不锈钢热处理珠光体转变的热力学条件

共析成分奥氏体过冷至A1点以下,将发生珠光体转变。珠光体转变的驱动力是珠光体与奥氏体的自由能差。由于珠光体转变温度较高,原子能够长距离扩散,珠光体又是在晶界形核,形核所需的驱动力较小,所以在较小的过冷度下即可发生珠光体转变铁碳合金的奥氏体、铁素体和渗碳体三个相在T1、T2温度的自由能成分曲线图。图252(a)为在T1(即A1)温度下三个相的自由能成分曲线有一条公切线,表明铁素体和渗碳体双相组织(即珠光体)的自由能与共析成分的奥氏体的自由能相等,自由能差为零,没有相变驱动力,即在T1温度下共析成分的奥氏体不能转变为铁素体和渗碳体的双相组织(珠光体)。

当温度下降到T2时,奥氏体、铁素体和渗碳体的自由能曲线的相对位置发生了变化,,在三个相的自由能曲线间可以作出三条公切线。这三条公切线分别代表三组混合相的自由能,即d成分的奥氏体与渗碳体,c成分的奥氏体与a成分的铁素体,a成分的铁素体与渗碳体三组混合相。共析成分的奥氏体的自由能在三条公切线之上,所以共析成分的奥氏体有可能分解为d成分的奥氏体与渗碳体、a成分的铁素体与c成分的奥氏体以及a成分的铁素体与渗碳体。由于后者的公切线位置最低,所以由共析成分的奥氏体转变为a成分的铁素体与渗碳体(即珠光体)在热力学上的可能性最大。

当共析成分的奥氏体同时转变为d成分的奥氏体与渗碳体、a成分的铁素体与c成分的奥氏体时,奥氏体的成分是不均匀的,与铁素体接壤处为含碳较高的c成分,与渗碳体接壤处为含碳较低的d成分,。因此,在奥氏体内部将出现碳的浓度梯度,碳将从高碳区往低碳区扩散,使奥氏体的上述转变过程得以继续进行,直至奥氏体消失,全部转变为自由能最低的、成分为a的铁素体与渗碳体组成的两相混合物,即珠光体。