铁素体加珠光体的力学性能优化策略

如前所述，亚共析钢经过珠光体转变后得到的转变产物既取决于钢中的碳含量，也取决于奥氏体化温度及冷却速度。在钢的成分一定时，随冷却速度增大，先共析铁素体量减少，珠光体量增多。在完全奥氏体化情况下，随钢中碳含量增高，先共析铁素体量减少，而珠光体量增多，珠光体对钢的强度和韧性的作用增大。

铁素体加珠光体组织的性能取决于铁素体及珠光体的相对量、铁素体晶粒大小、珠光体片层间距以及铁素体化学成分等等。这些因素与强度之间的经验公式如下：

式中，fα为铁素体体积百分数；d为铁素体晶粒平均直径（mm）；S0为珠光体平均片层间距（mm）；）分别表示铁素体和珠光体的量；（Mn）、（N）、（Si）分别表示锰、氮、硅的重量百分含量。上述公式适用于所有具有铁素体加珠光体组织的亚共析钢，直至全部为珠光体的共析钢。式中指数1/3表明屈服强度、抗拉强度随铁素体量和珠光体量的变化是非线性的。

屈服强度主要取决于铁素体晶粒尺寸大小，随珠光体量增加，它对强度的影响减小，而越接近共析成分，珠光体对强度的影响就越大，珠光体片层间距的作用就越明显。当珠光体的片层间距相同时，随珠光体量增加，各种强化机制对屈服强度的贡献如图14-13所示。塑性则随珠光体量的增多而下降，随铁素体晶粒的细化而升高。增加珠光体的体积百分数，将显著地降低最大均匀应变和断裂时的总应变。在中、高碳的铁素体加珠光体的钢中，脆性转折温度Td与各组织因素和成分之间的关系可由下式给出：

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图14-13　不同珠光体含量时各强化机制对屈服强度的贡献

图14-14　碳含量（珠光体含量）对正火钢的韧脆转化温度和冲击功的影响

式中，p为珠光体团尺寸（mm）；t为珠光体中渗碳体片厚度（mm）；Nf为固溶状态氮的重量百分含量；其余参数与式（14-6）和式（14-7）相同。可见，脆性转折温度I随珠光体量增加而升高。细化铁素体晶粒和珠光体团尺寸、降低硅含量和碳含量对韧性是有益的，而固溶强化对韧性是有害的。如图14-14所示，随钢中碳含量增加（珠光体量增加），脆性转折温度升高，韧性状态下的冲击功显著下降。