材料工程基礎(chǔ)講

1、第五章第五章 貝氏體轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)變 b轉(zhuǎn)變是過(guò)冷a介于p轉(zhuǎn)變和m轉(zhuǎn)變溫度之間的一種轉(zhuǎn)變。 貝氏體還沒(méi)有一個(gè)確切的定義。51 貝氏體轉(zhuǎn)變的基本特征 1對(duì)應(yīng)于p轉(zhuǎn)變的a1點(diǎn)及m轉(zhuǎn)變的ms點(diǎn)，b轉(zhuǎn)變也有一個(gè)上限溫度bs點(diǎn)。 2貝氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物 b轉(zhuǎn)變產(chǎn)物是由相與碳化物所組成的兩相混合物，但與p不同，b不是層片狀組織，且組織與轉(zhuǎn)變溫度密切有關(guān)，其中包括相形態(tài)而言，更多類(lèi)似于m而不同于p。關(guān)于b組織形態(tài)有兩個(gè)不同的定義： hehemann稱b為鐵素體與碳化物的非層狀混合組織。 aaronson則稱之為非層狀共析反應(yīng)產(chǎn)物或非層狀p變態(tài)。即aaronson強(qiáng)調(diào)的是b轉(zhuǎn)變與p轉(zhuǎn)變一樣，都是共析轉(zhuǎn)變，只是因?yàn)檗D(zhuǎn)變

2、溫度不同而導(dǎo)致轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的形態(tài)不同。 3貝氏體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué) b轉(zhuǎn)變：形核長(zhǎng)大進(jìn)行的。p109 4轉(zhuǎn)變的不完全性 5貝氏體轉(zhuǎn)變的擴(kuò)散性 b轉(zhuǎn)變時(shí)：碳原子擴(kuò)散，合金元素原子不擴(kuò)散，其中包括鐵原子。至少合金元素原子與鐵原子未發(fā)生較長(zhǎng)距離的擴(kuò)散。 6晶體學(xué)特征 b的f浮凸則呈v形或帳篷形。b的晶體學(xué)特征，其中包括位向關(guān)系與慣習(xí)面等也不同于p而較接近m。52 貝氏體組織形態(tài)和晶體學(xué) 隨鋼的化學(xué)成分及形成溫度而異。b可以按組織形態(tài)不同主要區(qū)分為無(wú)碳化物b、粒狀b、上b和下b等。1無(wú)碳化物貝氏體 無(wú)碳化物b：在b轉(zhuǎn)變區(qū)域的最高溫度范圍內(nèi)形成。一般產(chǎn)生于低、中碳鋼中，可在等溫或在緩慢的連續(xù)冷卻時(shí)形成。無(wú)碳化物b由

3、板條f束及未轉(zhuǎn)變的a所組成，f與a內(nèi)均無(wú)碳化物析出稱無(wú)碳化物b，是b的一種特殊形態(tài)。 無(wú)碳化物bf在形成時(shí)也能在拋光試樣表面形成浮凸。與a的晶體學(xué)關(guān)系與上b相同，慣習(xí)面為111,位向關(guān)系為ks關(guān)系。2上貝氏體 : 中、高碳鋼: 350-550 c 上b是在b轉(zhuǎn)變上部溫度范圍內(nèi)形成。它是由成束的、大致平行的板條狀f和條間的呈粒狀或條狀的滲碳體（有時(shí)有殘余a）所組成的非層狀組織。當(dāng)其轉(zhuǎn)變量不多時(shí)，在光學(xué)顯微鏡下成束的條狀鐵素體自晶界向晶內(nèi)生長(zhǎng),形成羽毛狀羽毛狀b，此時(shí)無(wú)法分辨其條間的滲碳體。在電子顯微鏡下可清晰看到上b中的f和滲碳體的形態(tài)。 上b中由大體上平行排列的f板條所構(gòu)成的“束”，束的尺寸對(duì)

4、其強(qiáng)度和韌性有一定的影響，故往往把束的平均尺寸視為上b的“有效晶粒尺寸”。各束間有較大的位向差。束中各相鄰f板條間存在較小的位向差。上bf中的碳含量近于平衡態(tài)，小于0.03%。其板條寬度通常比相同溫度下形成的p中的f片大。上b形成表面浮凸效應(yīng)。電鏡觀察表明, 上貝氏體鐵素體是由許多亞單元組成的。每一個(gè)亞單元的尺寸大致是厚小于1m，寬510m，長(zhǎng)約1050m。上bf體內(nèi)的亞結(jié)構(gòu)是位錯(cuò)。隨a中碳含量的增加，bf板條變薄，隨轉(zhuǎn)變溫度的下降，bf變細(xì)小。當(dāng)鋼中含有較多量的硅、鋁等元素時(shí)，由于它們具有延緩滲碳體析出的作用，使上bf板條間很少或基本上不沉淀滲碳體，而代之以富碳的a，并保留到室溫。 上bf的

5、慣習(xí)面為111,與a之間的位向關(guān)系接近ks關(guān)系。關(guān)于bf碳化物、a碳化物間的晶體學(xué)關(guān)系往往被用來(lái)作為判斷碳化物究竟是由bf中析出，還是由a中析出的重要依據(jù)，亦即涉及b轉(zhuǎn)變的機(jī)制問(wèn)題。上b滲碳體的慣習(xí)面為 (227) ，與a間具有pitsch關(guān)系： 。 由此證明滲碳體是由a中直接析出的。 3下貝氏體 : 中、高碳鋼: 350 c - ms 在b轉(zhuǎn)變區(qū)域的低溫范圍形成的b稱為下b。當(dāng)鋼中碳含量大于0.6%時(shí)下b的形成溫度大約在350以下。下b也是由bf和碳化物兩相組成，但f的形態(tài)及碳化物的分布均不同于上b。研究表明，下b可以從a晶界形核，也可以在晶內(nèi)形核。455110 ,110010 ,)252(

6、001333cfecfecfe）（ 在低碳（低合金鋼）中，bf的形態(tài)呈板條狀，若干個(gè)平行排列的板條構(gòu)成一個(gè)束，與板條m相似。 在高碳鋼中，bf呈片狀，各個(gè)片之間互成一定的交角，與片狀馬氏體很相似。而在中碳鋼中則兩種形態(tài)的bf兼有之。下bf中的亞結(jié)構(gòu)為位錯(cuò)，不存在孿晶。 在高碳鋼中，bf呈片狀,以下是對(duì)于高碳鋼b下的描述 下bf的碳含量遠(yuǎn)高于平衡碳量。要測(cè)出初形成的f的碳含量是困難的，因?yàn)殍F素體形成后立即可以通過(guò)析出碳化物而使碳含量下降。故實(shí)際測(cè)出的碳含量均較初形成時(shí)的碳含量為低。 下bf與a之間的位向關(guān)系為k-s關(guān)系。下bf的慣習(xí)面比較復(fù)雜,有人認(rèn)為是110,也有報(bào)道為225、569、254等

7、。 下b中f與碳化物間的取向關(guān)系：取向關(guān)系與回火m相近，或?yàn)閎agaryatski關(guān)系,即 碳化物與下bf之間的位向關(guān)系為jack關(guān)系，即 011103111010 111 010 , 110100112001，）（）關(guān)系，即（；或?yàn)?，）（）（isaichev 10111100110001，）（）（ 根據(jù)以上結(jié)果，一般認(rèn)為認(rèn)為下b中的碳化物是自過(guò)飽和的bf中析出。實(shí)際上根據(jù)所測(cè)得的碳化物與bf間的取向關(guān)系，并不一定說(shuō)明碳化物是由bf中析出，因?yàn)閍與f間存在ks關(guān)系，故也可將（）與f間取向關(guān)系轉(zhuǎn)換為（）與a的關(guān)系。轉(zhuǎn)換后得出（）與a之間為pitsch關(guān)系。已知pitsch關(guān)系為碳化物自a中析出所

8、遵循的取向關(guān)系，據(jù)此，也可以認(rèn)為下b中碳化物可以從a中析出。 但也有人研究40crmnsimov鋼下b中碳化物的取向關(guān)系后認(rèn)為，碳化物既可從f中析出，也可從a中析出?？傊嘘P(guān)b轉(zhuǎn)變的晶體學(xué)關(guān)系問(wèn)題目前尚無(wú)定論。 4粒狀貝氏體 粒狀b：低、中碳鋼中存在，在稍高于典型上b形成溫度形成的。 組織組成物：f基體+島狀組織。小島呈不連續(xù)條狀，平行排列在f基體中?；wf呈片針狀，有浮凸。小島分布在片針狀界面。 f的碳含量：平衡碳量，小島中的碳含量則較平均濃度高出很多。f與小島中的合金元素含量與平均濃度相同粒狀b形成過(guò)程中有碳的擴(kuò)散而無(wú)合金元素的擴(kuò)散。 粒狀b與無(wú)碳化物b很相近，只是f量較多已匯成片，a呈

9、小島分布在f基體中。 富碳a小島在隨后的冷卻過(guò)程中f+碳化物，也有可能轉(zhuǎn)變?yōu)閙，或以a狀態(tài)保留到室溫。最可能的情況是部分a轉(zhuǎn)變?yōu)閙，部分a保留到室溫，得到兩相混合物，稱為ma組織。低碳鋼b組織的分類(lèi)，即b、b、b三類(lèi) p113 鋼種各種組織形成的大致范圍53 貝氏體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué) 1b等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué) b等溫形成，或連續(xù)冷卻過(guò)程中形成。 b等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)曲線呈s形，不能進(jìn)行終了。等溫溫度愈高，愈接近bs點(diǎn)，轉(zhuǎn)變量愈少。 在某一溫度以上觀察不到b轉(zhuǎn)變bs點(diǎn)。在bs點(diǎn)以下，隨轉(zhuǎn)變溫度降低，等溫轉(zhuǎn)變速度先增后減，在等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)圖中也有一鼻溫。對(duì)于碳鋼，由于p轉(zhuǎn)變與b轉(zhuǎn)變的c曲線重疊在一起，合并為一個(gè)c曲

10、線 。 精確測(cè)試b轉(zhuǎn)變c曲線發(fā)現(xiàn)，b轉(zhuǎn)變c曲線是由兩個(gè)獨(dú)立的c曲線合并而成的，即由上b和下b有各自獨(dú)立、彼此重疊的c曲線。由此可見(jiàn)，上b與下b很可能是通過(guò)不同機(jī)制形成的。 2b轉(zhuǎn)變時(shí)碳的擴(kuò)散 b轉(zhuǎn)變是在碳還能擴(kuò)散的中溫范圍內(nèi)發(fā)生的。與m轉(zhuǎn)變不同，b轉(zhuǎn)變的進(jìn)行依賴于碳的擴(kuò)散。為了在a中形成低碳的bf，碳必將向a富集。當(dāng)a的碳含量超過(guò)fe3c在a中的溶解度曲線es線及其延長(zhǎng)線時(shí)，碳又將以滲碳體形式自a中析出，而使a中的碳含量下降。視a中碳含量及轉(zhuǎn)變溫度不同，在b轉(zhuǎn)變過(guò)程中a的碳含量可能升高，也可能降低。用實(shí)驗(yàn)方法已證實(shí)了b轉(zhuǎn)變過(guò)程中碳含量的變化。 對(duì)于b等溫轉(zhuǎn)變c曲線下半部來(lái)說(shuō)。轉(zhuǎn)變速度主要是受擴(kuò)

11、散控制，故可認(rèn)為轉(zhuǎn)變速度v與轉(zhuǎn)變 溫度t之間存在下列關(guān)系： vvoexp(q/kt) (5-1) 式中 q轉(zhuǎn)變激活能，vo常數(shù)。 為到達(dá)某一轉(zhuǎn)變量所需的時(shí)間與轉(zhuǎn)變溫度之間則存在下列關(guān)系： oexp(q/kt) (5-2)取對(duì)數(shù)得到： (5-3) 即所需時(shí)間的對(duì)數(shù)與溫度的倒數(shù)成正比關(guān)系。對(duì)碳含量0.65、0.77、1.07和1.20幾種碳含量的鋼測(cè)量，轉(zhuǎn)變50所需的時(shí)間50的對(duì)數(shù)與1/t之間確存在直線關(guān)系。tkqo1lglg3影響b轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)的因素1 1）c%c%量的影響量的影響 隨a中c%量的增加，b轉(zhuǎn)變速度下降。這是因?yàn)閏%量高，形成低碳的bf所需擴(kuò)散的碳原子量增加。2 2）合金元素的影響）

12、合金元素的影響 除al、co外，其它合金元素都或多或少地降低b轉(zhuǎn)變速度，同時(shí)也使b轉(zhuǎn)變的溫度下降，從而使p與b轉(zhuǎn)變的c曲線分開(kāi)。由于同一種合金元素對(duì)p轉(zhuǎn)變及b轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)的影響并不相同，如mo、b等能顯著減緩先共析f的析出及p轉(zhuǎn)變速度，但對(duì)b轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)的影響要小得多。故合金元素的加入不僅可以使兩個(gè)c曲線上下分離，而且可以使其左右分開(kāi)。3）a晶粒大小和晶粒大小和a化溫度的影響化溫度的影響 a晶粒增大，對(duì)依賴于晶界形核的上b轉(zhuǎn)變的孕育期增加，而對(duì)下b的轉(zhuǎn)變影響不大。隨a化溫度升高，b轉(zhuǎn)變速度先降后增。a化時(shí)間對(duì)b轉(zhuǎn)變速度也有類(lèi)似影響。4）應(yīng)力影響）應(yīng)力影響 拉應(yīng)力促進(jìn)b轉(zhuǎn)變，隨應(yīng)力增加b轉(zhuǎn)變速度加快

13、。5）塑性變形的影響）塑性變形的影響 較高的溫度塑性變形使b轉(zhuǎn)變速度減慢，較低溫度塑性變形卻使b轉(zhuǎn)變速度加快。 6 6）冷卻時(shí)在不同溫度停留的影響）冷卻時(shí)在不同溫度停留的影響 冷卻時(shí)在b與p轉(zhuǎn)變區(qū)之間的穩(wěn)定區(qū)等溫停留，由于自a中析出了碳化物，降低了a的穩(wěn)定性，使隨后的b轉(zhuǎn)變加速；過(guò)冷a在上b轉(zhuǎn)變區(qū)停留，先形成部分上b將會(huì)降低下b的形成速度，這可能是又一種a穩(wěn)定化的影響所致；過(guò)冷a先冷至低溫形成少量m或下b后，再升至較高溫度，可以使隨后的b轉(zhuǎn)變加速，這可能是先形成的m或下b的轉(zhuǎn)變?cè)赼中產(chǎn)生應(yīng)力，促進(jìn)了隨后的b轉(zhuǎn)變。54 貝氏體轉(zhuǎn)變熱力學(xué)及轉(zhuǎn)變機(jī)制 b轉(zhuǎn)變的機(jī)制目前正在激烈地爭(zhēng)論著?，F(xiàn)有的轉(zhuǎn)變機(jī)制

14、大體上可以歸納為兩種，即m型的切變機(jī)制和p型的臺(tái)階機(jī)制，兩種都在不斷的充實(shí)和修正之中，許多問(wèn)題還有待于進(jìn)一步研究。 1貝氏體轉(zhuǎn)變熱力學(xué) b轉(zhuǎn)變是通過(guò)形核長(zhǎng)大進(jìn)行的；轉(zhuǎn)變時(shí)的領(lǐng)先相是bf；轉(zhuǎn)變過(guò)程中有碳原子的擴(kuò)散；轉(zhuǎn)變的驅(qū)動(dòng)力也是自由焓差；在轉(zhuǎn)變過(guò)程中自由焓差可由下式給出： gvgv+s+e+gd (5-4) 切變機(jī)制認(rèn)為，bs點(diǎn)對(duì)應(yīng)于ms點(diǎn)，其物理意義為gb的最小臨界驅(qū)動(dòng)力的溫度。貧碳的1富碳的2 1 21+bc 等溫溫度高，回火析出c 降低點(diǎn)陣彈性畸變能；減小比容差v，降低膨脹能；減小應(yīng)變能等。 由上式計(jì)算后得出相變驅(qū)動(dòng)力為10051380j/mol。 g 所需的最小相變驅(qū)動(dòng)力為1180j/

15、mol。也就是說(shuō)按（55）式的分析計(jì)算b按切變機(jī)制是可以進(jìn)行的，但問(wèn)題是需碳的上坡擴(kuò)散，即需自由焓對(duì)成分的二階微分0，通過(guò)計(jì)算這在鐵碳合金中是不可能的。為此，有人用缺陷形核理論對(duì)此進(jìn)行了修正，認(rèn)為在a中是可能存在貧碳區(qū)的。 持臺(tái)階擴(kuò)散機(jī)制學(xué)術(shù)觀點(diǎn)的人認(rèn)為b轉(zhuǎn)變是一種非層狀的共析轉(zhuǎn)變，即由a轉(zhuǎn)變?yōu)榈吞糵與碳化物的一種特殊的共析分解過(guò)程，因此bs點(diǎn)是不存在的。b轉(zhuǎn)變熱力學(xué)與p轉(zhuǎn)變是相同的，即相變驅(qū)動(dòng)力 為a的化學(xué)自由焓與兩相混合物的化學(xué)自由焓差。 由以上分析可以看出，在貝氏體轉(zhuǎn)變熱力學(xué)方面兩派學(xué)術(shù)觀點(diǎn)就存在著尖銳的分歧。阻力dbccbbbgggggg12121 2貝氏體轉(zhuǎn)變的切變機(jī)制 持切變學(xué)術(shù)觀

16、點(diǎn)的認(rèn)為，b轉(zhuǎn)變與m轉(zhuǎn)變一樣，在形成bf時(shí)在拋光的試樣表面所引起的浮凸是切變形成的標(biāo)志之一。此外，wf也引起浮凸認(rèn)為wf即bf。由于b轉(zhuǎn)變時(shí)碳原子尚能擴(kuò)散，這就導(dǎo)致b轉(zhuǎn)變與m轉(zhuǎn)變的不同點(diǎn)以及b組織的多樣性。組織的多樣性是由轉(zhuǎn)變溫度的不同及a碳含量的不同而造成的而與切變形成無(wú)關(guān)。 1）高溫范圍的轉(zhuǎn)變 由于溫度高，初形成的bf的過(guò)飽和度很小，且碳在bf與a中擴(kuò)散能力均很強(qiáng)。在bf形成后，f中過(guò)飽和的碳可以通過(guò)界面很快進(jìn)入a而使f的碳含量降低到平衡濃度。通過(guò)界面進(jìn)入a的碳也能很快地向a縱深擴(kuò)散，使a碳含量得到提高而不致積聚在界面附近。如果a中的碳含量不高，不會(huì)因bf的形成而使a的碳含量超過(guò)es線及其

17、延長(zhǎng)線，則不可能自a中析出碳化物，故而得到的是bf及富化了的a,即無(wú)碳化物b，也包括wf在內(nèi)。 由于轉(zhuǎn)變溫度較高，過(guò)冷度較小，新相與母相間的化學(xué)自由焓差較小，不足以補(bǔ)償在更多新相形成時(shí)所需消耗的界面能和各種應(yīng)變能，因而形成的bf較少，亦即轉(zhuǎn)變進(jìn)行到一定程度便會(huì)自行中途停頓下來(lái)。 碳富化了的a有可能在繼續(xù)等溫、保溫及進(jìn)一步的冷卻過(guò)程中轉(zhuǎn)變?yōu)閜，其它類(lèi)型的b及m， 也有可能被保留至室溫成為殘余a。 2）中溫范圍的轉(zhuǎn)變 大于0.6%碳的鋼在350550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。但由于此時(shí)溫度已比較低，碳在a中的擴(kuò)散已變得困難，加之由于過(guò)冷度較大，相變驅(qū)動(dòng)力增大，所形成

18、的bf較多，板條較為密集，通過(guò)界面由bf擴(kuò)散入a的碳原子已不可能進(jìn)一步向a縱深擴(kuò)散，尤其是板條f束中兩相鄰f條之間的a中的碳更不可能向外擴(kuò)散。 界面附近的a，尤其是兩f條之間的a中的碳含量將隨bf的長(zhǎng)大而顯著升高，當(dāng)超過(guò)es及其延長(zhǎng)線時(shí)，將自a中析出點(diǎn)狀或粒狀碳化物而形成羽毛狀上b。碳化物與a保持pitsch 關(guān)系即是有力的證據(jù)。 轉(zhuǎn)變溫度愈低，形成的bf的量愈多，板條尺寸也愈細(xì)??；同時(shí)，隨著碳的擴(kuò)散系數(shù)減小，使上b中的碳化物也變得更細(xì)小。3）低溫范圍的轉(zhuǎn)變 在350以下的轉(zhuǎn)變由于溫度低，初形成的bf的碳含量高，故bf的形態(tài)已由板條狀轉(zhuǎn)變?yōu)橥哥R片狀。此時(shí)，不僅碳原子已難以在a中擴(kuò)散，就是在bf

19、中也難以作長(zhǎng)距離的擴(kuò)散，而bf中的碳過(guò)飽和度又很大。既然過(guò)飽和的碳不能通過(guò)界面進(jìn)入a，就只能以碳化物形式在bf內(nèi)部就地析出，從而得到在片狀bf上分布著與鐵素體長(zhǎng)軸呈一定交角（5560o）、排列成行的點(diǎn)狀碳化物。這一過(guò)程就其本質(zhì)而言與m的自回火相一致。隨著bf中碳化物的析出，自由焓的進(jìn)一步降低以及比容的縮小所導(dǎo)致的彈性應(yīng)變能的下降，將使bf片進(jìn)一步長(zhǎng)大，得到下b組織。碳化物與bf保持回火位向關(guān)系即是有力的證據(jù)。轉(zhuǎn)變溫度愈低，其中碳化物沉淀的彌散度愈大，且bf中碳的過(guò)飽和度愈大。 4）粒狀b的形成 可以認(rèn)為在某些合金鋼中出現(xiàn)的粒狀b是由無(wú)碳化物b演變而來(lái)的。當(dāng)過(guò)冷a在低于bs溫度（稍高于典型上b形

20、成溫度）時(shí)，先發(fā)生碳的再分配，接著在a的貧碳區(qū)開(kāi)始形成許多彼此大體上平行的板條bf，碳原子從bf中通過(guò)與a的相界面不斷向a中擴(kuò)散，此時(shí)bf不僅縱向長(zhǎng)大，而且也側(cè)向長(zhǎng)大。但由于a中本來(lái)就存在碳的偏聚，所以bfa界面的推進(jìn)速度對(duì)各部位來(lái)說(shuō)將不會(huì)完全一致，其向富碳a的推進(jìn)速度顯然小于向貧碳區(qū)推進(jìn)速度，于是bfa相界面便出現(xiàn)了凹凸不平的不均勻長(zhǎng)大，并彼此靠攏。當(dāng)無(wú)碳化物b長(zhǎng)大到彼此回合時(shí)，剩下的小島狀a便為f所包圍，沿f條間呈條狀斷續(xù)分布。因鋼的碳含量低，小島狀a的碳含量也不致超過(guò)es及其延長(zhǎng)線，故不會(huì)析出碳化物，加之又含有一定的合金元素，小島狀的奧氏體比較穩(wěn)定，這就形成了粒狀b。如延長(zhǎng)等溫時(shí)間及進(jìn)一

21、步降低溫度，島狀a將有可能分解為p或轉(zhuǎn)變?yōu)閙，也有可能保留到室溫。 另一種小島呈散亂分布，且相形成時(shí)不引起浮凸的粒狀組織的相是通過(guò)類(lèi)似于塊狀轉(zhuǎn)變機(jī)制形成的。 從以上的討論可見(jiàn)，按此機(jī)制，不同形態(tài)b中的都是通過(guò)切變形成的,只是因?yàn)檗D(zhuǎn)變溫度不同,使相中碳的脫溶以及碳化物析出的方式不同導(dǎo)致組織形態(tài)的不同。 bf的長(zhǎng)大速度極慢。切變觀點(diǎn)認(rèn)為，這是因?yàn)閎f的長(zhǎng)大受碳的擴(kuò)散所控制。根據(jù)b轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)曲線計(jì)算所得的激活能也表明b轉(zhuǎn)變受碳的擴(kuò)散所控制。透射電鏡觀察bf束中一個(gè)亞單元的長(zhǎng)大過(guò)程表明，bf的長(zhǎng)大是不連續(xù)的、跳躍式的。bf條片依靠不斷形成亞單元而長(zhǎng)大。每個(gè)亞單元都是按切變共格方式形成，其長(zhǎng)大速度極快，

22、但每個(gè)亞單元的尺寸是有限的，長(zhǎng)成后就不再長(zhǎng)大，必須停留一段時(shí)間，然后通過(guò)在其近旁誘發(fā)出新核，形成新的亞單元，構(gòu)成了bf板條在縱向和橫向的長(zhǎng)大得以進(jìn)行。使長(zhǎng)大停止的另一個(gè)原因是碳在界面附近的富集，必須待富集的碳通過(guò)擴(kuò)散被消除后長(zhǎng)大才能繼續(xù)進(jìn)行。此外，長(zhǎng)大的停止還可能與切變?cè)斐傻膹椥詰?yīng)變有關(guān)，在彈性應(yīng)變得到松弛后，新的亞單元才得以形成。 5）切變理論的成功與不足 切變理論可以解釋在不同的形成溫度形成b形態(tài)的差異及原因；轉(zhuǎn)變不完全性；碳的過(guò)飽和度及轉(zhuǎn)變時(shí)碳的擴(kuò)散；bs點(diǎn)的存在；晶體學(xué)近似于m及切變形成時(shí)的表面浮凸。盡管b轉(zhuǎn)變的切變理論可以解釋上述一些現(xiàn)象，然而卻無(wú)法解釋為何上、下b都具有各自獨(dú)立的c

23、曲線和不同的轉(zhuǎn)變激活能；浮凸不同于m，浮凸的頂角不是b/的界面；b碳化物的形貌及分布不同于m；bf的慣習(xí)面為何與m有差別；a中的貧碳區(qū)是如何形成的等一系列問(wèn)題。3貝氏體轉(zhuǎn)變的臺(tái)階擴(kuò)散機(jī)制 與b轉(zhuǎn)變的切變機(jī)制的提出者不同，持臺(tái)階擴(kuò)散機(jī)制的研究者雖然也承認(rèn)有表面浮凸存在，但認(rèn)為b轉(zhuǎn)變的浮凸與m轉(zhuǎn)變的浮凸不同，b轉(zhuǎn)變的浮凸是由轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的體積效應(yīng)引起的，而并非由于切變所致。b轉(zhuǎn)變是非層狀的共析反應(yīng)產(chǎn)物，b轉(zhuǎn)變同p轉(zhuǎn)變機(jī)理相同，兩者的區(qū)別僅在于p產(chǎn)物是片層狀，從而提出了b轉(zhuǎn)變是按臺(tái)階擴(kuò)散方式進(jìn)行的，并受碳的擴(kuò)散所控制。 臺(tái)階的水平面為/的半共格界面，界面兩側(cè)的與有一定的位向關(guān)系，在半共格界上存在著柏氏矢

24、量與界面平行的刃型位錯(cuò)，即界面由刃型位錯(cuò)及臺(tái)階組成。這樣的界面必須通過(guò)位錯(cuò)的攀移才能向前平移。在溫度不夠高的情況下，位錯(cuò)的攀移難以實(shí)現(xiàn)，故這樣的半共格界面就很難移動(dòng)。如果在界面上存在臺(tái)階，則臺(tái)階的端面為非共格界面，這樣的界面活動(dòng)能力很高，易于向側(cè)面移動(dòng),從而使水平面向上推移。臺(tái)階移動(dòng)的速度受碳的擴(kuò)散所控制。在原有的臺(tái)階消失后必須待新的臺(tái)階形成后，長(zhǎng)大才能繼續(xù)進(jìn)行。關(guān)于臺(tái)階的來(lái)源,到目前為此尚不清楚。 用熱離子發(fā)射顯微鏡直接觀察到了臺(tái)階的形成與長(zhǎng)大。測(cè)出了c0.66%,cr3.32%鋼在400等溫時(shí)上bf條的長(zhǎng)大動(dòng)力學(xué)?？梢缘贸鰡纹琤f片的平均長(zhǎng)大速度是1.4103cm/s，這與理論計(jì)算值得到的

25、生長(zhǎng)速度9104cm/s很相近，說(shuō)明長(zhǎng)大過(guò)程確實(shí)受碳的擴(kuò)散所控制。根據(jù)上bf長(zhǎng)大的觀察和測(cè)量，推出了下bf的長(zhǎng)大與上bf的長(zhǎng)大相同的結(jié)論。 臺(tái)階機(jī)制進(jìn)行的b轉(zhuǎn)變與p轉(zhuǎn)變的主要不同點(diǎn)是轉(zhuǎn)變時(shí)移動(dòng)的界面不同?？梢哉J(rèn)為，在a大角晶界形成的相的核與一側(cè)的a的交界面為共格或半共格界面，兩者之間有一定的位向關(guān)系；而與另一側(cè)的a的界面為非共格界面，兩者之間無(wú)位向關(guān)系。共格或半共格界面通過(guò)臺(tái)階機(jī)制推移得到bf，非共格界面通過(guò)擴(kuò)散機(jī)制推移得到p。 初形成的bf的碳含量應(yīng)接近平衡濃度。對(duì)于這一問(wèn)題既難以用實(shí)驗(yàn)加以肯定，也難以否定。如果按照臺(tái)階機(jī)制所要求的那樣，初形成的bf不是過(guò)飽和的相，碳已在bf形成之前擴(kuò)散到了

26、a，則b中的碳化物必然是從a中析出。對(duì)于上b，這一點(diǎn)已不成問(wèn)題，因按切變機(jī)制，也認(rèn)為碳化物是從a中析出的。但對(duì)下b來(lái)說(shuō)，但目前為此，還未得出最后結(jié)論 臺(tái)階擴(kuò)散機(jī)制認(rèn)為bs點(diǎn)是不存在的，因此從熱力學(xué)計(jì)算是一種可行的機(jī)制；bf臺(tái)階的移動(dòng)速度與受碳的擴(kuò)散速度所控制；浮凸是體積效應(yīng)；上bf為平衡碳量；分離的c曲線是合金元素的界面拖曳效應(yīng)所造成的；上b中碳化物由a中析出等支持臺(tái)階擴(kuò)散機(jī)制。但該理論的不足也是明顯的，bf的過(guò)飽和度難以證實(shí)，碳自相中的析出速度小于1s；臺(tái)階是如何形成的；表面浮凸與計(jì)算的體積效應(yīng)相差較大；c曲線的bay僅以界面拖曳效應(yīng)難以解釋；bf中的亞單元如何解釋；b碳化物全部自a中析出證

27、據(jù)不足等。4爭(zhēng)論的要點(diǎn) 相變機(jī)構(gòu)是切變還是臺(tái)階擴(kuò)散機(jī)制，過(guò)飽和碳對(duì)切變是否必須；bf長(zhǎng)大低速率的原因；預(yù)相變是否存在貧碳區(qū)。55貝氏體的力學(xué)性能 在同一強(qiáng)度級(jí)別的條件下，b組織的韌性高于回火m。材料的力學(xué)性能取決于構(gòu)成它的組織組成物的類(lèi)別、形態(tài)、尺寸、分布狀況和亞結(jié)構(gòu)等，b鋼也不例外。但是b組織比較復(fù)雜，它不僅隨轉(zhuǎn)變溫度不同而改變，而且欲得到單一的b也是很困難的，以致很難嚴(yán)格地評(píng)價(jià)某單一類(lèi)型b的力學(xué)性能，故通常所測(cè)定的實(shí)際上多是以某類(lèi)b為主的混合組織的性能。 1b的強(qiáng)度 1）強(qiáng)度與轉(zhuǎn)變溫度的關(guān)系 低、中碳合金鋼經(jīng)等溫淬火后的力學(xué)性能測(cè)試表明,鋼b和0.2均隨轉(zhuǎn)變溫度的降低而升高。這表明下b的強(qiáng)

28、度比上b高。高碳合金鋼的等溫淬火也表現(xiàn)出相同的規(guī)律。2）影響b強(qiáng)度的因素 bf條或片的粗細(xì) 如將b條或片的大小看作b的晶粒，則可用hall-petch關(guān)系式估算b的強(qiáng)度。即bf的晶粒直徑愈小，則其強(qiáng)度愈高，這是因?yàn)榫ЯＳ?，晶界愈多。b條或片的大小主要取決于b形成溫度。b形成溫度愈低，則bf條或片的尺寸愈小。所以也可以說(shuō)b的強(qiáng)度決定于形成溫度，形成溫度愈低，b的強(qiáng)度就愈高。 碳化物的尺寸大小與彌散度 合金中的第二相質(zhì)點(diǎn)與位錯(cuò)的交互作用可以使合金強(qiáng)度提高。根據(jù)彌散強(qiáng)化的機(jī)理，碳化物的顆粒直徑愈小，數(shù)量愈多，對(duì)強(qiáng)度的貢獻(xiàn)愈大。 固溶強(qiáng)化和位錯(cuò)強(qiáng)化 b的強(qiáng)化主要是細(xì)晶強(qiáng)化和碳化物的彌散強(qiáng)化。碳和合金元素的固溶強(qiáng)化及位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)的強(qiáng)化也有相當(dāng)