第四章貝氏體轉(zhuǎn)變

1、1第第 四四 章章貝氏體轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)變21. 1. 熱處理的定義熱處理的定義: :熱處理是將材料通過特定的加熱和冷卻方法熱處理是將材料通過特定的加熱和冷卻方法獲得所需的組織和性能的工藝過程。獲得所需的組織和性能的工藝過程。時(shí)間溫度溫度臨界溫度臨界溫度 熱熱加加保溫保溫冷冷 卻卻奧氏體化奧氏體化珠光體轉(zhuǎn)變珠光體轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)變馬氏體化馬氏體化3l在珠光體轉(zhuǎn)變與馬氏體轉(zhuǎn)變溫度范圍之間，過冷奧在珠光體轉(zhuǎn)變與馬氏體轉(zhuǎn)變溫度范圍之間，過冷奧氏體將按另一種轉(zhuǎn)變機(jī)制轉(zhuǎn)變。由于這一轉(zhuǎn)變在中間氏體將按另一種轉(zhuǎn)變機(jī)制轉(zhuǎn)變。由于這一轉(zhuǎn)變在中間溫度范圍內(nèi)發(fā)生，故被稱為溫度范圍內(nèi)發(fā)生，故被稱為中溫轉(zhuǎn)變中溫轉(zhuǎn)變。

2、l在此溫度范圍內(nèi)，鐵原子已難以擴(kuò)散，而碳原子還在此溫度范圍內(nèi)，鐵原子已難以擴(kuò)散，而碳原子還能進(jìn)行擴(kuò)散，這就決定了這一轉(zhuǎn)變既不同于鐵原子也能進(jìn)行擴(kuò)散，這就決定了這一轉(zhuǎn)變既不同于鐵原子也能擴(kuò)散的珠光體轉(zhuǎn)變以及碳原子也基本上不能擴(kuò)散的能擴(kuò)散的珠光體轉(zhuǎn)變以及碳原子也基本上不能擴(kuò)散的馬氏體轉(zhuǎn)變。馬氏體轉(zhuǎn)變。l為紀(jì)念美國著名冶金學(xué)家為紀(jì)念美國著名冶金學(xué)家Bain，此轉(zhuǎn)變被命名為貝，此轉(zhuǎn)變被命名為貝氏體轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變所得產(chǎn)物則被稱為貝氏體。氏體轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變所得產(chǎn)物則被稱為貝氏體。 英文名稱英文名稱Bainite，用，用B表示表示4（一）上貝氏體（一）上貝氏體1 1、形成溫度范圍、形成溫度范圍 在在B轉(zhuǎn)變區(qū)的較高溫

3、度范圍內(nèi)形成，對于中、高碳鋼轉(zhuǎn)變區(qū)的較高溫度范圍內(nèi)形成，對于中、高碳鋼約在約在350550范圍內(nèi)形成，所以上貝氏體也稱范圍內(nèi)形成，所以上貝氏體也稱高溫貝氏高溫貝氏體。體。2 2、組織形態(tài)、組織形態(tài) 上貝氏體是一種兩相組織，是由板條鐵素體和滲碳體上貝氏體是一種兩相組織，是由板條鐵素體和滲碳體組成的，成束的大致平行的鐵素體板條自組成的，成束的大致平行的鐵素體板條自A晶粒晶界的一晶粒晶界的一側(cè)或兩側(cè)向側(cè)或兩側(cè)向A晶粒內(nèi)部長大，滲碳體（有時(shí)還有殘余晶粒內(nèi)部長大，滲碳體（有時(shí)還有殘余A）分布于分布于相板條之間，整體看呈羽毛狀。相板條之間，整體看呈羽毛狀。一、貝氏體的組織形態(tài)一、貝氏體的組織形態(tài)563 3

4、、影響組織形態(tài)的因素、影響組織形態(tài)的因素l C%C%：隨鋼中碳含量的增加，上貝氏體中的隨鋼中碳含量的增加，上貝氏體中的相板條更多、更薄，滲碳體的形態(tài)由粒狀、鏈球相板條更多、更薄，滲碳體的形態(tài)由粒狀、鏈球狀而成為短桿狀，滲碳體數(shù)量增多，不但分布于狀而成為短桿狀，滲碳體數(shù)量增多，不但分布于相之間，而且可能分布于各相之間，而且可能分布于各相內(nèi)部。相內(nèi)部。l 形成溫度：形成溫度：隨形成溫度的降低，隨形成溫度的降低， 相變薄，滲相變薄，滲碳體更小，且更密集。碳體更小，且更密集。7（二）下貝氏體（二）下貝氏體1 1、形成溫度范圍、形成溫度范圍 一般在一般在350 Ms之間的低溫區(qū)。之間的低溫區(qū)。2 2、組

5、織形態(tài)、組織形態(tài)l 也是一種兩相組織，由鐵素體與碳化物組成。鐵素也是一種兩相組織，由鐵素體與碳化物組成。鐵素體的立體形態(tài)呈片狀（或透鏡片狀），在光學(xué)顯微鏡體的立體形態(tài)呈片狀（或透鏡片狀），在光學(xué)顯微鏡下呈針狀，與片狀下呈針狀，與片狀M相似。相似。l形核部位大多在形核部位大多在A晶界上，也有相當(dāng)數(shù)量位于晶界上，也有相當(dāng)數(shù)量位于A晶內(nèi)，晶內(nèi)，碳化物為滲碳體或碳化物為滲碳體或-碳化物，碳化物呈細(xì)片狀或顆粒碳化物，碳化物呈細(xì)片狀或顆粒狀，排列成行，約以狀，排列成行，約以5560角度與下貝氏體的長軸角度與下貝氏體的長軸相交，并且僅分布在相交，并且僅分布在F片內(nèi)部。片內(nèi)部。l鋼的化學(xué)成份、鋼的化學(xué)成份、A

6、晶粒度和均勻化程度對下貝氏體的晶粒度和均勻化程度對下貝氏體的組織形態(tài)影響較小。組織形態(tài)影響較小。893 3、晶體學(xué)特征及亞結(jié)、晶體學(xué)特征及亞結(jié)構(gòu)構(gòu)l 下貝氏體中下貝氏體中相與相與A之之間的位向關(guān)系為間的位向關(guān)系為KS關(guān)關(guān)系 ， 慣 習(xí) 面 不 確 定 ，系 ， 慣 習(xí) 面 不 確 定 ，110、254及及569。l亞結(jié)構(gòu)為位錯無孿晶，亞結(jié)構(gòu)為位錯無孿晶， 相中碳的含量是過飽和相中碳的含量是過飽和的，隨轉(zhuǎn)變溫度降低，的，隨轉(zhuǎn)變溫度降低，過飽和程度增大。過飽和程度增大。10（三）、無碳化物貝氏體（三）、無碳化物貝氏體1 1、形成溫度范圍、形成溫度范圍 在在B轉(zhuǎn)變的最高溫度范圍內(nèi)形成轉(zhuǎn)變的最高溫度范

7、圍內(nèi)形成。2 2、組織形態(tài)、組織形態(tài) l是一種單相組織，由大致平行的是一種單相組織，由大致平行的F板條組成，板條組成，F(xiàn)板條自板條自A晶界晶界形成，成束地向一側(cè)晶粒內(nèi)長大，在形成，成束地向一側(cè)晶粒內(nèi)長大，在F板條之間為富碳的板條之間為富碳的A。F板條較寬、間距較大，隨轉(zhuǎn)變溫度下降，板條較寬、間距較大，隨轉(zhuǎn)變溫度下降，F(xiàn)板條變窄、間距縮板條變窄、間距縮小。小。l富碳的富碳的A在隨后的冷卻過程中可能轉(zhuǎn)變?yōu)樵陔S后的冷卻過程中可能轉(zhuǎn)變?yōu)镻、B、M或保持不或保持不變。所以說無碳化物貝氏體不能單獨(dú)存在。變。所以說無碳化物貝氏體不能單獨(dú)存在。3 3、晶體學(xué)特征及亞結(jié)構(gòu)、晶體學(xué)特征及亞結(jié)構(gòu) 慣習(xí)面為慣習(xí)面為1

8、11，位向關(guān)系為，位向關(guān)系為KS關(guān)系；關(guān)系；F內(nèi)有一定數(shù)量的內(nèi)有一定數(shù)量的位錯。位錯。1112（四）粒狀貝氏體（四）粒狀貝氏體 是是1957年由年由Habraken首先確定的。主要是在低碳和首先確定的。主要是在低碳和中碳合金鋼中以一定的速度連續(xù)冷卻后獲得的，如正火、中碳合金鋼中以一定的速度連續(xù)冷卻后獲得的，如正火、熱軋后的空冷、焊縫的熱影響區(qū)中等。后來的研究，發(fā)熱軋后的空冷、焊縫的熱影響區(qū)中等。后來的研究，發(fā)現(xiàn)等溫也可以形成，形成溫度稍高于上貝氏體的形成溫現(xiàn)等溫也可以形成，形成溫度稍高于上貝氏體的形成溫度。度。 其組織是由其組織是由F和富碳的和富碳的A組成。組成。F呈塊狀（由呈塊狀（由F針片針

9、片組成），而富碳的組成），而富碳的A呈條狀在呈條狀在F基體上呈不連續(xù)分布?；w上呈不連續(xù)分布。F的的C%很低，接近平衡狀態(tài)，而很低，接近平衡狀態(tài)，而A的的C%確很高。確很高。 富碳的富碳的A由于冷卻條件和其穩(wěn)定性的不同，在隨后的冷卻過程中，由于冷卻條件和其穩(wěn)定性的不同，在隨后的冷卻過程中，可能發(fā)生以下三種不同的轉(zhuǎn)變情況：可能發(fā)生以下三種不同的轉(zhuǎn)變情況：1 1、部分或全部分解為、部分或全部分解為F F和碳化物；和碳化物；2 2、可能部分轉(zhuǎn)變?yōu)椤⒖赡懿糠洲D(zhuǎn)變?yōu)镸M，C%C%很高，屬于孿晶片狀很高，屬于孿晶片狀MM，MM和殘余和殘余A A統(tǒng)稱為統(tǒng)稱為“MAMA”組成物或組成物或“MAMA”組織；組織

10、；3 3、可能全部保留下來。、可能全部保留下來。131415（五）反常貝氏體（五）反常貝氏體 在過共析鋼中可在過共析鋼中可以見到，形成溫度以見到，形成溫度在在350 稍上，稍上，F(xiàn)夾夾在兩片在兩片Cem中間的中間的組織形態(tài)。組織形態(tài)。16（六）柱狀貝氏體（六）柱狀貝氏體 一般在高碳碳素鋼或高碳中合金鋼中當(dāng)溫度處于下一般在高碳碳素鋼或高碳中合金鋼中當(dāng)溫度處于下貝氏體形成溫度范圍時(shí)出現(xiàn)，貝氏體形成溫度范圍時(shí)出現(xiàn)，F(xiàn)呈放射狀，碳化物分布呈放射狀，碳化物分布在在F內(nèi)部，形成時(shí)不產(chǎn)生表面浮凸。內(nèi)部，形成時(shí)不產(chǎn)生表面浮凸。17（七）（七）B B、B B、B B 日本的大森在研究低碳低合金高強(qiáng)時(shí)發(fā)現(xiàn)，在某些

11、日本的大森在研究低碳低合金高強(qiáng)時(shí)發(fā)現(xiàn)，在某些鋼中的貝氏體可以明顯地分為三類，分別把這三類鋼中的貝氏體可以明顯地分為三類，分別把這三類B稱為第一類、第二類和第三類貝氏體，并用稱為第一類、第二類和第三類貝氏體，并用B、B、B分別表示。分別表示。B B約在約在600500600500之間形成，無碳化物析出；之間形成，無碳化物析出；B B約在約在500450500450之間形成，碳化物在之間形成，碳化物在F F之間析出；之間析出；B B約在約在450Ms450Ms之間形成，碳化物分布在之間形成，碳化物分布在F F內(nèi)部。內(nèi)部。18B1.aviB2.aviB3.avi動畫動畫動畫動畫動畫動畫19二、貝氏體

12、轉(zhuǎn)變動力學(xué)二、貝氏體轉(zhuǎn)變動力學(xué)（一）貝氏體等溫轉(zhuǎn)變動力學(xué)（一）貝氏體等溫轉(zhuǎn)變動力學(xué)1 1、貝氏體轉(zhuǎn)變動力學(xué)的特點(diǎn)、貝氏體轉(zhuǎn)變動力學(xué)的特點(diǎn)（1）貝氏體轉(zhuǎn)變速度比馬氏體轉(zhuǎn)變速度慢很多）貝氏體轉(zhuǎn)變速度比馬氏體轉(zhuǎn)變速度慢很多 原原 因：因：一般認(rèn)為一般認(rèn)為B長大速度受碳原子從長大速度受碳原子從F中脫溶速度控制。中脫溶速度控制。（2）貝氏體轉(zhuǎn)變的不完全性）貝氏體轉(zhuǎn)變的不完全性 一般一般B轉(zhuǎn)變量隨溫度降低最大轉(zhuǎn)變量增加。通常有兩種情況：轉(zhuǎn)變量隨溫度降低最大轉(zhuǎn)變量增加。通常有兩種情況：l溫度低于某一溫度，溫度低于某一溫度，A可全部轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇哭D(zhuǎn)變?yōu)锽；l等溫溫度很低時(shí)也不能完全轉(zhuǎn)變。等溫溫度很低時(shí)也不能完全

13、轉(zhuǎn)變。（3）可能與珠光體和馬氏體轉(zhuǎn)變重疊）可能與珠光體和馬氏體轉(zhuǎn)變重疊1）與珠光體轉(zhuǎn)變重疊：）與珠光體轉(zhuǎn)變重疊：P轉(zhuǎn)變在先，轉(zhuǎn)變在先，B轉(zhuǎn)變在后；轉(zhuǎn)變在后；2）與馬氏體轉(zhuǎn)變重疊：當(dāng)）與馬氏體轉(zhuǎn)變重疊：當(dāng)Ms較高時(shí)，在較高時(shí)，在Ms以下可先形成一定數(shù)以下可先形成一定數(shù)量的量的M，而后發(fā)生，而后發(fā)生B轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變。202 2、貝氏體等溫形成、貝氏體等溫形成 圖圖 與與P轉(zhuǎn)變相同，轉(zhuǎn)變相同，B的等溫動力學(xué)曲線也具有的等溫動力學(xué)曲線也具有C形，形，但但B等溫轉(zhuǎn)變不能進(jìn)行到底。等溫轉(zhuǎn)變不能進(jìn)行到底。 等溫溫度愈高，愈接近等溫溫度愈高，愈接近BsBs點(diǎn)，等溫轉(zhuǎn)變量愈少。點(diǎn)，等溫轉(zhuǎn)變量愈少。21 B轉(zhuǎn)變的等溫

14、形轉(zhuǎn)變的等溫形成圖也具有成圖也具有C字形，字形，在在Bs溫度以下隨等溫溫度以下隨等溫溫度降低，孕育期先溫度降低，孕育期先增后減具有一個(gè)鼻子，增后減具有一個(gè)鼻子，對于碳鋼，由于對于碳鋼，由于P轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變與變與B轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變C曲線重曲線重疊在一起，因此合并疊在一起，因此合并成一個(gè)成一個(gè)C曲線。曲線。2223（二）貝氏體轉(zhuǎn)變時(shí)碳的擴(kuò)散（二）貝氏體轉(zhuǎn)變時(shí)碳的擴(kuò)散1 1、奧氏體中碳的擴(kuò)散、奧氏體中碳的擴(kuò)散 B轉(zhuǎn)變是在碳原子還能擴(kuò)散的中溫范圍內(nèi)發(fā)生的，轉(zhuǎn)變是在碳原子還能擴(kuò)散的中溫范圍內(nèi)發(fā)生的，為了在為了在A中形成低碳的中形成低碳的F，C必將在必將在A中偏聚。當(dāng)中偏聚。當(dāng)A的碳的碳含量超過其溶解度時(shí)（含量超過其溶解

15、度時(shí)（ES及其處長線），碳將以碳化物及其處長線），碳將以碳化物的形式自的形式自A中析出，而使中析出，而使A的的C%降低。降低。 在在B轉(zhuǎn)變過程中轉(zhuǎn)變過程中A的的C%有可能升高，也有可能降低，有可能升高，也有可能降低，具體情況取決于具體情況取決于A的成份及轉(zhuǎn)變溫度而定。的成份及轉(zhuǎn)變溫度而定。2 2、貝氏體中鐵素體內(nèi)碳的擴(kuò)散、貝氏體中鐵素體內(nèi)碳的擴(kuò)散 F形成初期形成初期C含量是過飽和的，而含量是過飽和的，而B轉(zhuǎn)變溫度范圍轉(zhuǎn)變溫度范圍較較M轉(zhuǎn)變高，故轉(zhuǎn)變高，故B中中F在形成后必然要發(fā)生分解，以碳化在形成后必然要發(fā)生分解，以碳化物的形式由物的形式由B中的中的F內(nèi)析出過飽和的碳，從而使內(nèi)析出過飽和的碳，

16、從而使F的的C%下降。下降。24（三）影響貝氏體轉(zhuǎn)變（三）影響貝氏體轉(zhuǎn)變動力學(xué)的因素動力學(xué)的因素1 1、碳含量、碳含量規(guī)規(guī) 律：律：隨隨A中碳含量的中碳含量的增加，增加，B轉(zhuǎn)變速度下降。轉(zhuǎn)變速度下降。原原 因：因：C含量高時(shí)，形含量高時(shí)，形成成F核心，較困難，而從核心，較困難，而從F中向外排出碳的數(shù)量增中向外排出碳的數(shù)量增多，從而增加了多，從而增加了B的形成的形成時(shí)間。時(shí)間。25 2 2、合金元素、合金元素 凡是降低凡是降低C擴(kuò)散速度、阻礙擴(kuò)散速度、阻礙F共格長大、阻礙碳化共格長大、阻礙碳化物形成的元素，都使物形成的元素，都使B轉(zhuǎn)變速度下降。因此，除轉(zhuǎn)變速度下降。因此，除Co、Al以外所有合金

17、元素都降低以外所有合金元素都降低B轉(zhuǎn)變速度，使轉(zhuǎn)變速度，使B轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)變的C曲線曲線右移，但作用不如右移，但作用不如C顯著，同時(shí)也使貝氏體轉(zhuǎn)變溫度范顯著，同時(shí)也使貝氏體轉(zhuǎn)變溫度范圍下降，從而使珠光體與貝氏體轉(zhuǎn)變的圍下降，從而使珠光體與貝氏體轉(zhuǎn)變的C曲線分開。曲線分開。263 3、奧氏體晶粒大小、奧氏體晶粒大小和奧氏體化溫度和奧氏體化溫度A A晶粒大小：晶粒大?。弘S隨A晶粒晶粒增大，增大，B轉(zhuǎn)變孕期延長轉(zhuǎn)變孕期延長轉(zhuǎn)變速度下降。其原轉(zhuǎn)變速度下降。其原因是由于晶粒大晶界因是由于晶粒大晶界面積小，形成面積小，形成F核心的核心的幾率小，同時(shí)碳的擴(kuò)幾率小，同時(shí)碳的擴(kuò)散距離長。散距離長。A A化溫度：化溫度

18、：A化溫度高，化溫度高，晶粒粗大，成份均勻，晶粒粗大，成份均勻，貧碳區(qū)少，這都影響貧碳區(qū)少，這都影響F的形核，使的形核，使B轉(zhuǎn)變的孕轉(zhuǎn)變的孕育期延長，轉(zhuǎn)變速度育期延長，轉(zhuǎn)變速度下降。下降。274 4、應(yīng)力的影響、應(yīng)力的影響 拉應(yīng)力使拉應(yīng)力使B轉(zhuǎn)變速度增加，尤其對下轉(zhuǎn)變速度增加，尤其對下B更顯著。壓更顯著。壓應(yīng)力的作用不清楚。應(yīng)力的作用不清楚。5 5、塑性變形、塑性變形（1）在較高溫度（）在較高溫度（1000800 ）范圍內(nèi)對）范圍內(nèi)對A進(jìn)行塑性進(jìn)行塑性變形，將使變形，將使A向向B轉(zhuǎn)變的孕育期增長，轉(zhuǎn)變速度下降，轉(zhuǎn)變的孕育期增長，轉(zhuǎn)變速度下降，轉(zhuǎn)變的不完全程度增大。轉(zhuǎn)變的不完全程度增大。原因：原

19、因：一方面變形使一方面變形使A中的缺陷密度增加，有利于中的缺陷密度增加，有利于C原原子的擴(kuò)散，有利于子的擴(kuò)散，有利于B轉(zhuǎn)變的進(jìn)行；而另一方面，轉(zhuǎn)變的進(jìn)行；而另一方面，A形變形變后會產(chǎn)生多邊化亞結(jié)構(gòu)，這對后會產(chǎn)生多邊化亞結(jié)構(gòu)，這對B中中F的共格生長是不利的共格生長是不利的。的。通常以后者的作用為主。通常以后者的作用為主。28（2）在較低溫度（）在較低溫度（350300 ）范圍內(nèi)對）范圍內(nèi)對A 進(jìn)行塑性變進(jìn)行塑性變形將加速形將加速B的形成。的形成。原原 因：因：A晶體缺陷密度更大，促進(jìn)晶體缺陷密度更大，促進(jìn)C的擴(kuò)散，并且形的擴(kuò)散，并且形變會使變會使A中的應(yīng)力增加，有利于中的應(yīng)力增加，有利于B中中F

20、按按M型轉(zhuǎn)變機(jī)制形型轉(zhuǎn)變機(jī)制形成，結(jié)果使成，結(jié)果使B轉(zhuǎn)變速度加快。轉(zhuǎn)變速度加快。6 6、冷卻在不同溫度下停留、冷卻在不同溫度下停留（1）在）在P與與B轉(zhuǎn)變區(qū)之間的亞穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)停留會加速隨轉(zhuǎn)變區(qū)之間的亞穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)停留會加速隨后的后的B轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變。原因：原因：停留過程中停留過程中A析出碳氮化物，降低了析出碳氮化物，降低了A的穩(wěn)定性。的穩(wěn)定性。（2）在高溫區(qū)先進(jìn)行部份上）在高溫區(qū)先進(jìn)行部份上B轉(zhuǎn)變，將會使低溫區(qū)下轉(zhuǎn)變，將會使低溫區(qū)下B的轉(zhuǎn)變速度降低，孕育期處長，不完全程度增大。的轉(zhuǎn)變速度降低，孕育期處長，不完全程度增大。原因：原因：可能是一種可能是一種A的穩(wěn)定化現(xiàn)象，還不十分清楚。的穩(wěn)定化現(xiàn)象，還不

21、十分清楚。29（3）先在低溫區(qū)形）先在低溫區(qū)形成少量成少量M或下或下B，將，將促進(jìn)后續(xù)高溫區(qū)的促進(jìn)后續(xù)高溫區(qū)的B形成，轉(zhuǎn)變速度加快。形成，轉(zhuǎn)變速度加快。原因：原因：可能是因?yàn)榭赡苁且驗(yàn)樵谳^低溫度下進(jìn)行部在較低溫度下進(jìn)行部份份M和下和下B轉(zhuǎn)變時(shí)，轉(zhuǎn)變時(shí)，所產(chǎn)生的應(yīng)力會促進(jìn)所產(chǎn)生的應(yīng)力會促進(jìn)以后在較高溫度下進(jìn)以后在較高溫度下進(jìn)行行B轉(zhuǎn)變的晶核的形轉(zhuǎn)變的晶核的形成。成。30四、貝氏體轉(zhuǎn)變熱力學(xué)及轉(zhuǎn)變機(jī)制四、貝氏體轉(zhuǎn)變熱力學(xué)及轉(zhuǎn)變機(jī)制（一）貝氏體轉(zhuǎn)變熱力學(xué)（一）貝氏體轉(zhuǎn)變熱力學(xué) B轉(zhuǎn)變是通過形核與長大過程進(jìn)行的，轉(zhuǎn)變時(shí)的領(lǐng)轉(zhuǎn)變是通過形核與長大過程進(jìn)行的，轉(zhuǎn)變時(shí)的領(lǐng)先相是通過形核與長大進(jìn)行的；轉(zhuǎn)變時(shí)的領(lǐng)

22、先相是鐵素先相是通過形核與長大進(jìn)行的；轉(zhuǎn)變時(shí)的領(lǐng)先相是鐵素體；轉(zhuǎn)變過程中有碳原子的擴(kuò)散，轉(zhuǎn)變的驅(qū)動力同樣是體；轉(zhuǎn)變過程中有碳原子的擴(kuò)散，轉(zhuǎn)變的驅(qū)動力同樣是新舊兩相之間的體積自由能之差。新舊兩相之間的體積自由能之差。 G=GG=GV V+G+Gp p+G+GS S+G+GE E31（二）貝氏體轉(zhuǎn)變的切變機(jī)制（二）貝氏體轉(zhuǎn)變的切變機(jī)制 貝氏體轉(zhuǎn)變包括貝氏體鐵素體的形成以及碳化物貝氏體轉(zhuǎn)變包括貝氏體鐵素體的形成以及碳化物的析出。長期以來，圍繞著這兩個(gè)問題進(jìn)行著爭論。的析出。長期以來，圍繞著這兩個(gè)問題進(jìn)行著爭論。在爭論中最主要的是切變機(jī)制與臺階機(jī)制之爭。在爭論中最主要的是切變機(jī)制與臺階機(jī)制之爭。1、切

23、變機(jī)制、切變機(jī)制 柯俊最先發(fā)現(xiàn)貝氏體轉(zhuǎn)變與馬氏體轉(zhuǎn)變一樣，在柯俊最先發(fā)現(xiàn)貝氏體轉(zhuǎn)變與馬氏體轉(zhuǎn)變一樣，在形成貝氏體鐵素體時(shí)也能在拋光表面引起浮凸，以后形成貝氏體鐵素體時(shí)也能在拋光表面引起浮凸，以后又得出形成魏氏鐵素體時(shí)也能引起浮凸。據(jù)此，認(rèn)為又得出形成魏氏鐵素體時(shí)也能引起浮凸。據(jù)此，認(rèn)為魏氏鐵素體即貝氏體鐵素體，貝氏體鐵素體與馬氏體魏氏鐵素體即貝氏體鐵素體，貝氏體鐵素體與馬氏體一樣，也是通過切變機(jī)制形成的，由于貝氏體轉(zhuǎn)變時(shí)一樣，也是通過切變機(jī)制形成的，由于貝氏體轉(zhuǎn)變時(shí)碳原子尚能擴(kuò)散，這就導(dǎo)致貝氏體轉(zhuǎn)變與馬氏體轉(zhuǎn)變碳原子尚能擴(kuò)散，這就導(dǎo)致貝氏體轉(zhuǎn)變與馬氏體轉(zhuǎn)變的不同以及貝氏體組織的多樣性。的不同以

24、及貝氏體組織的多樣性。32（1）高溫范圍的轉(zhuǎn)變（無碳化物貝氏體）高溫范圍的轉(zhuǎn)變（無碳化物貝氏體）l 由于溫度高，初形成的鐵素體的過飽和度很小，且由于溫度高，初形成的鐵素體的過飽和度很小，且碳在鐵素體和奧氏體中的擴(kuò)散能力均很強(qiáng)。在貝氏體碳在鐵素體和奧氏體中的擴(kuò)散能力均很強(qiáng)。在貝氏體鐵素體形成后，鐵素體中過飽和的碳可以通過界面很鐵素體形成后，鐵素體中過飽和的碳可以通過界面很快進(jìn)入奧氏體而使鐵素體的碳含量降低到平衡濃度?？爝M(jìn)入奧氏體而使鐵素體的碳含量降低到平衡濃度。l通過界面進(jìn)入奧氏體的碳也能很快地向奧氏體縱深通過界面進(jìn)入奧氏體的碳也能很快地向奧氏體縱深擴(kuò)散，使奧氏體的碳含量都得到提高而不致集聚在界

25、擴(kuò)散，使奧氏體的碳含量都得到提高而不致集聚在界面附近。面附近。l如果奧氏體的含碳量并不高，不會因?yàn)樨愂象w鐵素如果奧氏體的含碳量并不高，不會因?yàn)樨愂象w鐵素體的形成而析出碳化物，因此得到的是貝氏體鐵素體體的形成而析出碳化物，因此得到的是貝氏體鐵素體及碳富化了的奧氏體，即無碳化物貝氏體，也包括魏及碳富化了的奧氏體，即無碳化物貝氏體，也包括魏氏鐵素體在內(nèi)。氏鐵素體在內(nèi)。33（2）中溫范圍的轉(zhuǎn)變（上貝氏體）中溫范圍的轉(zhuǎn)變（上貝氏體）l 在在350550的中間溫度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)變時(shí)，轉(zhuǎn)變初期的中間溫度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)變時(shí)，轉(zhuǎn)變初期與高溫范圍的轉(zhuǎn)變基本一樣。但此時(shí)的溫度已比較低與高溫范圍的轉(zhuǎn)變基本一樣。但此時(shí)的溫度已比較

26、低，碳在奧氏體中的擴(kuò)散已變得困難，通過界面由貝氏，碳在奧氏體中的擴(kuò)散已變得困難，通過界面由貝氏體鐵素體擴(kuò)散進(jìn)入奧氏體中的碳原子已不可能進(jìn)一步體鐵素體擴(kuò)散進(jìn)入奧氏體中的碳原子已不可能進(jìn)一步向奧氏體縱深擴(kuò)散，尤其是板條鐵素體束兩相鄰鐵素向奧氏體縱深擴(kuò)散，尤其是板條鐵素體束兩相鄰鐵素體條之間的奧氏體中的碳更不可能向外擴(kuò)散。體條之間的奧氏體中的碳更不可能向外擴(kuò)散。l故界面附近的奧氏體，尤其是兩鐵素體條之間的奧故界面附近的奧氏體，尤其是兩鐵素體條之間的奧氏體中的碳將隨貝氏體鐵素體的長大而顯著升高，當(dāng)氏體中的碳將隨貝氏體鐵素體的長大而顯著升高，當(dāng)超過奧氏體溶解度極限時(shí)，將自奧氏體中析出碳化物超過奧氏體溶解

27、度極限時(shí)，將自奧氏體中析出碳化物而形成羽毛狀的上貝氏體。而形成羽毛狀的上貝氏體。34（3）低溫范圍的轉(zhuǎn)變（下貝氏體）低溫范圍的轉(zhuǎn)變（下貝氏體）l在在350以下轉(zhuǎn)變與上述轉(zhuǎn)變有較大的差異。由于溫以下轉(zhuǎn)變與上述轉(zhuǎn)變有較大的差異。由于溫度低，初形成的鐵素體的碳含量高，故貝氏體鐵素的度低，初形成的鐵素體的碳含量高，故貝氏體鐵素的形態(tài)已由板條狀轉(zhuǎn)變?yōu)橥哥R片狀。形態(tài)已由板條狀轉(zhuǎn)變?yōu)橥哥R片狀。l此時(shí)，不僅碳原子已難以在奧氏體中擴(kuò)散，就是在此時(shí)，不僅碳原子已難以在奧氏體中擴(kuò)散，就是在鐵素體中也難以作較長距離的擴(kuò)散，而貝氏體鐵素中鐵素體中也難以作較長距離的擴(kuò)散，而貝氏體鐵素中的過飽和度又很大。的過飽和度又很大。

28、l而碳原子又不能通過界面進(jìn)入奧氏體，只能以碳化而碳原子又不能通過界面進(jìn)入奧氏體，只能以碳化物的形式在貝氏體鐵素體內(nèi)部析出。物的形式在貝氏體鐵素體內(nèi)部析出。l隨著碳的析出，貝氏體鐵素體的自由能將下降以及隨著碳的析出，貝氏體鐵素體的自由能將下降以及比容的縮小所導(dǎo)致的彈性應(yīng)變能的下降，將使已形成比容的縮小所導(dǎo)致的彈性應(yīng)變能的下降，將使已形成的貝氏體鐵素片進(jìn)一步長大，得到下貝氏體組織。的貝氏體鐵素片進(jìn)一步長大，得到下貝氏體組織。3536（4）粒狀貝氏體的形成）粒狀貝氏體的形成 一般認(rèn)為在某些低碳鋼中出現(xiàn)的粒狀貝氏體是一般認(rèn)為在某些低碳鋼中出現(xiàn)的粒狀貝氏體是由無碳化物貝氏體演變而來的。當(dāng)無碳化物貝氏體由

29、無碳化物貝氏體演變而來的。當(dāng)無碳化物貝氏體針長大到彼此匯合時(shí)，剩下的小島狀奧氏體便為鐵針長大到彼此匯合時(shí)，剩下的小島狀奧氏體便為鐵素體所包圍沿鐵素體條間呈條狀斷續(xù)分布。因鋼碳素體所包圍沿鐵素體條間呈條狀斷續(xù)分布。因鋼碳含量較低，剩余奧氏體的碳含量也不超過其溶解度含量較低，剩余奧氏體的碳含量也不超過其溶解度極限，故不會析出碳化物，這就形成了粒狀貝氏體極限，故不會析出碳化物，這就形成了粒狀貝氏體。（5）貝氏體的亞基元）貝氏體的亞基元3738（6）切變機(jī)制存在的問題）切變機(jī)制存在的問題1）為什么貝氏體轉(zhuǎn)變所引起的浮凸不同于馬氏體所引）為什么貝氏體轉(zhuǎn)變所引起的浮凸不同于馬氏體所引起的浮凸。起的浮凸。2

30、）為什么貝氏體鐵素體與奧氏體之間的晶體學(xué)位向關(guān)）為什么貝氏體鐵素體與奧氏體之間的晶體學(xué)位向關(guān)系不同于馬氏體與奧氏體之間的位向關(guān)系。系不同于馬氏體與奧氏體之間的位向關(guān)系。3）為什么透鏡片狀貝氏體鐵素體中沒有孿晶。）為什么透鏡片狀貝氏體鐵素體中沒有孿晶。4）為什么下貝氏體中的碳化物的分布與回火馬氏體中）為什么下貝氏體中的碳化物的分布與回火馬氏體中碳化物分布明顯不同。碳化物分布明顯不同。5）按切變機(jī)制，貝氏體鐵素體應(yīng)是片狀，但為什么上）按切變機(jī)制，貝氏體鐵素體應(yīng)是片狀，但為什么上貝氏體鐵素體接近針狀。貝氏體鐵素體接近針狀。39（三）貝氏體轉(zhuǎn)變（三）貝氏體轉(zhuǎn)變的臺階機(jī)制的臺階機(jī)制 Aaronson等人

31、等人強(qiáng)調(diào)貝氏體是非層強(qiáng)調(diào)貝氏體是非層狀共析反應(yīng)產(chǎn)物，狀共析反應(yīng)產(chǎn)物，亦即貝氏體轉(zhuǎn)變是亦即貝氏體轉(zhuǎn)變是一種特殊的共析反一種特殊的共析反應(yīng)。他們認(rèn)為，貝應(yīng)。他們認(rèn)為，貝氏體轉(zhuǎn)變與珠光體氏體轉(zhuǎn)變與珠光體轉(zhuǎn)變或馬氏體轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變或馬氏體轉(zhuǎn)變不同，是通過臺階不同，是通過臺階機(jī)制長大的。機(jī)制長大的。40 臺階的水平面為臺階的水平面為-的半共格界面，的半共格界面，界面兩側(cè)的界面兩側(cè)的與與有有一定的位向關(guān)系，一定的位向關(guān)系，在半共界面上存在在半共界面上存在著柏氏矢量與界面著柏氏矢量與界面平行的刃型位錯。平行的刃型位錯。界面由位錯和臺階界面由位錯和臺階組織成。臺階的端組織成。臺階的端面為非共格界面。面為非共格界面。

32、這樣的界面活動能這樣的界面活動能力很高，易于向側(cè)力很高，易于向側(cè)面移動，從而使水面移動，從而使水平面向上推移。平面向上推移。41內(nèi)內(nèi) 容容 珠光體轉(zhuǎn)變珠光體轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)變馬氏體轉(zhuǎn)變馬氏體轉(zhuǎn)變溫度范圍溫度范圍 高溫高溫中溫中溫低溫低溫轉(zhuǎn)變上限溫度轉(zhuǎn)變上限溫度 A1BSMS領(lǐng)先相領(lǐng)先相滲碳體或鐵素體滲碳體或鐵素體鐵素體鐵素體形核部位形核部位奧氏體晶界奧氏體晶界上貝氏體在晶界上貝氏體在晶界下貝氏體大多在晶下貝氏體大多在晶內(nèi)內(nèi)轉(zhuǎn)變時(shí)點(diǎn)陣切變轉(zhuǎn)變時(shí)點(diǎn)陣切變無無？有有碳原子的擴(kuò)散碳原子的擴(kuò)散有有有有基本上無基本上無鐵及合金元素原子的擴(kuò)鐵及合金元素原子的擴(kuò)散散有有無無無無等溫轉(zhuǎn)變完全性等溫轉(zhuǎn)變完全

33、性完全完全視轉(zhuǎn)變溫度定視轉(zhuǎn)變溫度定不完全不完全轉(zhuǎn)變產(chǎn)物轉(zhuǎn)變產(chǎn)物+Fe3C+Fe3C()珠光體、貝氏體、馬氏體轉(zhuǎn)變主要特征珠光體、貝氏體、馬氏體轉(zhuǎn)變主要特征42五、貝氏體的力學(xué)性能五、貝氏體的力學(xué)性能 貝氏體的力學(xué)性能決貝氏體的力學(xué)性能決定于其組織形態(tài)。但組定于其組織形態(tài)。但組織和性能又受多種因素織和性能又受多種因素影響，所以對貝氏體來影響，所以對貝氏體來說在組織和性能之間還說在組織和性能之間還很難建立起定量的關(guān)系很難建立起定量的關(guān)系，僅能定性的說明與兩，僅能定性的說明與兩者之間的關(guān)系。者之間的關(guān)系。 一般來說，下貝氏一般來說，下貝氏體的強(qiáng)度較高，韌性也體的強(qiáng)度較高，韌性也較好，而上貝氏體的強(qiáng)較

34、好，而上貝氏體的強(qiáng)度低，韌性差。度低，韌性差。43（一）貝氏體的強(qiáng)度（一）貝氏體的強(qiáng)度（硬度）硬度） 影響貝氏體強(qiáng)度的影響貝氏體強(qiáng)度的因素有：因素有：1、貝氏體鐵素體條或片、貝氏體鐵素體條或片的粗細(xì)的粗細(xì) 如果將貝氏體條（如果將貝氏體條（片）的大小看作是貝氏片）的大小看作是貝氏體的晶粒，則可用體的晶粒，則可用Hall-Petch的關(guān)系式估算貝氏的關(guān)系式估算貝氏體的強(qiáng)度。即貝氏體鐵體的強(qiáng)度。即貝氏體鐵素體的晶粒直徑越細(xì)小素體的晶粒直徑越細(xì)小，則其強(qiáng)度越高。，則其強(qiáng)度越高。442、彌散碳化物質(zhì)點(diǎn)、彌散碳化物質(zhì)點(diǎn) 下貝氏體中碳化物顆粒較小，顆粒數(shù)量也較多，所下貝氏體中碳化物顆粒較小，顆粒數(shù)量也較多，所以碳化物對下貝氏體強(qiáng)度的貢獻(xiàn)也較大；而上貝氏體中以碳化物對下貝氏體強(qiáng)度的貢獻(xiàn)也較大；而上貝氏體中碳化物顆粒較粗，且分布在鐵素條