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1、论文题目：贝氏体钢的研究摘要本论文通过对贝氏体的组织特征、性能及形成机理研究得出：贝氏体钢具有高强度、高硬度、高韧性、优良的焊接性能。通过贝氏体组织与其他类型钢的综合性能的比较表明贝氏体钢在实际应用中可减少钢材的使用量，提高钢材使用寿命，节约热处理费用，降低成本。贝氏体钢大规模的推广使用能节约社会资源。减少环境污染，具有显著的经济及社会效益。关键词：过冷奥氏体、贝氏体、马氏体题目类型：工程设计类囗、工程技术研究类囗、软件开发类囗AbstractThe function of bainite steel and microstructure and properties of bainite s
2、teel has been investigated . The results show that bainite steel has higher strength, high toughness and better jointing properties. Comparing with other microstructure, the bainite steel can reduce the amount of usage of the steel material in actual application ,exaltation the steel material servic
3、e life ,save natural resources, economize the hot processing expenses, decline low cost. The wide application of bainite steel , which save natural resources and reduce the pollution of the environment ,can make good economic and social performance.Keyword: austenite, bainite, martensiteSubject type
4、: Engineering design囗、Engineering technology research囗、 Software development囗目录绪论4一、贝氏体的定义51.1贝氏体的定义51.2贝氏体的分类5二、贝氏体组织与马氏体组织的区别72.1 贝氏体与马氏体组织形态的区别72.2贝氏体与马氏体性能的比较8三、钢中贝氏体的转变机制123.1贝氏体相变温度区域123.2贝氏体转变机理123.3 上、下贝氏体转变机制的比较133.4形成贝氏体的反应动力学143.5控制贝氏体转变速度的因素143.6合金元素的作用15四、钢的过冷奥氏体转变图174.1过冷奥氏体的等温转变曲线174.
5、2影响C曲线的因素184.3 从等温转变曲线看贝氏体转变的特性194.4过冷奥氏体的连续冷却转变曲线224.5CCT曲线和C曲线的比较和应用23五、高强度、高韧性贝氏体钢的设计265.1钢种设计的一般原则265.2 贝氏体钢和等温淬火贝氏体钢设计295.2.1 贝氏体组织的获得295.2.2 贝氏体的强度和韧性335.3贝氏体钢与其他钢齿轮轴的比较计算365.4贝氏体钢的应用415.4.1贝氏体钢应用于制造汽车前轴425.4.2贝氏体钢耐磨钢球435.4.3贝氏体钢在其它方面的应用43六、结论45七、实验46-贝氏体组织的等温生成46参考文献48致谢49附录：英文资料50绪论材料是人类生产和社
6、会发展的重要物质基础，也是日常生活中不可分割的一个组成部分。自从地球上有了人类至今，材料的利用和发展构成了人类文明发展史的里程碑：从原始时期的石器时代开始，在经历了青铜器时代和铁器时代，将人类带入了农业社会；18世纪钢铁时代的来临，造就了工业社会的文明；尤其是近百年来，随着科学技术的迅猛发展和社会需求，新材料更是层出不穷，出现了“高分子材料时代”、“半导体材料时代”、“先进陶瓷材料时代”、“复合材料时代”和即将进入的“纳米材料时代”。目前，能源、信息和材料已成为现代科技和现代文明的三大支柱，而在这三者之间，材料又是最重要的基础。历史证明，每一次重大新技术的发现，往往都依赖于材料的发展。目前机械
7、工业面临着朝高速、自动化、高精密方向发展，在机械产品的设计和制造过程中，涉及金属材料和热处理方面的问题日益增长，机械工业与金属材料及热处理学科之间的关系愈加密切。实践表明，合理选用金属材料，适当确定热处理工艺，妥善安排工艺路线对充分发挥金属材料本身的性能潜力，保证材料具有良好的加工工艺性能，获得理想的实用性能，提高产品零件的质量，节省金属材料，减少能源消耗，减低生产等方面有重大的影响。其中钢的研究是颇为重要的。因为钢是一种应用最广泛的金属材料，这主要是因为钢能严格地按照技术工艺规范，较廉价地进行大量生产。此外，钢还可以提供从具有良好延性和韧性的中等强度水平到具有足够延性的高强度这样一个很宽范围
8、的机械性能。因此，铁和钢占整个工业用合金重量的80%以上，就不足为怪了。钢也许已形成最庞大的一类常用合金。贝氏体钢能用空冷等缓慢冷却以获得高强度，避免了钢以淬火所造成的变形和裂纹等严重问题，避免了薄壁或形状复杂零件在成形加工后的淬火、回火处理所带来的生产困难，因此，它具有十分优异的热处理工艺性能。由于低碳，这类有高的塑性，因而有优异的变形加工和焊接性能。由于这类钢有高强度、高塑性和韧性，有着发展高强度、高韧性钢的广阔前景。随着中国经济的平稳发展，各工业部门对钢材的需求显著增加，特别是机械电子工业。在机械电子工业中，又以工程机械行业、农机行业与食品机械行业、机械基础件行业、汽车工业、集装箱行业、
9、石化行业、船舶工业、铁路行业等对钢材的需求量增长较快，并且对钢材的品质要求也越来越高。特别是最近几年煤炭、焦碳、铁矿石供应趋紧并且价格持续上涨，使快速方便生产优质钢材的研究具有重要的意义。一、贝氏体的定义1.1贝氏体的定义在绪论中指出，前人是从显微组织、转变动力学和现已摒弃的浮凸效应等方面来定义贝氏体的；同时又提出，应以转变动力学和显微组织为基础，在分析研究各类贝氏体转变机制基础上概括出它们的共性来定义贝氏体。先概括出贝氏体转变的一些共性：（1）贝氏体转变是过冷奥氏体在中温转变区发生的转变，贝氏体是过冷奥氏体中温转变的产物；（2）贝氏体转变有转变前的孕育期，转变速率以碳在奥氏体中的扩散速率作为
10、控制因素，属于扩散型相变；（3）贝氏体转变以相变驱动力及由此而来的切应力、碳原子在奥氏体中的扩散和铁原子的自扩散三者作为支配因素；（4）贝氏体转变过程主要是贝氏体铁素体的成核和成长过程；（5）在等温转变曲线图中，从等温温度看，随着等温温度的降低，作为主导因素的来自相变驱动力的切应力发生明显的变化，因而在不同温度范围内生成了不同形态的粒状贝氏体、上贝氏体、和下贝氏体。但是，这些贝氏体都是以贝氏体铁素体亚结构作为结构基元的成核和成长形成的。应属于一类。随着等温时间的增长，转变的主导因素由切应力转化为铁原子的自扩散能力，铁素体以块体转变生成，并因而形成块状贝氏体。从转变机制看，应属于另一类。随着转变
11、量的增加，当切应力消耗到不足以促进贝氏体转变继续进行时，转变终止，具有转变的不完全性。根据上述各类贝氏体转变的共性，为贝氏体作出如下的定义：钢中的贝氏体是过冷奥氏体在中温转变区以贝氏体转变生成的具有不同形态的组织，是碳化物（渗碳体）分布在过饱和碳的铁素体基体上的两相混合物。而贝氏体转变是以相变驱动力所提供的切应力、碳在奥氏体中的扩散和铁原子的自扩散三者作为支配因素，以碳在奥氏体中的扩散作为速率控制因素的半扩散型转变。1.2贝氏体的分类过去在命名贝氏体时，多以贝氏体的组织形态、或者说，光学显微组织特征作为基础的，突出的例子是粒状贝氏体；上贝氏体、下贝氏体是以形成温度来定义贝氏体的，但是，为了便于
12、识别和区分各类贝氏体，对它们均赋予了一定的典型组织形态，通常是从组织形态来理解它们的性质的。由于定义各类贝氏体时是为了便于识别和区分它们，它们的典型组织主要是突出形态的某些特殊性而不是共性，因此，当试图根据各类贝氏体的共性来定义贝氏体是，发现根据显微组织来寻求共性是很困难的。以粒状贝氏体和上贝氏体为例，从形态上看，甚至从组织组成物的性质看，它们之间有很大的不同，但从转变机制看，它们在贝氏体铁素体的成核和成长等方面都是相同的，它属于一类。如果用转变机制来定义贝氏体，则贝氏体仅有两类：一类是以切应力作为主导因素的贝氏体铁素体成核和成长、转变生成的贝氏体，包括粒状贝氏体、上贝氏体、下贝氏体；另一类是
13、切应力失去主导作用后，铁原子自扩散作为主导因素的铁素体以块体转变生成的块状贝氏体。至于柱状贝氏体和反常贝氏体，从一些资料看，在高压下，即在大应力作用下生成的柱状贝氏体其贝氏体铁素体为细密的分枝条束；过共析钢中的反常贝氏体，除粗大的先共析碳化物外，贝氏体铁素体呈条束状。它们均应属于以切应力为主导因素的成核成长转变机制生成的贝氏体，并可能与上贝氏体、下贝氏体铁素体成长机制相似；只是由于作用应力和先共析碳化物生成对贝氏体铁素体的成核、成长过程产生了一定的影响，因而对贝氏体铁素体的形态有了影响，成为组织形态不同于通常的或典型的上、下贝氏体的柱状贝氏体和反常贝氏体。二、贝氏体组织与马氏体组织的区别2.1
14、 贝氏体与马氏体组织形态的区别（一）贝氏体组织1上贝氏体组织上贝氏体中存在铁素体和渗碳体两个相，铁素体呈黑色，而渗碳体呈亮白色，成束的、大致平行的铁素体板条自奥氏体晶界的一侧或两侧向奥氏体晶粒内部长大，渗碳体以不连续、条状或片状形式分布于许多平行而密集的铁素体之间。铁素体条较宽，呈现羽毛状，在铁素体条内分布有位错亚结构。如图2.1.1所示。图2.1.1上贝氏体组织2.下贝氏体组织下贝氏体组织也是两相组织，由铁素体和碳化物组成。下贝氏体形成晶核的部位，大多数在奥氏体晶界上，也有相当数量是在奥氏体晶粒内部，呈现黑色针状。碳化物在一般在铁素体内部，并且排列成行，以一定的角度（一般为5560度）与下贝
15、氏体针的长轴相交。如图2.1.2所示。图2.1.2下贝氏体（二）马氏体组织马氏体的组织形态与钢的成分、原始奥氏体晶粒的大小以及形成条件有关。奥氏体晶粒愈粗，形成的马氏体片愈粗大。反之形成的马氏体片就愈细小。其形态主要分为两大类，即板条马氏体和片状马氏体。影响马氏体形态的主要因素是奥氏体的碳的质量分数。碳的质量分数低于0.25%时为典型的板条马氏体；碳的质量分数大于1.0%，几乎全是片状马氏体；碳的质量分数在0.251.0%之间时，是板条状和片状两种马氏体的混合组织。1. 板条马氏体板条马氏体又称为低碳马氏体，它的立体形态呈细长的板条状。显微组织表现为一束束细条状的组织，每束内的条与条之间以小角度晶界分开，束与束之间有较大的方向差，在板条马氏体内有大量位错缠结的亚结构。所以板条马氏体也称为位错马氏体。如图2.1.4所示。图2.1.4板条马氏体2. 片状马氏体片状马氏体又称为高碳马氏体，它的立体形态呈针状或双凸透镜状，显微组织仅是其截面形态。马氏体片一般不穿越奥氏体晶界，先形成的马氏体片可以横贯整
