珠光体的组织特征分析

共析碳钢加热奥氏体化后缓慢冷却，在稍低于A1温度时奥氏体将分解为铁素体与渗碳体的混合物，称为珠光体，其典型形态呈片状或层状，如图14-1所示。片状珠光体是由一层铁素体与一层渗碳体交替紧密堆叠而成的。在片状珠光体组织中，一对铁素体片和渗碳体片的总厚度称为“珠光体片层间距”，以S0表示（见图14-2（a））。片层方向大致相同的区域称为“珠光体团”或“珠光体晶粒”（见图14-2（b））。在一个奥氏体晶粒内可以形成几个珠光体团。

图14-1　共析碳钢的片状珠光体组织

随着珠光体转变温度下降，片状珠光体的片层间距S0将减小。按照S0的大小，工业上常将奥氏体分为呈片层状交替紧密堆叠的铁素体和渗碳体，其组织分为：片状珠光体，其S0为150～450nm；索氏体，其S0为80～150nm；屈氏体，其S0为30～80nm。虽然片状珠光体、索氏体、屈氏体的组织形态在光学显微镜下观察差别较大，但是，在电子显微镜下观察都具有片层状特征，它们之间的差别只是片层间距不同而已。

图14-2　片状珠光体的片层间距和珠光体团示意图

（a）珠光体片层间距；（b）珠光体团

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图14-3　T12钢珠光体片层间距与过冷度的关系

珠光体的片层间距大小主要取决于珠光体的形成温度。在连续冷却条件下，冷却速度越大，珠光体的形成温度越低，即过冷度越大，则片层间距就越小，如图14-3所示。其原因是：由于形成温度降低，碳原子的扩散能力下降，不易进行较大距离的迁移，因而只能形成片层间距较小的珠光体。但片层间距减小，则使铁素体与渗碳体的相界面积增大，即界面能增加，而这部分增加的能量由增大过冷度所得到的化学自由能差来提供。因此，在一定过冷度下，有一定的片层间距。随着过冷度增大，珠光体片层间距减小。碳钢中珠光体片层间距S0与过冷度ΔT的关系可以用下面经验公式表示：

若过冷奥氏体在连续冷却过程中分解，珠光体是在一个温度范围内形成的，则在高温形成的珠光体较粗，低温形成的珠光体较细。这种珠光体组织的不均匀将导致力学性能的不均匀，从而影响钢的切削加工性能。因此，应采用一定温度的等温处理（等温正火或等温退火）的方法，来获得粗细相近的珠光体组织，以提高钢的切削性能。试验证明，奥氏体晶粒大小对珠光体的片层间距没有明显影晌，但影响珠光体团的大小。随着珠光体片层间距的减小，珠光体中渗碳体片的厚度减薄。而且，当珠光体的片层间距相同时，随着钢中碳含量的降低，渗碳体片也将变薄。

图14-4　T12A钢的粒状珠光体组织

工业用钢中也可见到如图14-4所示的在铁素体基体上分布着粒状渗碳体的组织，称为“粒状珠光体”或“球状珠光体”，一般是经过球化退火处理后获得的。随着钢中的原始组织和退火工艺不同，粒状珠光体的形态也不一样。粒状珠光体中碳化物的大小、形态和分布，常常对最终热处理后的组织和性能产生影响。