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1、贝氏体相变贝氏体相变贝氏体贝氏体(B)转变的基本特征转变的基本特征一一.贝氏体转变温度范围贝氏体转变温度范围在在A1以下，以下，MS以上，有一转变的上限温度以上，有一转变的上限温度BS和和下限温度下限温度Bf，碳钢的碳钢的BS约为约为550左右。左右。二二.贝氏体转变产物贝氏体转变产物一般地，贝氏体转变产物为一般地，贝氏体转变产物为相与碳化物的二相相与碳化物的二相混合物，为非层片状组织。混合物，为非层片状组织。相形态类似于相形态类似于M而而不同于珠光体中的不同于珠光体中的F。三三.转变动力学转变动力学由形核与长大完成，等温转变动力学图是由形核与长大完成，等温转变动力学图是C形。形。1 1深思虑
2、深思虑四四.转变的不完全性转变的不完全性转变结束时总有一部分未转变的转变结束时总有一部分未转变的A，继续冷却，继续冷却AM，形成，形成B+M+AR组织，其中组织，其中AR为残余为残余A。五五.扩散性扩散性转变形成高碳相和低碳相，故有碳原子扩散，转变形成高碳相和低碳相，故有碳原子扩散，但合金元素和铁原子不扩散或不作长程扩散。但合金元素和铁原子不扩散或不作长程扩散。六六.晶体学特征晶体学特征贝氏体形成时，有表面浮突，位向关系和惯习贝氏体形成时，有表面浮突，位向关系和惯习面接近于面接近于M。总之，贝氏体转变的某些特征与。总之，贝氏体转变的某些特征与P相似，某些方面又与相似，某些方面又与M相似。相似。
3、2 2深思虑深思虑一一.上贝氏体上贝氏体B上上B上上在在B转变的较高温度区域内形成，对于中、高转变的较高温度区域内形成，对于中、高碳钢碳钢,此温度约在此温度约在350 550区间。组织为区间。组织为(F+碳化物碳化物)的二相混合物。其形态在光镜下为的二相混合物。其形态在光镜下为羽毛状羽毛状(见图见图)。在电镜下为一束平行的自在电镜下为一束平行的自A晶界长入晶内的晶界长入晶内的F条。束条。束内内F有小位向差，束间有大角度差，有小位向差，束间有大角度差，F条与条与M板条相板条相近。碳化物分布在铁素体条间，随近。碳化物分布在铁素体条间，随A中含碳量增高，中含碳量增高，其形态由粒状向链状甚至杆状发展其
4、形态由粒状向链状甚至杆状发展(见图见图)。F内亚结构为位错，惯习面为内亚结构为位错，惯习面为111A，与，与A之间的位向接近之间的位向接近K-S关系，碳化物惯习面为关系，碳化物惯习面为227A，与，与A有确定位向关系。有确定位向关系。5-1贝氏体组织形态和晶体学贝氏体组织形态和晶体学贝氏体有下列主要的组织形态：贝氏体有下列主要的组织形态：3 3深思虑深思虑上贝氏体 形态4 4深思虑深思虑二二.下贝氏体下贝氏体B下下在在B转变的低温转变区形成，大致在转变的低温转变区形成，大致在350，组织为，组织为(F+碳化物碳化物)的二相混合物。的二相混合物。F的形态的形态与与A碳含量有关碳含量有关：碳量低时
5、呈板条状碳量低时呈板条状(见图见图)。碳量高时，呈片状碳量高时，呈片状(见图见图)。片内存在细小碳化。片内存在细小碳化物，呈短杆状与物，呈短杆状与F的长轴成的长轴成55-60度，成分为度，成分为Fe3C或或Fe2-3C。5 5深思虑深思虑钢中典型下贝氏体组织示意图钢中典型下贝氏体组织示意图6 6深思虑深思虑粒状贝氏体粒状贝氏体在一定的冷速范围内连续冷却得到的，组在一定的冷速范围内连续冷却得到的，组织为织为(F+A)的二相混合物。其形态为的二相混合物。其形态为F基体上分基体上分布着小岛状的布着小岛状的A(见图见图)。富碳的。富碳的A小岛在随后的小岛在随后的冷却过程中有三种可能冷却过程中有三种可能
6、：分解为分解为F与碳化物；与碳化物；转变为转变为M；以以A态保留至室温。态保留至室温。7 7深思虑深思虑无碳化物贝氏体无碳化物贝氏体在靠近在靠近BS的温度处形成这种贝氏体，是由的温度处形成这种贝氏体，是由F+A组成。是在组成。是在A晶界上形成了晶界上形成了F核后，向晶内核后，向晶内一侧成束长大，形成的平行的板条束，条间为一侧成束长大，形成的平行的板条束，条间为富碳的富碳的A，板条宽度随转变温度下降而变窄，板条宽度随转变温度下降而变窄。继续冷却，继续冷却，A可能转变为可能转变为M，P，B(其他类型其他类型)或保留至室温。或保留至室温。F条形成时在抛光表面会形成条形成时在抛光表面会形成浮凸浮凸。B
7、与与A的位向关系为的位向关系为K-S关系，惯习面为关系，惯习面为111A。8 8深思虑深思虑5-3贝氏体转变热力学及转变机制贝氏体转变热力学及转变机制一一.贝氏体转变过程贝氏体转变过程贝氏体转变可有三种可能贝氏体转变可有三种可能：(1)奥氏体分解为平衡浓度的奥氏体分解为平衡浓度的+Fe3C，即，即+Fe3C(2)奥氏体先析出先共析铁素体，即奥氏体先析出先共析铁素体，即+1,1在随后的冷却过在随后的冷却过程中进一步转变程中进一步转变。(3)奥氏体以马氏体相变方式先形成同成分的奥氏体以马氏体相变方式先形成同成分的(过饱和过饱和)，然后，然后分解成分解成Fe3C及低饱和度及低饱和度，即，即(过饱和过
8、饱和)，+Fe3C，经计算后发现：经计算后发现：以方式以方式(1)机制转变的相变驱动力最大，这就表示机制转变的相变驱动力最大，这就表示(2)、(3)中中的的1和和都是热力学不稳定的，最终要分解为平衡相都是热力学不稳定的，最终要分解为平衡相和和Fe3C.以以(3)中的切变方式转变，驱动力为中的切变方式转变，驱动力为180J/mol，而在，而在BS时相变时相变的阻力在的阻力在600J/mol以上以上,阻力大于驱动力阻力大于驱动力,所以至少在贝氏体转变所以至少在贝氏体转变的上限温度的上限温度(3)中的方式不可能而以中的方式不可能而以(2)中的中的1扩散方式进行。扩散方式进行。9 9深思虑深思虑二二.
9、转变时碳的扩散转变时碳的扩散贝氏体转变时，由于温度较高，会存在碳原子的贝氏体转变时，由于温度较高，会存在碳原子的扩散。扩散。根据钢中含碳量的不同根据钢中含碳量的不同，A中碳量中碳量(或点阵参数或点阵参数)会随时间的不同而发生不同的变化，会随时间的不同而发生不同的变化，A中形成中形成贫碳贫碳及富碳区及富碳区。如图，由上图可见。如图，由上图可见，对于中碳钢对于中碳钢，在等温在等温转变孕育期期间转变孕育期期间，奥氏体的碳含量已经有了明显的奥氏体的碳含量已经有了明显的提高提高，这意味着在奥氏体中已出现了局部小范围的低这意味着在奥氏体中已出现了局部小范围的低碳区碳区，为形成低碳的贝氏体铁素体作好了准备为
10、形成低碳的贝氏体铁素体作好了准备。以后以后随贝氏体转变的进行随贝氏体转变的进行，奥氏体碳含量不断升高奥氏体碳含量不断升高。由由图图b可见可见，碳含量为碳含量为1.18%时时，在孕育期及转变初期在孕育期及转变初期，奥氏体碳含量基本不变奥氏体碳含量基本不变，以后随着转变的进行以后随着转变的进行，奥奥氏体碳含量显著下降氏体碳含量显著下降，这是因为自奥氏体中析出了碳这是因为自奥氏体中析出了碳化物化物。当碳含量高达当碳含量高达1.39%时时，由图由图c可见可见，在孕育在孕育期期，奥氏体碳含量就有了明显的下降奥氏体碳含量就有了明显的下降，这表明这表明，等温等温一开始就自奥氏体析出了碳化物一开始就自奥氏体析
11、出了碳化物1010深思虑深思虑等温转变量（曲线等温转变量（曲线1）及奥氏体点阵常数（曲线）及奥氏体点阵常数（曲线2）与等温时间的关系与等温时间的关系1111深思虑深思虑5-4贝氏体转变过程贝氏体转变过程 1.无碳化物贝氏体无碳化物贝氏体(高温范围转变高温范围转变)，组织为，组织为F+A(富碳富碳)。(1)A中形成贫碳及富碳区，首先是在贫碳区形成中形成贫碳及富碳区，首先是在贫碳区形成F核核；(2)由于转变温度较高，碳原子可在由于转变温度较高，碳原子可在F中越过中越过F/A界面向界面向A扩扩散，直至达到平衡浓度散，直至达到平衡浓度；(3)A，F界面上的碳原子向界面上的碳原子向A中远离界面处扩散中远
12、离界面处扩散；(4)继续形成继续形成F核，并长大成条核，并长大成条；(5)A继续富化，当达到继续富化，当达到Fe3C浓度时会析出浓度时会析出Fe3C，在继续冷，在继续冷却或保温过程中却或保温过程中A也能发生转变，成为也能发生转变，成为P、M、其它类型、其它类型B或保留至室温成为残余奥氏体或保留至室温成为残余奥氏体AR。整个过程可见图。整个过程可见图。1212深思虑深思虑2.上贝氏体转变上贝氏体转变(中温范围转变，在中温范围转变，在350 550之间之间)，组织为，组织为F+Fe3C。(1)在在A中贫碳区形成中贫碳区形成F核核；(2)碳越过碳越过F/A界面向界面向A扩散扩散；(3)由于温度降低，
13、碳不能进由于温度降低，碳不能进行远程扩散，而在行远程扩散，而在A界面附近界面附近堆积，堆积，形成形成Fe3C；(4)同时同时F长大，形成羽毛状上长大，形成羽毛状上贝氏体贝氏体。可见可见,上贝氏体的转变上贝氏体的转变速度受碳在速度受碳在A中扩散控制。中扩散控制。整整个过程可见图。个过程可见图。1313深思虑深思虑3下贝氏体转变下贝氏体转变(低温范围转变，低低温范围转变，低于于350)(1)在贫碳区形成在贫碳区形成F核，具有过饱和核，具有过饱和的碳的碳；(2)由于温度低，碳原子不能越过由于温度低，碳原子不能越过F/A界面扩散至界面扩散至A中中；(3)碳原子在碳原子在F内扩散内扩散；(4)在在F内一
14、定晶面上析出内一定晶面上析出Fe3C，以，以降低能量降低能量,同时铁素体长大同时铁素体长大。可见可见,下贝氏体转变速度受碳下贝氏体转变速度受碳在在F中的扩散所控制。整个过程可中的扩散所控制。整个过程可见图。见图。冷却过程中的几种转变的主要冷却过程中的几种转变的主要特征见下表。特征见下表。1414深思虑深思虑不同温度的贝氏体形成示意图不同温度的贝氏体形成示意图1515深思虑深思虑 综上所述，不同形态贝氏体中的铁素体综上所述，不同形态贝氏体中的铁素体都是通过都是通过切变机制切变机制形成的，只是因为形成温形成的，只是因为形成温度不同，使铁素体中的碳脱溶以及碳化物的度不同，使铁素体中的碳脱溶以及碳化物
15、的形成方式不同而导致贝氏体组织形态的不同。形成方式不同而导致贝氏体组织形态的不同。 碳的碳的扩散及脱溶沉淀扩散及脱溶沉淀是控制贝氏体相变是控制贝氏体相变及其组织形态的基本因素。阻碍碳的扩散或及其组织形态的基本因素。阻碍碳的扩散或碳化物沉淀的合金元素都会提高富碳奥氏体碳化物沉淀的合金元素都会提高富碳奥氏体的碳浓度而提高其稳定性。的碳浓度而提高其稳定性。1616深思虑深思虑珠光体、贝氏体、马氏体转变主要特征珠光体、贝氏体、马氏体转变主要特征珠光体、贝氏体、马氏体转变主要特征珠光体、贝氏体、马氏体转变主要特征内内容容珠光体转变珠光体转变贝氏体转变贝氏体转变马氏体转变马氏体转变温度范围温度范围高高温温
16、中中温温低低温温转变上限温度转变上限温度A1BSMS领先相领先相渗碳体或铁素体渗碳体或铁素体铁素体铁素体形核部位形核部位奥氏体晶界奥氏体晶界上贝氏体在晶界上贝氏体在晶界,下下贝氏体大多在晶内贝氏体大多在晶内在晶内在晶内转变时点阵切变转变时点阵切变无无？有有碳原子的扩散碳原子的扩散有有有有基本上无基本上无铁及合金元素原子的铁及合金元素原子的扩散扩散有有无无无无等温转变完全性等温转变完全性完完全全视转变温度定视转变温度定不完全不完全转变产物转变产物+Fe3C+Fe3C或或-Fe2-3C1717深思虑深思虑5-5贝氏体转变动力学贝氏体转变动力学一一.贝氏体等温转变动力学曲线贝氏体等温转变动力学曲线贝
17、氏体等温转变动力学曲线也呈贝氏体等温转变动力学曲线也呈S形，但与珠光体形，但与珠光体转变不同，贝氏体等温转变不能继续到终了。根据贝氏转变不同，贝氏体等温转变不能继续到终了。根据贝氏体转变动力学曲线，可作出等温转变动力学图，如图。体转变动力学曲线，可作出等温转变动力学图，如图。可见，此动力学图也呈可见，此动力学图也呈C形。转变在形。转变在BS温度以下才能实温度以下才能实行，转变速度先增后减行，转变速度先增后减。近年来，由于测试灵敏度的提高，人们发近年来，由于测试灵敏度的提高，人们发现贝氏体转变的现贝氏体转变的C曲线是由二个独立的曲线，曲线是由二个独立的曲线，即上贝氏体转变和下贝氏体转变合并而成，
18、如即上贝氏体转变和下贝氏体转变合并而成，如下图。下图。1818深思虑深思虑碳钢等温转变动力学图碳钢等温转变动力学图共析碳钢等温转变动力学示意图共析碳钢等温转变动力学示意图 1919深思虑深思虑三三.影响贝氏体转变的动力学的主要因素影响贝氏体转变的动力学的主要因素1.碳含量的影响及合金元素碳含量的影响及合金元素A A中碳含量的增加，转变时需扩散的原子量增加，转变中碳含量的增加，转变时需扩散的原子量增加，转变速度下降。速度下降。 钢的常用合金元素中，除了钢的常用合金元素中，除了CoCo和和AlAl加速贝氏体相变速加速贝氏体相变速度以外，其他合金元素如度以外，其他合金元素如MnMn、NiNi、CuC
19、u、CrCr、MoMo、W W、SiSi、V V以及少量以及少量B B都都延缓延缓贝氏体的形成，同时也使贝氏体相变温度贝氏体的形成，同时也使贝氏体相变温度范围下降，其中以范围下降，其中以MnMn、CrCr、NiNi的影响最为的影响最为显著显著。钢中同时。钢中同时加入多种合金元素，其相互影响比较复杂。加入多种合金元素，其相互影响比较复杂。2.奥氏体晶粒大小和奥氏体化温度的影响奥氏体晶粒大小和奥氏体化温度的影响奥氏体晶粒越大，晶界面积越少，形核部位越少奥氏体晶粒越大，晶界面积越少，形核部位越少，孕育孕育期越长期越长，贝氏体转变速度下降贝氏体转变速度下降；奥氏体化温度越高，奥氏奥氏体化温度越高，奥氏
20、体晶粒越大，转变速度先降后增。体晶粒越大，转变速度先降后增。2020深思虑深思虑3 3 应力和塑性变形的影响应力和塑性变形的影响拉应力拉应力使贝氏体相变使贝氏体相变加速加速。随应力增加，。随应力增加，贝氏体相变速度提高。当应力超过其屈服强度贝氏体相变速度提高。当应力超过其屈服强度时，贝氏体相变速度的提高尤为显著。时，贝氏体相变速度的提高尤为显著。 在高温区（在高温区（10001000800800）对奥氏体进行）对奥氏体进行塑塑性变形性变形，将使贝氏体相变孕育期延长，相变速，将使贝氏体相变孕育期延长，相变速度减慢，相变不完全程度增加。度减慢，相变不完全程度增加。 在中温区（在中温区（600600
21、300300）对奥氏体进行）对奥氏体进行塑塑性变形性变形，则贝氏体相变孕育期缩短，相变速度，则贝氏体相变孕育期缩短，相变速度加快。加快。 2121深思虑深思虑4 4 奥氏体冷却时在不同温度停留的影响奥氏体冷却时在不同温度停留的影响过冷奥氏体在冷却过程中在不同温度下过冷奥氏体在冷却过程中在不同温度下停留时对贝氏体相变的影响，可以分为以下停留时对贝氏体相变的影响，可以分为以下三种的情况，如图三种的情况，如图2222深思虑深思虑（1 1）在珠光体相变与贝氏体相变之间的过冷）在珠光体相变与贝氏体相变之间的过冷奥氏体奥氏体稳定区停留稳定区停留（曲线（曲线1 1）时会）时会加速加速随后的随后的贝氏体相变速
22、度。贝氏体相变速度。 实验发现在过冷奥氏体稳定区停留后有碳实验发现在过冷奥氏体稳定区停留后有碳化物析出，因此认为，由于碳化物析出降低了化物析出，因此认为，由于碳化物析出降低了奥氏体中碳和合金元素的浓度，即降低了奥氏奥氏体中碳和合金元素的浓度，即降低了奥氏体的稳定性，所以使贝氏体相变加速。体的稳定性，所以使贝氏体相变加速。2323深思虑深思虑（2 2）在贝氏体形成温度范围的高温区停留，形）在贝氏体形成温度范围的高温区停留，形成部分上贝氏体后再冷却至贝氏体相变的低温成部分上贝氏体后再冷却至贝氏体相变的低温区（曲线区（曲线2 2）时，将使下贝氏体相变的孕育期延）时，将使下贝氏体相变的孕育期延长，长，
23、降低降低其转变速度，减少最终贝氏体转变量。其转变速度，减少最终贝氏体转变量。这表明高温停留和发生部分贝氏体相变，增大这表明高温停留和发生部分贝氏体相变，增大了未转变奥氏体的稳定性。了未转变奥氏体的稳定性。 （3 3） 在在MsMs点稍下温度或在贝氏体形成温度范点稍下温度或在贝氏体形成温度范围的低温区停留，先形成少量的马氏体或下贝围的低温区停留，先形成少量的马氏体或下贝氏体后再升高至较高温度（曲线氏体后再升高至较高温度（曲线3 3）时，使随后）时，使随后的贝氏体相变的贝氏体相变加速加速。 2424深思虑深思虑5-6贝氏体的力学性能贝氏体的力学性能一一.贝氏体的强度贝氏体的强度(硬度硬度)一般地，
24、贝氏体的强度随形成温度的降低而提高一般地，贝氏体的强度随形成温度的降低而提高,如图。贝氏体的硬度与形成温度的关系与此相似如图。贝氏体的硬度与形成温度的关系与此相似。贝氏体抗拉强度与形成温度的关系贝氏体抗拉强度与形成温度的关系 2525深思虑深思虑影响贝氏体强度的因素影响贝氏体强度的因素：(1)F条条(片片)的粗细的粗细：F条条(片片)越细，晶界越多，贝氏体越细，晶界越多，贝氏体强度越高。由于强度越高。由于F条条(片片)的粗细决定于形成温度，也可的粗细决定于形成温度，也可认为，形成温度越低，条认为，形成温度越低，条(片片)越细，强度越高。越细，强度越高。(2)碳化物质点的大小与分布碳化物质点的大
25、小与分布：根据弥散强化理论，：根据弥散强化理论，碳化物颗粒愈小，分布越弥散，贝氏体强度越高。下碳化物颗粒愈小，分布越弥散，贝氏体强度越高。下贝氏体中碳化物颗粒小，颗粒量多，故下贝氏体强度贝氏体中碳化物颗粒小，颗粒量多，故下贝氏体强度高于上贝氏体。贝氏体形成温度愈低时，碳化物颗粒高于上贝氏体。贝氏体形成温度愈低时，碳化物颗粒愈小、越多，强度越高。愈小、越多，强度越高。(3)F的过饱和度，位错亚结构密度的过饱和度，位错亚结构密度：贝氏体形成温度：贝氏体形成温度低时，碳原子不易通过界面扩散，低时，碳原子不易通过界面扩散，F的过饱和增加，位的过饱和增加，位错密度增加，强度增加。错密度增加，强度增加。总
26、之，贝氏体形成温度越低，强度越高。总之，贝氏体形成温度越低，强度越高。2626深思虑深思虑二二.贝氏体的韧性贝氏体的韧性 在在350以上时，组织中大部分为上贝氏体时，以上时，组织中大部分为上贝氏体时，冲击韧性会大大下降，如图。冲击韧性会大大下降，如图。贝氏体组织的冲击韧性与形成温度的关系贝氏体组织的冲击韧性与形成温度的关系2727深思虑深思虑上贝氏体的冲击韧性低于下贝氏体的原因有上贝氏体的冲击韧性低于下贝氏体的原因有(1)脆性脆性Fe3C分布于分布于F条间，造成脆性通道条间，造成脆性通道；(2)上贝氏体由彼此平行的上贝氏体由彼此平行的F条构成，好似一个条构成，好似一个晶粒，而下贝氏体铁素体片彼此位向差很大晶粒，而下贝氏体铁素体片彼此位向差很大，能看作一个晶粒的部位尺寸很小，所以上贝能看作一个晶粒的部位尺寸很小，所以上贝氏体的有效晶粒直径远远大于下贝氏体。氏体的有效晶粒直径远远大于下贝氏体。等温淬火：等温淬火：B B下下2828深思虑深思虑
