珠光体 (英语:Pearlite),是钢铁的一种由铁素体渗碳体构成的层状组织。珠光体中通常含有88%的铁素体和12%的渗碳体,整体的含碳量约为0.8%。珠光体组织在钢的显微组织中是最常见的。

生成

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珠光体的生成,是由含碳量约0.8%的奥氏体,在极慢速的冷却中,冷却到摄氏727度时开始产生相变化,而同时析出铁素体和渗碳体,成为珠光体组织,由于是由单相的固体同时析出两种相,因此这种变态反应称为共析反应共析变态,而含碳量0.8%的钢,就称为共析钢。若是含碳量较低的情况,会在较高温时先开始析出铁素体,而使剩余未发生变态的奥氏体含碳量逐渐提高,到了共析点时开始生成珠光体,这种含碳量低于珠光体的钢,就称为亚共析钢。而若含碳量较高,则会先析出渗碳体,使奥氏体的含碳量逐渐降低,到了共析点时开始生成珠光体,这种钢就称为过共析钢

性质原理

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珠光体之所以会形成层状组织,依据R. F. Mehl的理论,发生共析反应时,会有渗碳体的核从奥氏体的晶界生成,以薄片状向奥氏体晶粒内生长,由于渗碳体的含碳量较高,在生成时会从周围的奥氏体吸收碳,因此逐渐生成铁素体,而铁素体只能固溶很少的碳,因此产生将碳向外推挤的效应,使侧面的奥氏体再析出渗碳体的核,而生成渗碳体薄片,如此反复进行,往纵向持续生长,而往横向一层一层地增加,最后就完全取代整个奥氏体晶粒,而成为渗碳体和铁素体一层夹一层的层状组织。而M. Hillert则认为,珠光体的横向生长,是因为在纵向生长中产生分枝,而得到的横向生长效果。目前学界对于珠光体的核仍有所争论,一般认为过共析钢的珠光体核是渗碳体,亚共析钢则是铁素体,不过也有人认为不会形成铁素体的核。

依据冷却速率的不同,珠光体组织的层间距离也会有所不同。当冷却速率较慢,例如放置在炉中冷却时,生成的铁素体和渗碳体组织较粗,因此称为粗珠光体;放置于空气中冷却时,由于冷却速率较炉冷快,生成的珠光体组织较细,称为中等珠光体索氏体(sorbite);而在油中冷却时,冷却速率更快,生成的珠光体组织更细,就称为细珠光体屈氏体;(troostite)。细珠光体的机械性质较粗珠光体好,而中珠光体则介于两者之间。根据Zener的研究,珠光体的最小层间距离为:

 

其中,Te为平衡共析温度,T为变态温度,ΔH为珠光体的生成热,σ为铁素体与渗碳体界面单位面积的界面能,ρ为珠光体的密度。会产生变动的基本上就是变态温度,故由式中可知,变态温度愈低,则珠光体愈细,因此将冷速加快,使其在较低温时生成细珠光体时,获得的机械性质也会比较好。

参考资料

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  1. 黄振贤,《机械材料》修订二版,新文京开发出版股份有限公司,2003年。
  2. 黄振贤,《金属热处理》十八版,新文京开发出版股份有限公司,2000年。