜放大1000倍才能分辨。。
      3）托氏体：是奥氏体在550℃-600℃高温分解的产物，硬度为300HBW左右，具有极细的Fe3C片，用电子显微镜放大10000倍才能分辨。

      （2）球粒状珠光体
      球粒状珠光体的形成也是一个渗碳体和铁素体交替析出的过程。其中，渗碳体的析出是以奥氏体晶粒内未溶碳化物或富碳区的非自发晶核为起始，由于晶核各向成长近似一致，最终成为在铁素体基体上均匀分布着粒状（球状）渗碳体的粒状珠光体（如图1-2），一般认为奥氏体化温度较低有利于形成粒状珠光体。

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图1-2

      球粒状珠光体也可由片状珠光体退火形成。

      2、珠光体的力学性能
      片状珠光体的力学性能，主要取决于珠光体的片间距。片间距越小，相界面愈多，塑性变形的抗力愈大，因而强度与硬度愈高。强度和硬度基本上随片间距的减小而升高。塑性开始也随片间距的减少而升高，但达到一定数量（如0.1μm）以下却略有降低。故索氏体的综合力学性能最好。
      球粒状珠光体的力学性能则取决于渗碳体颗粒的粗细和分布情况。渗碳体颗粒愈细，相界面愈多，塑性变形的抗力愈大，强度及硬度愈高。渗碳体颗粒较大并且分布愈均匀，塑性愈高。当含碳量相同时，球粒状珠光体比片状珠光体相界面少，故其强度、硬度较低，但塑性较高。球粒状珠光体常用作高碳工具钢切削加工前的原始组织，这种组织不仅提高了切削加工性能，而且可减少工件淬火与开裂。此外，球粒状珠光体可为中、低碳钢冷挤压的原始组织。
      如果珠光体组织不均匀（片间距大小或颗粒粗细不等）时，钢件各区域的塑性变形抗力亦不同。在外力作用下，抗力较小的区域将产生较大变形，造成应力集中而提早断裂，使钢件的强度及塑性降低，切削加工性能下降。所以，最好采用等温退火以保证得到均匀的珠光体组织。