珠光体转变及形成过程分析

珠光体是由铁素体和渗碳体组成的双相组织。珠光体转变是铁碳合金的一种平衡共析转变，发生在过冷奥氏体转变的高温阶段，转变温度在Ar₁～550℃温度范围，是一种扩散型相变。按照形成珠光体中渗碳体的形态，可以分为片状珠光体或粒状珠光体两种。下面以共析成分为例分析珠光体形成过程。

1.片状珠光体转变

珠光体的形成是通过形核和长大两个基本过程进行的。

当过冷奥氏体离开平衡态时，则在Ar₁温度发生共析分解反应，其共析反应式为：A→P（F+Fe₃C）。珠光体（P）是过冷奥氏体共析分解的产物，由铁素体和渗碳体（F+Fe₃C）两相构成，是一个整体，作为一个共析反应的产物是同时同步生成的，在时间上不是分阶段的。

无论是高碳钢、中碳钢，还是低碳钢，加热获得的奥氏体组织的成分本来就不均匀，存在贫碳区和富碳区。用统计理论进行计算的结果表明，w（C）为0.85%的奥氏体中可能存在大量的比平均碳的质量分数高8倍的微区，相当于渗碳体的碳含量了。过冷奥氏体中形成的贫碳区和富碳区是珠光体共析分解的一个必要条件。

按照刘宗昌教授的观点，珠光体的晶核一般在奥氏体晶界上形成。珠光体晶核由两相组成，即P（F+Pc），其中Pc代表珠光体中的碳化物，不存在领先相的问题。珠光体的晶核可以由一片铁素体片和一片碳化物组成，也可能是几片铁素体和几片碳化物组成（见图1-35）。只要其大于临界晶核尺寸，就可能长大为一个珠光体领域（或称珠光体团）。

珠光体晶核（F+Fe₃C）在奥氏体晶界处形核后，通过其侧向长大和端向长大。铁素体和渗碳体的共析共生，两者互为因果，非线性相互作用，重复进行，迅速沿着晶界展宽，使珠光体晶核长大成为珠光体领域。珠光体转变是依靠铁素体和渗碳体的协同长大进行的。

珠光体中相邻两片渗碳体（或铁素体）中心之间的距离称为珠光体的片间距。随着冷却速度增加，奥氏体转变温度的降低，即过冷度不断增大，转变所形成的珠光体的片间距不断减小。按不同的片层间距，分为珠光体（P）、索氏体（S）、托氏体（T）三种，它们没有本质区别，也没有严格的界限。共析钢的珠光体、索氏体和托氏体的大致形成温度分别是A₁～650℃、650～600℃、600～550℃。(www.xing528.com)

图1-35 珠光体晶核（F+Fe₃C）形成、长大示意图

a）在晶界处出现随机成分涨落 b）形成珠光体晶核（F+Fe₃C） c）、d）晶核长大形成珠光体团

2.粒状珠光体转变

钢加热时的奥氏体化程度是过冷奥氏体是否形成粒状珠光体的先决条件。如果片状珠光体、奥氏体化温度较低（稍高于Ac₁温度），形成成分不均匀的奥氏体，使奥氏体中存在大量未溶解的渗碳体和富碳微区。保温时，未溶渗碳体逐渐球化。

缓冷至A₁以下，在较小的过冷度时，加热时已经形成的颗粒状渗碳体质点将成为非自发晶核，促进渗碳体的析出和长大，周围奥氏体转变为铁素体。同时，奥氏体中的富碳微区也可以成为渗碳体析出的核心，最终得到粒状珠光体组织。

冷却速度太慢或等温温度过高，则渗碳体颗粒较粗大；冷却速度过快或等温温度偏低，则渗碳体颗粒过细，甚至球化不完全。等温时间过长，渗碳体颗粒粗，反之则细。原始组织、化学成分等因素对粒状珠光体的形成也有一定的影响。