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合金中擴散型固態相變之一。二元合金中的高溫固相,在一定的溫度下,分解為在該溫度穩定的兩個新合金相,一個貧第二組元,另一則富第二組元。新合金相可以是兩個固溶體(或純組元),也可以是一個固溶體(或純組元)和一個化合物或兩個化合物。在相圖上母相與兩個新相平衡存在的溫度稱為共析溫度,在共析溫度發生共析分解的高溫相或合金的化學成分稱為共析成分。在多元合金中也存在一個高溫相分解為幾個低溫相的共析分解轉變。

1 共析分解 -共析分解

 

2 共析分解 -正文

   
  共析分解的一個典型實例是碳鋼的奧氏體分解為珠光體(見鐵碳平衡圖)。1863年索比(H. C.Sorby)在光學顯微鏡下觀察到碳鋼經浸蝕后的組織,他分辨出這是碳化物與鐵素體的片層狀組織,並認為是高溫相的分解產物,稱之為珠澤組織。後來豪(H.M.Howe)定名為pearlite(中文譯稱珠光體)。1930年貝茵(E.C.Bain)及達文波特(E.S.Davenport)發表了奧氏體在臨界點A吤以下恆溫分解為珠光體的動力學曲線。隨後梅爾(R.F.Mehl)等對珠光體轉變機製作了系統的研究。
  碳鋼中的珠光體是由互相平行的鐵素體片與滲碳體片相間組成(圖1)。在原來的奧氏體與新相鐵素體、滲碳體之間,以及在鐵素體與滲碳體之間存在著一定的晶體學取向關係。相同取向的一組鐵素體-滲碳體片稱為珠光體領域(pearlite colony)。隨著形成溫度的降低,珠光體領域內鐵素體片與滲碳體片的層間距減小,滲碳體片逐漸變得不平直,有時呈扇骨狀。低於平衡溫度形成的珠光體,其碳含量可以偏離共析成分。
共析分解共析分解
  珠光體轉變是擴散型相變。在轉變過程中,化學成分均勻的奧氏體分解為高碳的滲碳體和低碳的鐵素體時,不僅需要鐵原子點陣的重構,而且需要碳原子的重新分配。這種重新分配是由碳原子的長程擴散來實現的;在合金鋼中還需要合金元素的重新分配和合金元素原子的擴散。所以共析分解的過程受到原子擴散的控制(見金屬中的擴散)
  珠光體轉變過程是以形核和長大的方式進行的。按照梅爾的模型,一個珠光體領域是通過鐵素體片、滲碳體片的側向相間形核和邊向長大方式形成的。新相的晶核往往首先在奧氏體晶界上產生。這個晶核可以是滲碳體,也可以是鐵素體。晶核與母相奧氏體應具有一定的晶體學取向關係。形成的晶核向奧氏體晶粒內長大。梅爾認為晶核是滲碳體,滲碳體核長大使周圍奧氏體中碳濃度降低,降低到一定程度后在滲碳體片側面產生鐵素體核。鐵素體核長大使周圍奧氏體中碳濃度增高,增高到一定程度,在鐵素體片側面又產生滲碳體核。如此便組成滲碳體-鐵素體的片層狀排列。與此同時,這組滲碳體片- 鐵素體片邊向長大,平行地向奧氏體晶粒中推移。這樣就形成了一個珠光體領域。這個過程示意如圖2。無論最初的晶核是滲碳體,還是鐵素體,轉變機制沒有改變。
共析分解共析分解
  在一個珠光體領域的長大過程中,珠光體領域與奧氏體的界面上,可以產生另一取向的滲碳體核(或鐵素體核),於是開始形成另一個珠光體領域。這樣,逐漸形成由多個領域組成的珠光體團(pearlite nodule),其半徑對時間的導數就是長大速度。假定珠光體生核是隨機的,則在珠光體團互相接觸以前(即自由長大),珠光體恆溫轉變數分數f(t)與體積形核率(NV)、長大速度(G)及轉變時間(t)之間的關係可以下式表達:

共析分解

這個表達式當轉變溫度靠近共析溫度,珠光體團接近球形的條件下適用,並可用圖3上的曲線來表示。實驗得出:鉬、鎳等元素降低形核率和長大速度,因而降低珠光體的形成速度;鈷則增高形核率和長大速度,促進珠光體轉變。珠光體的形核率和長大速度又隨轉變溫度的降低先增大而後又因原子擴散困難而降低。因此形成珠光體的速度達到極值后又減小。在達到給定轉變數時,珠光體轉變的溫度、時間曲線呈C字形。
共析分解共析分解
  亞共析鋼中奧氏體分解時,在發生珠光體轉變以前,先析出鐵素體;過共析鋼中則先析出碳化物。相應的轉變曲線見過冷奧氏體轉變圖。珠光體轉變與鋼的淬透性有密切關係。為了在淬火時得到馬氏體,必須在冷卻到馬氏體點以前避免發生先共析鐵素體析出和珠光體轉變(見馬氏體相變)。
  共析分解也在銅、鈦、鋅、鋯及鈾等合金中發生。有的合金中,共析分解時形成的金相組織不是片狀,而呈顆粒狀,甚至形成非珠光體型的組織。
  參考書目
 E.S.Davenport and E.C.Bain,Trans.AIME,90(1930)117.
 R. F. Mehl and W. C. Hagel, Progress in Metal Physics,6(1956)74.
 D. J. Mack, Metals Handbook, 8th ed., Vol.8,metallography, Structures and Phase Diagrams,Metals,Park,Ohio,ASM.1972.

 

3 共析分解 -配圖

 

4 共析分解 -相關連接

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