熱處理原理及工藝(共63頁).ppt

1、第五章 貝氏體轉變l重點：貝氏體轉變的根本特征；重點：貝氏體轉變的根本特征；l 貝氏體的力學性能貝氏體的力學性能l難點：貝氏體的形成過程；難點：貝氏體的形成過程；l 影響貝氏體轉變的因素。影響貝氏體轉變的因素。 貝氏體轉變是過冷奧氏體在介于珠光體轉變和馬氏體轉變貝氏體轉變是過冷奧氏體在介于珠光體轉變和馬氏體轉變溫度區(qū)間的一種轉變，稱為中溫轉變。在此溫度范圍內，鐵原溫度區(qū)間的一種轉變，稱為中溫轉變。在此溫度范圍內，鐵原子已難以擴散，而碳原子尚能擴散，其相變產物一般為鐵素體子已難以擴散，而碳原子尚能擴散，其相變產物一般為鐵素體基體加滲碳體的非層狀組織。基體加滲碳體的非層狀組織。 貝氏體常常具有優(yōu)良

2、的綜合力學性能，其強度和韌性都比貝氏體常常具有優(yōu)良的綜合力學性能，其強度和韌性都比較高。并具有較高的耐磨性、耐熱性和抗回火性，此外獲得貝較高。并具有較高的耐磨性、耐熱性和抗回火性，此外獲得貝氏體的等溫淬火是一種防止和減小鋼件鋼件淬火開裂和變形的氏體的等溫淬火是一種防止和減小鋼件鋼件淬火開裂和變形的可靠方法之一?？煽糠椒ㄖ?。一、貝氏體轉變的根本特點一、貝氏體轉變的根本特點l貝氏體轉變的溫度范圍貝氏體轉變的溫度范圍l 貝氏體轉變也有一個上限溫度貝氏體轉變也有一個上限溫度Bs點，一個下限轉點，一個下限轉變溫度變溫度Bf點。奧氏體必須過冷到點。奧氏體必須過冷到Bs點以下才能發(fā)生點以下才能發(fā)生貝氏體相

3、變；低于貝氏體相變；低于Bf貝氏體轉變結束。貝氏體轉變結束。l 貝氏體相變也不能進行完全，總有剩余奧氏體存貝氏體相變也不能進行完全，總有剩余奧氏體存在。等溫溫度越靠近在。等溫溫度越靠近Bs點，能夠形成的貝氏體量就點，能夠形成的貝氏體量就越少。越少。l貝氏體相變的產物貝氏體相變的產物 貝氏體相變產物也是貝氏體相變產物也是a a相與碳化物的兩相混相與碳化物的兩相混合物，但與珠光體不同，貝氏體不是片層狀組織，合物，但與珠光體不同，貝氏體不是片層狀組織，且組織形態(tài)與形成溫度密切相關。且組織形態(tài)與形成溫度密切相關。碳化物的分布狀態(tài)隨形成溫度不同而異：碳化物的分布狀態(tài)隨形成溫度不同而異：l較高溫度形成的上

4、貝氏體，其碳化物是滲碳體，較高溫度形成的上貝氏體，其碳化物是滲碳體，一般分布在鐵素體條之間；一般分布在鐵素體條之間；l較低溫度形成的下貝氏體，其碳化物既可以是滲較低溫度形成的下貝氏體，其碳化物既可以是滲碳體，也可以是碳體，也可以是e-e-碳化物，主要分布在鐵素體條碳化物，主要分布在鐵素體條內部。內部。l貝氏體相變動力學貝氏體相變動力學l 貝氏體相變也是一種形核和長大過程。與珠貝氏體相變也是一種形核和長大過程。與珠光體相變一樣，貝氏體可以在一定溫度范圍內等溫光體相變一樣，貝氏體可以在一定溫度范圍內等溫形成，也可以在某一冷卻速度范圍內連續(xù)冷卻轉變。形成，也可以在某一冷卻速度范圍內連續(xù)冷卻轉變。貝氏

5、體等溫形成時需要一定的孕育期，其等溫轉變貝氏體等溫形成時需要一定的孕育期，其等溫轉變動力學曲線也呈動力學曲線也呈“C字形。字形。l貝氏體相變的擴散性貝氏體相變的擴散性 貝氏體相變時只有碳原子的擴散，而合金元素貝氏體相變時只有碳原子的擴散，而合金元素包括鐵元素都不發(fā)生擴散，至少不發(fā)生較長距離的包括鐵元素都不發(fā)生擴散，至少不發(fā)生較長距離的擴散。碳的擴散對貝氏體相變起控制作用，擴散。碳的擴散對貝氏體相變起控制作用，B上上的相的相變速度取決于碳在變速度取決于碳在g g-Fe中的擴散，中的擴散，B下下的相變速度取的相變速度取決于碳在決于碳在a a-Fe中的擴散。所以，影響碳原子擴散的中的擴散。所以，影響

6、碳原子擴散的所有因素都會影響到貝氏體的相變速度。所有因素都會影響到貝氏體的相變速度。一、貝氏體的組織形態(tài)和亞結構一、貝氏體的組織形態(tài)和亞結構 貝氏體組織形態(tài)隨鋼的化學成分以及形成溫度不貝氏體組織形態(tài)隨鋼的化學成分以及形成溫度不同而異，其主要形態(tài)為上貝氏體和下貝氏體兩種，還同而異，其主要形態(tài)為上貝氏體和下貝氏體兩種，還有一些其他形態(tài)的貝氏體，如無碳化物貝氏體、粒狀有一些其他形態(tài)的貝氏體，如無碳化物貝氏體、粒狀貝氏體、反常貝氏體和柱狀貝氏體等。貝氏體、反常貝氏體和柱狀貝氏體等。l上貝氏體上貝氏體 在貝氏體相變區(qū)較高溫度范圍內形成的貝氏體稱為上貝氏在貝氏體相變區(qū)較高溫度范圍內形成的貝氏體稱為上貝氏體

7、。對于中、高碳鋼來說，上貝氏體大約在體。對于中、高碳鋼來說，上貝氏體大約在350550的的溫度區(qū)間形成。溫度區(qū)間形成。 典型的上貝氏體組織在光學顯微鏡下觀察時呈羽毛狀、條典型的上貝氏體組織在光學顯微鏡下觀察時呈羽毛狀、條狀或針狀，少數呈橢圓形或矩形。狀或針狀，少數呈橢圓形或矩形。光學顯微鏡照片光學顯微鏡照片 1300電子顯微鏡照片電子顯微鏡照片5000 條狀鐵素體多在奧氏體的晶界形核，自晶界的一條狀鐵素體多在奧氏體的晶界形核，自晶界的一側或兩側向奧氏體晶內長大。條狀鐵素體束與板條馬側或兩側向奧氏體晶內長大。條狀鐵素體束與板條馬氏體束很相近，束內相鄰鐵素體板條之間的位向差很氏體束很相近，束內相鄰

8、鐵素體板條之間的位向差很小，束與束之間有較大的位向差。條狀鐵素體的碳含小，束與束之間有較大的位向差。條狀鐵素體的碳含量接近平衡濃度，而條間碳化物均為量接近平衡濃度，而條間碳化物均為Fe3C型碳化物。型碳化物。 一般情況下，隨鋼中碳含量增加，一般情況下，隨鋼中碳含量增加，B上中的鐵素上中的鐵素體條增多并變薄，條間體條增多并變薄，條間Fe3C的數量增多，其形態(tài)也由的數量增多，其形態(tài)也由粒狀變?yōu)殒溨闋?、短桿狀，直至斷續(xù)條狀。當碳含量粒狀變?yōu)殒溨闋?、短桿狀，直至斷續(xù)條狀。當碳含量到達共析濃度時，到達共析濃度時，Fe3C不僅分布在鐵素體條之間，而不僅分布在鐵素體條之間，而且也在鐵素體條內沉淀，這種組織成

9、為共析鋼且也在鐵素體條內沉淀，這種組織成為共析鋼B上。隨上。隨相變溫度下降，相變溫度下降，B上中的鐵素體條變薄，上中的鐵素體條變薄，Fe3C細化且細化且彌散度增大。彌散度增大。 B上中的鐵素體形成時可在拋光試樣外表形成浮上中的鐵素體形成時可在拋光試樣外表形成浮凸。凸。B上中鐵素體的慣習面為上中鐵素體的慣習面為111g，與奧氏體之間，與奧氏體之間的位向關系為的位向關系為K-S關系。碳化物的慣習面為關系。碳化物的慣習面為227g，與奧氏體之間也存在一定的位向關系，因此一般認為與奧氏體之間也存在一定的位向關系，因此一般認為碳化物是從奧氏體中直接析出的。碳化物是從奧氏體中直接析出的。 值得指出的是，在

10、含有值得指出的是，在含有Si或或Al的鋼中，由于的鋼中，由于Si和和Al具有延緩滲碳體沉淀的作用，使鐵素體條之間的奧氏具有延緩滲碳體沉淀的作用，使鐵素體條之間的奧氏體為碳所富集而趨于穩(wěn)定，因此很少沉淀或根本上不體為碳所富集而趨于穩(wěn)定，因此很少沉淀或根本上不沉淀出滲碳體，形成在條狀鐵素體之間夾有剩余奧氏沉淀出滲碳體，形成在條狀鐵素體之間夾有剩余奧氏體的體的B上組織。上組織。l下貝氏體下貝氏體 在貝氏體相變區(qū)較低溫度范圍內形成的貝氏體稱為下貝氏在貝氏體相變區(qū)較低溫度范圍內形成的貝氏體稱為下貝氏體。對于中、高碳鋼，下貝氏體大約在體。對于中、高碳鋼，下貝氏體大約在350Ms之間形成。之間形成。碳含量很

11、低時，其形成溫度可能高于碳含量很低時，其形成溫度可能高于350。 典型的下貝氏體組織在光學顯微鏡下呈暗黑色針狀或片狀，典型的下貝氏體組織在光學顯微鏡下呈暗黑色針狀或片狀，而且各個片之間都有一定的交角，其立體形態(tài)為透鏡狀，而且各個片之間都有一定的交角，其立體形態(tài)為透鏡狀，與試樣磨面相交而呈片狀或針狀。與試樣磨面相交而呈片狀或針狀。光學顯微鏡照片光學顯微鏡照片 1300電子顯微鏡照片電子顯微鏡照片5000 下貝氏體既可以在奧氏體晶界上形核，也可以在奧氏體晶下貝氏體既可以在奧氏體晶界上形核，也可以在奧氏體晶粒內部形核。在電鏡下觀察可以看出，在下貝氏體鐵素體片粒內部形核。在電鏡下觀察可以看出，在下貝氏

12、體鐵素體片中分布著排列成行的細片狀或粒狀碳化物，并以中分布著排列成行的細片狀或粒狀碳化物，并以5560的角的角度與鐵素體針長軸相交。通常，下貝氏體的碳化物僅分布在度與鐵素體針長軸相交。通常，下貝氏體的碳化物僅分布在鐵素體片的內部。鐵素體片的內部。 下貝氏體形成時也會在光滑試樣外表產生浮凸，但其形下貝氏體形成時也會在光滑試樣外表產生浮凸，但其形狀與上貝氏體組織不同。上貝氏體外表浮凸大致平行，從奧狀與上貝氏體組織不同。上貝氏體外表浮凸大致平行，從奧氏體晶界的一側或兩側向晶粒內部延伸僻展；而下貝氏體的氏體晶界的一側或兩側向晶粒內部延伸僻展；而下貝氏體的外表浮凸往往相交呈外表浮凸往往相交呈“形，而且還

13、有一些較小的浮凸在先形，而且還有一些較小的浮凸在先形成的較大浮凸的兩側形成。形成的較大浮凸的兩側形成。 下貝氏體中鐵素體的碳含量遠遠高于平衡碳含量。下貝下貝氏體中鐵素體的碳含量遠遠高于平衡碳含量。下貝氏體鐵素體的亞結構與板條馬氏體與上貝氏體鐵素體相似，氏體鐵素體的亞結構與板條馬氏體與上貝氏體鐵素體相似，也是纏結位錯，但位錯密度往往高于上貝氏體鐵素體，而且也是纏結位錯，但位錯密度往往高于上貝氏體鐵素體，而且未發(fā)現有孿晶亞結構存在。未發(fā)現有孿晶亞結構存在。 下貝氏體中的碳化物也可以是滲碳體。但當溫度下貝氏體中的碳化物也可以是滲碳體。但當溫度較低時，初期形成較低時，初期形成e-e-碳化物，隨時間延長

14、，碳化物，隨時間延長，e-e-碳化物碳化物轉變?yōu)檗D變?yōu)閝-q-碳化物。由于下貝氏體中鐵素體與碳化物。由于下貝氏體中鐵素體與q-q-碳化物碳化物及及e-e-碳化物之間均存在一定的位向關系，因此一般認碳化物之間均存在一定的位向關系，因此一般認為碳化物是從過飽和鐵素體中析出的。為碳化物是從過飽和鐵素體中析出的。l粒狀貝氏體粒狀貝氏體l 低、中碳合金鋼以一定速度冷卻或在上貝氏體區(qū)高溫范低、中碳合金鋼以一定速度冷卻或在上貝氏體區(qū)高溫范圍內等溫時可形成粒狀貝氏體。如在正火、熱軋空冷或焊圍內等溫時可形成粒狀貝氏體。如在正火、熱軋空冷或焊縫熱影響區(qū)組織中都可發(fā)現這種組織。縫熱影響區(qū)組織中都可發(fā)現這種組織。l

15、粒狀貝氏體在剛剛形成時，是由塊狀鐵素體和粒狀粒狀貝氏體在剛剛形成時，是由塊狀鐵素體和粒狀島狀富碳奧氏體所組成的。富碳奧氏體可以分布在鐵島狀富碳奧氏體所組成的。富碳奧氏體可以分布在鐵素體晶粒內部，也可以分布在鐵素體晶界上。在光學顯微素體晶粒內部，也可以分布在鐵素體晶界上。在光學顯微鏡下較難識別粒狀貝氏體的組織形貌，在電鏡下那么可看鏡下較難識別粒狀貝氏體的組織形貌，在電鏡下那么可看出粒狀島狀物大局部分布在鐵素體之中，常常具有一出粒狀島狀物大局部分布在鐵素體之中，常常具有一定的方向性。定的方向性。 這種組織的基體是由條狀鐵素體合并而成的，鐵素體的碳含這種組織的基體是由條狀鐵素體合并而成的，鐵素體的碳

16、含量很低，接近平衡濃度，而富碳奧氏體區(qū)的碳含量那么很高。鐵量很低，接近平衡濃度，而富碳奧氏體區(qū)的碳含量那么很高。鐵素體與富碳奧氏體區(qū)的合金元素含量與鋼的平均含量相同，這說素體與富碳奧氏體區(qū)的合金元素含量與鋼的平均含量相同，這說明在粒狀貝氏體形成過程中有碳的擴散而無合金元素的擴散。明在粒狀貝氏體形成過程中有碳的擴散而無合金元素的擴散。富碳奧氏體區(qū)在隨后冷卻過程中可能發(fā)生以下三種情況：富碳奧氏體區(qū)在隨后冷卻過程中可能發(fā)生以下三種情況：局部或全局部解為鐵素體和碳化物的混合物；局部或全局部解為鐵素體和碳化物的混合物；局部轉變?yōu)轳R氏體，這種馬氏體的碳含量甚高，常常是孿晶局部轉變?yōu)轳R氏體，這種馬氏體的碳含

17、量甚高，常常是孿晶馬氏體，故島狀物是由馬氏體，故島狀物是由“g+a所組成；所組成；或全部保存下來，成為剩余奧氏體。或全部保存下來，成為剩余奧氏體。l無碳化物貝氏體無碳化物貝氏體l 無碳化物貝氏體一般形成于低碳鋼中，是在貝氏體相變無碳化物貝氏體一般形成于低碳鋼中，是在貝氏體相變區(qū)最高溫度范圍內形成的。無碳化物貝氏體由大致平行的區(qū)最高溫度范圍內形成的。無碳化物貝氏體由大致平行的單相條狀鐵素體所組成，所以也稱為鐵素體貝氏體或無碳單相條狀鐵素體所組成，所以也稱為鐵素體貝氏體或無碳貝氏體。條狀鐵素體之間有一定的距離，條間一般為富碳貝氏體。條狀鐵素體之間有一定的距離，條間一般為富碳奧氏體轉變而成的馬氏體，

18、有時是富碳奧氏體的分解產物奧氏體轉變而成的馬氏體，有時是富碳奧氏體的分解產物或者全部是未轉變的剩余奧氏體?？梢?，鋼中通常不能形或者全部是未轉變的剩余奧氏體?？梢?，鋼中通常不能形成單一的無碳化物貝氏體，而是形成與其他組織共存的混成單一的無碳化物貝氏體，而是形成與其他組織共存的混合組織。合組織。l反常貝氏體反常貝氏體 反常貝氏體產生于過共析鋼中。這種鋼在反常貝氏體產生于過共析鋼中。這種鋼在Bs點以上因有先點以上因有先共析滲碳體的析出而使周圍奧氏體的碳含量降低，這樣便共析滲碳體的析出而使周圍奧氏體的碳含量降低，這樣便促使在促使在Bs點以下形成由碳化物與鐵素體組成的上貝氏體。點以下形成由碳化物與鐵素體

19、組成的上貝氏體。由于這種貝氏體是以滲碳體領先形核，和一般貝氏體以鐵由于這種貝氏體是以滲碳體領先形核，和一般貝氏體以鐵素體領先形核相反，故稱為反常貝氏體。素體領先形核相反，故稱為反常貝氏體。二、貝氏體轉變的特點和晶體學二、貝氏體轉變的特點和晶體學 由于貝氏體轉變溫度介于珠光體轉變和馬氏體轉變之間，因而由于貝氏體轉變溫度介于珠光體轉變和馬氏體轉變之間，因而使貝氏體轉變兼有上述兩種轉變的某些特點：使貝氏體轉變兼有上述兩種轉變的某些特點：貝氏體轉變也是一個形核和長大的過程，其領先相一般是鐵素體貝氏體轉變也是一個形核和長大的過程，其領先相一般是鐵素體除反常貝氏體外，貝氏體轉變速度遠比馬氏體轉變慢；除反常

20、貝氏體外，貝氏體轉變速度遠比馬氏體轉變慢；貝氏體形成時會產生外表浮凸；貝氏體形成時會產生外表浮凸；貝氏體轉變有一個上限溫度貝氏體轉變有一個上限溫度Bs，高于該溫度那么不能形成，高于該溫度那么不能形成，貝氏體轉變也有一個下限溫度貝氏體轉變也有一個下限溫度Bf，到達此溫度那么轉變終，到達此溫度那么轉變終止；止；貝氏體轉變也具有不完全性，即使冷至貝氏體轉變也具有不完全性，即使冷至Bf溫度，貝氏體轉變也不溫度，貝氏體轉變也不能進行完全；隨轉變溫度升高，轉變的不完全性愈甚；能進行完全；隨轉變溫度升高，轉變的不完全性愈甚；貝氏體轉變時新相與母相奧氏體間存在一定的晶體學取向關系。貝氏體轉變時新相與母相奧氏體

21、間存在一定的晶體學取向關系。l貝氏體形成時，在預先拋光的試樣外表上形成浮凸，說明貝氏體形成時，在預先拋光的試樣外表上形成浮凸，說明貝氏體轉變時，鐵素體是通過切變機制完成的。在轉變過貝氏體轉變時，鐵素體是通過切變機制完成的。在轉變過程中，貝氏體中的鐵素體和奧氏體保持共格聯系，并且貝程中，貝氏體中的鐵素體和奧氏體保持共格聯系，并且貝氏體的鐵素體是在奧氏體的一定晶面慣習面上以共格氏體的鐵素體是在奧氏體的一定晶面慣習面上以共格切變方式形成。上貝氏體的慣習面為切變方式形成。上貝氏體的慣習面為111g，下貝氏體的，下貝氏體的慣習面一般為慣習面一般為225g。同時，貝氏體轉變過程中鐵素體與。同時，貝氏體轉變

22、過程中鐵素體與母相奧氏體之間保持嚴格的晶體學位向關系。上、下貝氏母相奧氏體之間保持嚴格的晶體學位向關系。上、下貝氏體與奧氏體之間的晶體學位向存在體與奧氏體之間的晶體學位向存在K-S關系。關系。l此外，上、下貝氏體中滲碳體與母相奧氏體、滲碳體與鐵此外，上、下貝氏體中滲碳體與母相奧氏體、滲碳體與鐵素體之間也存在一定的位向關系。素體之間也存在一定的位向關系。貝氏體中碳化物析出源問題貝氏體中碳化物析出源問題l貝氏體中鐵素體貝氏體中鐵素體碳化物、奧氏體碳化物、奧氏體碳化物間的晶體學關系往碳化物間的晶體學關系往往被用來作為判定碳化物究竟是由貝氏體鐵素體中析出，還是往被用來作為判定碳化物究竟是由貝氏體鐵素體

23、中析出，還是由奧氏體中析出的重要依據。由奧氏體中析出的重要依據。l一般認為上貝氏體中的碳化物為滲碳體，而下貝氏體中的碳化一般認為上貝氏體中的碳化物為滲碳體，而下貝氏體中的碳化物那么取決于鋼的成分、形成溫度以及持續(xù)時間。硅含量高時，物那么取決于鋼的成分、形成溫度以及持續(xù)時間。硅含量高時，下貝氏體中的碳化物為下貝氏體中的碳化物為e碳化物。其它鋼的下貝氏體中的碳化物碳化物。其它鋼的下貝氏體中的碳化物多為兩者的混合物。溫度越低，持續(xù)時間越短，出現多為兩者的混合物。溫度越低，持續(xù)時間越短，出現e碳化物的碳化物的可能性越大。可能性越大。l上貝氏體中碳化物是由奧氏體中直接析出上貝氏體中碳化物是由奧氏體中直接

24、析出Pitsch關系為證關系為證據，下貝氏體中碳化物析出源目前還不確定，觀察結果比較據，下貝氏體中碳化物析出源目前還不確定，觀察結果比較分散。分散。三、貝氏體轉變過程及其熱力學分析三、貝氏體轉變過程及其熱力學分析一貝氏體轉變過程一貝氏體轉變過程貝氏體轉變的兩個根本過程貝氏體轉變的兩個根本過程 典型的上、下貝氏體是由鐵素體和碳化物組成的復相組織，典型的上、下貝氏體是由鐵素體和碳化物組成的復相組織，因此貝氏體轉變應當包含鐵素體的成長和碳化物的析出兩因此貝氏體轉變應當包含鐵素體的成長和碳化物的析出兩個根本過程。個根本過程。奧氏體中碳的再分配奧氏體中碳的再分配 貝氏體中的鐵素體是低碳相，而碳化物是高碳

25、相，當貝氏貝氏體中的鐵素體是低碳相，而碳化物是高碳相，當貝氏體轉變時，為了使領先相得以形核，在過冷奧氏體中必須體轉變時，為了使領先相得以形核，在過冷奧氏體中必須通過碳原子的擴散來實現其重新分布，形成富碳區(qū)和貧碳通過碳原子的擴散來實現其重新分布，形成富碳區(qū)和貧碳區(qū)，以滿足新相形核時所必須的濃度條件。區(qū)，以滿足新相形核時所必須的濃度條件。l貝氏體鐵素體的形成及其碳含量貝氏體鐵素體的形成及其碳含量 在過冷奧氏體的貧碳區(qū)貝氏體的形成機理有兩種觀點：在過冷奧氏體的貧碳區(qū)貝氏體的形成機理有兩種觀點：l柯俊等人認為貝氏體鐵素體是按切變方式形成；柯俊等人認為貝氏體鐵素體是按切變方式形成；lAaronson等人

26、認為是按臺階機理形成。等人認為是按臺階機理形成。l碳化物相的成分和類型碳化物相的成分和類型l 貝氏體中的碳化物相可能是滲碳體或貝氏體中的碳化物相可能是滲碳體或e-碳化物取決于碳化物取決于鋼的成分及轉變的溫度和持續(xù)時間。由于在貝氏體轉變鋼的成分及轉變的溫度和持續(xù)時間。由于在貝氏體轉變時合金元素不發(fā)生重新分布，所以碳化物中的合金元素含時合金元素不發(fā)生重新分布，所以碳化物中的合金元素含量總是大致等于鋼中合金元素的平均含量。量總是大致等于鋼中合金元素的平均含量。二貝氏體轉變的熱力學分析二貝氏體轉變的熱力學分析貝氏體轉變的驅動力貝氏體轉變的驅動力貝氏體轉變的熱力學條件與馬氏體轉變相似。相變的驅動力貝氏體

27、轉變的熱力學條件與馬氏體轉變相似。相變的驅動力新相與母相之間的自由能差必須足以補償外表能、彈性新相與母相之間的自由能差必須足以補償外表能、彈性應變能以及塑性應變能等相變阻力。應變能以及塑性應變能等相變阻力。貝氏體轉變時，奧氏體中碳發(fā)生了再分配，使貝貝氏體轉變時，奧氏體中碳發(fā)生了再分配，使貝氏體鐵素體中碳含量降低，這就使鐵素體的自由氏體鐵素體中碳含量降低，這就使鐵素體的自由能降低，從而使在相同溫度下的新相與母相自由能降低，從而使在相同溫度下的新相與母相自由能差增加。同時，貝氏體與奧氏體間比容差小，能差增加。同時，貝氏體與奧氏體間比容差小，使彈性應變能減少，而且也使周圍奧氏體的協作使彈性應變能減少

28、，而且也使周圍奧氏體的協作形變能減小。這樣，就不需要像馬氏體轉變時那形變能減小。這樣，就不需要像馬氏體轉變時那樣大的過冷條件下就有可能滿足相變的熱力學條樣大的過冷條件下就有可能滿足相變的熱力學條件。件。lBs點及其與鋼成分的關系點及其與鋼成分的關系lBs點是表示奧氏體和貝氏體間自由能差到達相變所需的最點是表示奧氏體和貝氏體間自由能差到達相變所需的最小化學驅動力值時的溫度，其反響了貝氏體轉變得以進行小化學驅動力值時的溫度，其反響了貝氏體轉變得以進行所需要的最小過冷度。所需要的最小過冷度。Bs點與鋼中碳含量的關系可見教材圖點與鋼中碳含量的關系可見教材圖5-13。四、貝氏體轉變機理概述四、貝氏體轉變

29、機理概述l貝氏體轉變包括貝氏體鐵素體的生長和碳化物的析出兩個貝氏體轉變包括貝氏體鐵素體的生長和碳化物的析出兩個根本過程。目前，貝氏體鐵素體的生長與碳化物的析出源根本過程。目前，貝氏體鐵素體的生長與碳化物的析出源問題仍有爭論。問題仍有爭論。l鐵素體的生長機理主要有切變機理和臺階機理兩大學派。鐵素體的生長機理主要有切變機理和臺階機理兩大學派。一切變機理一切變機理l柯俊和柯俊和Cottrell最先發(fā)現貝氏體轉變過程中有浮凸效應，據此最先發(fā)現貝氏體轉變過程中有浮凸效應，據此認為貝氏體轉變與馬氏體轉變相似。認為貝氏體轉變與馬氏體轉變相似。l不同是貝氏體轉變溫度較高，碳原子尚有一定的擴散能力，不同是貝氏體

30、轉變溫度較高，碳原子尚有一定的擴散能力，因而當貝氏體中鐵素體在以切變共格的方式長大的同時，還因而當貝氏體中鐵素體在以切變共格的方式長大的同時，還伴隨著碳原子的擴散和碳化物從鐵素體中脫溶沉淀的過程。伴隨著碳原子的擴散和碳化物從鐵素體中脫溶沉淀的過程。 由于形成溫度以及奧氏體的碳含量不同，貝氏體相變過程由于形成溫度以及奧氏體的碳含量不同，貝氏體相變過程將按照不同的方式進行，從而形成不同形態(tài)的貝氏體組織，將按照不同的方式進行，從而形成不同形態(tài)的貝氏體組織，其形成過程示意圖如下：其形成過程示意圖如下：l當溫度較高時，碳原子在鐵素體和奧氏體中都有相當的擴散能當溫度較高時，碳原子在鐵素體和奧氏體中都有相當

31、的擴散能力，故在鐵素體片成長的過程中可不斷通過鐵素體力，故在鐵素體片成長的過程中可不斷通過鐵素體奧氏體相奧氏體相界面把碳原子充分地擴散到奧氏體中去，這樣就形成了由板條界面把碳原子充分地擴散到奧氏體中去，這樣就形成了由板條狀鐵素體組成的無碳化物貝氏體。由于相變驅動力小，缺乏以狀鐵素體組成的無碳化物貝氏體。由于相變驅動力小，缺乏以補償在更多的新相形成時所需消耗的界面能和各種應變能，因補償在更多的新相形成時所需消耗的界面能和各種應變能，因而形成的貝氏體鐵素體較少，鐵素體板條較寬。而形成的貝氏體鐵素體較少，鐵素體板條較寬。l當溫度稍低時，碳原子在鐵素體中仍可以順利的進行擴散，但在奧氏體中的當溫度稍低時

32、，碳原子在鐵素體中仍可以順利的進行擴散，但在奧氏體中的擴散不能充分進行，加之過冷度較大，相變驅動力增大，形成的貝氏體鐵素擴散不能充分進行，加之過冷度較大，相變驅動力增大，形成的貝氏體鐵素體量較多，板條較為密集，這樣通過鐵素體體量較多，板條較為密集，這樣通過鐵素體奧氏體相界面進入板條間奧氏奧氏體相界面進入板條間奧氏體中的碳原子就不能充分向板條束以外的奧氏體中擴散，于是便在鐵素體板體中的碳原子就不能充分向板條束以外的奧氏體中擴散，于是便在鐵素體板條間以粒狀或條狀的碳化物形式析出，結果得到羽毛狀的上貝氏體。轉變溫條間以粒狀或條狀的碳化物形式析出，結果得到羽毛狀的上貝氏體。轉變溫度越低，形成的貝氏體量

33、越多，而且板條也越窄，上貝氏體中的碳化物也變度越低，形成的貝氏體量越多，而且板條也越窄，上貝氏體中的碳化物也變的細小。的細小。l當溫度較低時，碳在奧氏體中擴散極困難，在鐵素體中擴散也受到相當當溫度較低時，碳在奧氏體中擴散極困難，在鐵素體中擴散也受到相當限制，以致碳原子不能長程擴散到鐵素體限制，以致碳原子不能長程擴散到鐵素體奧氏體相界面，而只能在鐵奧氏體相界面，而只能在鐵素體片中短程擴散，而在某一晶面上偏聚，進而以碳化物的形式析出，素體片中短程擴散，而在某一晶面上偏聚，進而以碳化物的形式析出，從而得到在片狀鐵素體上分布著與鐵素體長軸呈一定交角從而得到在片狀鐵素體上分布著與鐵素體長軸呈一定交角55

34、60、排列成行的碳化物復相組織，即下貝氏體。轉變溫度越低，碳化物彌散排列成行的碳化物復相組織，即下貝氏體。轉變溫度越低，碳化物彌散沉淀的彌散度變越大，且鐵素體中碳的過飽和度也越高。沉淀的彌散度變越大，且鐵素體中碳的過飽和度也越高。在某些低合金鋼中，當過冷奧氏體在低于在某些低合金鋼中，當過冷奧氏體在低于Bs溫度稍高于典型上溫度稍高于典型上貝氏體形成溫度時，先發(fā)生碳的再分配，接著在奧氏體的貧碳貝氏體形成溫度時，先發(fā)生碳的再分配，接著在奧氏體的貧碳區(qū)開始形成許多彼此大體上平行的鐵素體，碳原子從鐵素體中通區(qū)開始形成許多彼此大體上平行的鐵素體，碳原子從鐵素體中通過與奧氏體的相界面不斷向奧氏體中擴散，此時

35、鐵素體板條不僅過與奧氏體的相界面不斷向奧氏體中擴散，此時鐵素體板條不僅縱向長大，而且也側向長大。但由于奧氏體中本來就存在著碳的縱向長大，而且也側向長大。但由于奧氏體中本來就存在著碳的偏聚，所以鐵素體偏聚，所以鐵素體奧氏體相界面的推進速度對各部位來說將不奧氏體相界面的推進速度對各部位來說將不會完全一致，其向富碳奧氏體區(qū)推進速度要小于向貧碳區(qū)推進的會完全一致，其向富碳奧氏體區(qū)推進速度要小于向貧碳區(qū)推進的速度，于是鐵素體速度，于是鐵素體奧氏體相界面出現了凹凸不平，造成鐵素體奧氏體相界面出現了凹凸不平，造成鐵素體的不均勻長大。隨著時間的延續(xù)，鐵素體板條進一步長大，并彼的不均勻長大。隨著時間的延續(xù)，鐵素

36、體板條進一步長大，并彼此靠攏，最終將這些富碳的奧氏體區(qū)包圍在其中。此靠攏，最終將這些富碳的奧氏體區(qū)包圍在其中。切變共格理論解釋了很多貝氏體轉變現象，但無法解釋為切變共格理論解釋了很多貝氏體轉變現象，但無法解釋為何上、下貝氏體都有各自獨立的轉變動力學曲線和不同的何上、下貝氏體都有各自獨立的轉變動力學曲線和不同的轉變激活能等現象。轉變激活能等現象。上、下貝氏體鐵素體的成長模型不同是主要原因。上、下貝氏體鐵素體的成長模型不同是主要原因。l由由Aaronson提出，認為貝氏體轉變的外表浮凸現象是由于提出，認為貝氏體轉變的外表浮凸現象是由于轉變產物的體積變化造成的，而并非切變所致。貝氏體是轉變產物的體積

37、變化造成的，而并非切變所致。貝氏體是非片層的共析反響產物，貝氏體的轉變同珠光體轉變機理非片層的共析反響產物，貝氏體的轉變同珠光體轉變機理相同，區(qū)別在于后者為片層狀。提出貝氏體鐵素體的長大相同，區(qū)別在于后者為片層狀。提出貝氏體鐵素體的長大是按臺階機理進行，并受碳原子的擴散所控制。是按臺階機理進行，并受碳原子的擴散所控制。二臺階機理二臺階機理五、貝氏體轉變的動力學五、貝氏體轉變的動力學與珠光體一樣，貝氏體也可以等溫形成，其等溫轉變與珠光體一樣，貝氏體也可以等溫形成，其等溫轉變動力學圖也呈動力學圖也呈“C字形，在字形，在C曲線的曲線的“鼻尖鼻尖溫度，溫度，貝氏體相變的孕育期和轉變時間最短。貝氏體相變

38、的孕育期和轉變時間最短。有些鋼中，貝氏體等溫轉變動力學圖與珠光體等溫轉變動有些鋼中，貝氏體等溫轉變動力學圖與珠光體等溫轉變動力學圖局部重疊，整個過冷奧氏體等溫轉變圖只呈現一個力學圖局部重疊，整個過冷奧氏體等溫轉變圖只呈現一個“鼻尖鼻尖。此時，在一定溫度區(qū)域內，過冷奧氏體具有混。此時，在一定溫度區(qū)域內，過冷奧氏體具有混合相變的特征。如在較低溫度等溫時，先形成一局部貝氏合相變的特征。如在較低溫度等溫時，先形成一局部貝氏體，隨后再發(fā)生珠光體轉變，在較高溫度等溫時，可先形體，隨后再發(fā)生珠光體轉變，在較高溫度等溫時，可先形成一局部珠光體，接著再發(fā)生貝氏體相變。成一局部珠光體，接著再發(fā)生貝氏體相變。影響貝

39、氏體轉變動力學的因素影響貝氏體轉變動力學的因素l化學成分的影響化學成分的影響l 隨著鋼中碳含量的上升貝氏體相變速度下降，等溫轉隨著鋼中碳含量的上升貝氏體相變速度下降，等溫轉變變C曲線右移，而且曲線右移，而且“鼻尖鼻尖溫度下降。這是因為，碳含溫度下降。這是因為，碳含量上升，形成貝氏體時所需要擴散的碳的數量上升。量上升，形成貝氏體時所需要擴散的碳的數量上升。鋼的常用合金元素中，除了鋼的常用合金元素中，除了Co和和Al加速貝氏體相變速度外，加速貝氏體相變速度外，其他合金元素如其他合金元素如Mn、Ni、Cu、Cr、Mo、W、Si、V以及少量以及少量貝氏體都延緩貝氏體的形成，同時也使貝氏體相變溫度范圍貝

40、氏體都延緩貝氏體的形成，同時也使貝氏體相變溫度范圍下降，其中下降，其中Mn、Cr、Ni的影響最為顯著。鋼中同時參加多種的影響最為顯著。鋼中同時參加多種合金元素，其相互影響比較復雜。合金元素，其相互影響比較復雜。l合金元素影響碳在奧氏體和鐵素體中的擴散速度；合金元素影響碳在奧氏體和鐵素體中的擴散速度；l合金元素影響到在一定溫度下的相間自由能差，從而影響合金元素影響到在一定溫度下的相間自由能差，從而影響B(tài)s點和在點和在Bs點以下給定溫度的相變驅動力，對于穩(wěn)定奧氏體的點以下給定溫度的相變驅動力，對于穩(wěn)定奧氏體的元素如鎳、錳、碳等而言，均使元素如鎳、錳、碳等而言，均使Bs點降低，并減緩貝氏體的點降低，

41、并減緩貝氏體的轉變速度；轉變速度；l形成強碳化物的元素如鉻、鉬、鎢、釩等，由于與碳原子的形成強碳化物的元素如鉻、鉬、鎢、釩等，由于與碳原子的親和力較大而在奧氏體中形成某種親和力較大而在奧氏體中形成某種“原子集團原子集團，使共格相，使共格相界面移動困難，從而減緩貝氏體的轉變速度。界面移動困難，從而減緩貝氏體的轉變速度。l奧氏體晶粒大小和奧氏體化溫度奧氏體晶粒大小和奧氏體化溫度 一般認為，奧氏體晶粒大小對貝氏體轉變速度影響較小。一般認為，奧氏體晶粒大小對貝氏體轉變速度影響較小。提高奧氏體化溫度，使奧氏體成分更加均勻，延緩了碳的提高奧氏體化溫度，使奧氏體成分更加均勻，延緩了碳的再分配過程，使貝氏體轉

42、變孕育期增長，轉變速度減慢。再分配過程，使貝氏體轉變孕育期增長，轉變速度減慢。l應力和塑性變形應力和塑性變形l通常拉應力能促使貝氏體轉變加速。奧氏體在一定的應力通常拉應力能促使貝氏體轉變加速。奧氏體在一定的應力時會顯著促進貝氏體形核和加速碳原子的擴散。時會顯著促進貝氏體形核和加速碳原子的擴散。l在高溫在高溫8001000穩(wěn)定的奧氏體區(qū)進行塑性形變，將穩(wěn)定的奧氏體區(qū)進行塑性形變，將使隨后貝氏體轉變的孕育期增長，轉變速度減緩，轉變不使隨后貝氏體轉變的孕育期增長，轉變速度減緩，轉變不完全程度增大；而在低于完全程度增大；而在低于Bs溫度一般為溫度一般為450的介穩(wěn)的介穩(wěn)奧氏體區(qū)進行塑性變形時，結果相反

43、。奧氏體區(qū)進行塑性變形時，結果相反。l奧氏體冷卻過程中在不同溫度停留奧氏體冷卻過程中在不同溫度停留l在珠光體在珠光體貝氏體區(qū)間的亞穩(wěn)區(qū)停留將加速貝氏體的形成；貝氏體區(qū)間的亞穩(wěn)區(qū)停留將加速貝氏體的形成；l在貝氏體區(qū)上部停留，使奧氏體局部地發(fā)生轉變，將減緩隨在貝氏體區(qū)上部停留，使奧氏體局部地發(fā)生轉變，將減緩隨后在更低溫度的貝氏體轉變；后在更低溫度的貝氏體轉變；l在貝氏體區(qū)下部或馬氏體區(qū)停留，使奧氏體局部地發(fā)生轉變，在貝氏體區(qū)下部或馬氏體區(qū)停留，使奧氏體局部地發(fā)生轉變，將使隨后在更高溫度的貝氏體轉變加速。將使隨后在更高溫度的貝氏體轉變加速。六、貝氏體的機械性能六、貝氏體的機械性能l貝氏體中鐵素體的影

44、響貝氏體中鐵素體的影響l 貝氏體中鐵素體的晶?；騺喚ЯＴ郊毿?，貝氏體的貝氏體中鐵素體的晶?；騺喚ЯＴ郊毿?，貝氏體的強度就越高，而且韌性有時還有所提高。貝氏體中鐵素體強度就越高，而且韌性有時還有所提高。貝氏體中鐵素體的晶粒大小主要取決于奧氏體晶粒大小影響鐵素體條的的晶粒大小主要取決于奧氏體晶粒大小影響鐵素體條的長度和形成溫度影響鐵素體條的厚度，但以后者為長度和形成溫度影響鐵素體條的厚度，但以后者為主。貝氏體形成溫度越低，貝氏體中鐵素體晶粒的整體尺主。貝氏體形成溫度越低，貝氏體中鐵素體晶粒的整體尺寸就越小，貝氏體的強度和硬度就越高。寸就越小，貝氏體的強度和硬度就越高。影響貝氏體力學性能的主要因素影

45、響貝氏體力學性能的主要因素 貝氏體鐵素體往往較平衡狀態(tài)鐵素體的碳含量稍高，但一般貝氏體鐵素體往往較平衡狀態(tài)鐵素體的碳含量稍高，但一般0.25%。貝氏體鐵素體的過飽和度主要受形成溫度的影響，形。貝氏體鐵素體的過飽和度主要受形成溫度的影響，形成溫度越低，碳的過飽和度就越大，其強度和硬度上升，但韌性成溫度越低，碳的過飽和度就越大，其強度和硬度上升，但韌性和塑性降低較少。和塑性降低較少。 貝氏體鐵素體的亞結構主要是纏結位錯。隨相變溫度下降，貝氏體鐵素體的亞結構主要是纏結位錯。隨相變溫度下降，位錯密度上升，強度和韌性上升。隨貝氏體鐵素體的亞結構尺寸位錯密度上升，強度和韌性上升。隨貝氏體鐵素體的亞結構尺寸

46、減小，強度和韌性也上升。減小，強度和韌性也上升。l貝氏體中滲碳體的影響貝氏體中滲碳體的影響l 根據彌散強化機理，碳化物顆粒尺寸越細小，數量越多，根據彌散強化機理，碳化物顆粒尺寸越細小，數量越多，對強度的奉獻就越大。在滲碳體尺寸相同情況下，貝氏體中對強度的奉獻就越大。在滲碳體尺寸相同情況下，貝氏體中滲碳體數量上升，那么硬度和強度上升，韌性和塑性下降。滲碳體數量上升，那么硬度和強度上升，韌性和塑性下降。 滲碳體的數量主要取決于鋼中的碳含量。貝氏體中滲碳體滲碳體的數量主要取決于鋼中的碳含量。貝氏體中滲碳體可以是片狀、粒狀、斷續(xù)桿狀或層狀。一般來說，滲碳體為粒狀可以是片狀、粒狀、斷續(xù)桿狀或層狀。一般來說，滲碳體為粒狀時貝氏體的韌性較高，為細小片層狀時其強度較高，為斷續(xù)桿狀時貝氏體的韌性較高，為細小片層狀時其強度較高，為斷續(xù)桿狀或層狀時其脆性較大?；驅訝顣r其脆性較大。 通常，滲碳體等向均勻彌散分布時，強度較高，韌性較好。通常，滲碳體等向均勻彌散分布時，強度較高，韌性較好。在在B上上中滲碳體易定向不均與分布，且顆粒較粗大，而在中滲碳體易定向不均與分布，且顆粒較粗大，而在B下下中滲中滲碳體分布較為均勻，且顆粒較細小，所以碳體分布較為均勻，且顆粒較細小，所以B上上的強度和韌性要比的強度和韌性要比B下下低很多。低很多。l其他因素的影響其他因素的影響l 由于