亚共析钢珠光体转变及其影响

亚（过）共析钢的珠光体转变基本上与共析钢的珠光体转变相似，但需要考虑伪共析转变、先共析铁素体析出和先共析渗碳体析出等问题。

1）伪共析转变

图14-8是Fe-Fe3C平衡状态图的左下部分示意图，图中GSE线以上为奥氏体区，GS线以左为先共析铁素体区，ES线以右为先共析渗碳体区。由图可知，亚共析钢自奥氏体区缓慢冷却时，将沿GS线析出先共析铁素体。随着铁素体的析出，奥氏体的碳浓度逐渐向共析成分（S点）接近，最后具有共析成分的奥氏体在A1点以下转变为珠光体。过共析钢的情况与此类似，只不过析出的先共析相为渗碳体。

图14-8　先共析相的析出温度范围

如果将亚共析钢或过共析钢（如合金Ⅰ或Ⅱ）自奥氏体区以较快速度冷却下来，在先共析铁素体或先共析渗碳体来不及析出的情况下，奥氏体被过冷到T1温度以下区域，由于GSG'线和ESE'线分别为铁素体和渗碳体在奥氏体中的溶解度曲线，在此温度以下保温时，将自奥氏体中同时析出铁素体和渗碳体。在这种情况下，过冷奥氏体将全部转变为珠光体型组织，但合金的成分并非是共析成分，并且其中铁素体和渗碳体的相对含量也与共析成分珠光体不同，随奥氏体的碳含量变化而变化。这种转变称为“伪共析转变”，其转变产物称为“伪共析组织”，E'SG'线以下的阴影区域称为“伪共析转变区”。由图可见，过冷奥氏体转变温度越低，其伪共析转变的成分范围就越大。

2）亚（过）共析钢先共析相的析出(www.xing528.com)

先共析相的析出是与碳在奥氏体中的扩散密切相关的。亚共析钢或过共析钢（见图14-8中合金Ⅰ或Ⅱ）奥氏体化后冷却到先共析铁素体区（GSE'线以左区域）或先共析渗碳体区（ESG'线以右区域）时，将有先共析铁素体或先共析渗碳体析出。析出的先共析相的量决定于奥氏体碳含量和析出温度或冷却速度。碳含量越高（或越低），冷却速度越大，析出温度越低，则析出的先共析铁素体（或先共析渗碳体）的量就越少。

在亚共析钢中，当奥氏体晶粒较细小，等温温度较高或冷却速度较慢时，铁原子可以充分扩散，所形成的先共析铁素体一般呈等轴块状，如图14-9（a）所示。当奥氏体晶粒较粗大，冷却速度较快时，先共析铁素体可能沿奥氏体晶界呈网状析出，如图14-9（b）所示。块状和网状铁素体形成时与奥氏体无共格关系。当奥氏体成分均匀、晶粒粗大、冷却速度又比较适中时，先共析铁素体有可能呈片（针）状，沿一定晶面向奥氏体晶内析出，此时铁素体与奥氏体有共格关系，如图14-9（c）、（d）所示。

在过共析钢中，先共析渗碳体的形态可以是粒状、网状或针（片）状。但过共析钢在奥氏体成分均匀、晶粒粗大的情况下，从奥氏体中直接析出粒状渗碳体的可能性很小，一般为网状或针（片）状渗碳体，此时将显著增大钢的脆性。因此，过共析钢的退火加热温度必须在Acm点以下，以避免网状渗碳体的形成。为了消除已经形成的网状或针（片）状渗碳体，应当加热到Acm点以上，使渗碳体全部溶于奥氏体中，然后快速冷却，使先共析渗碳体来不及析出而发生伪共析转变，得到伪共析组织，然后再进行球化退火处理。

图14-9　亚共析钢的先共析铁素体形态示意图

工业上将具有片（针）状铁素体或渗碳体加珠光体的组织称为魏氏组织，前者称为魏氏组织铁素体，后者称为魏氏组织渗碳体。魏氏组织及经常与其伴生的粗大晶粒组织会使钢的力学性能、尤其是塑性和冲击性能显著降低，并使钢的脆性转折温度升高。在这种情况下，必须消除魏氏组织及粗大晶粒组织，常用的方法是采用细化晶粒的正火、退火以及锻造，等等。