第五章贝氏体转变

BⅠ、BⅡ、BⅢ
日本的大森在研究低碳低合金高强钢时发 现，在某些钢中的贝氏体可以明显地分为三类， 分别把这三类B称为第一类、第二类和第三类 贝氏体，并用BⅠ、BⅡ、BⅢ分别表示。 BⅠ约在600~500℃之间形成，无碳化物析出； BⅡ 约在500~450℃之间形成，碳化物在F之间 析出； BⅢ 约在450℃~Ms之间形成，碳化物分布在F 内部。
B下:350～230℃; 50～60HRC;
过饱和碳 α-Fe针叶状 FexC细片状
针叶状
B下 =过饱和碳 α-Fe针叶状 + FexC细片状
3.下贝氏体形态特征 （1）下贝氏体光学显微镜下的特征 在低碳钢（低碳低合金钢）中，下贝氏体呈板条状， 与板条马氏体相似。在高碳钢中，大量的在奥氏体晶粒内 部沿某些晶面单独的或成堆的长成竹叶状（黑色片状或针 状），立体形态呈双凸透镜状（与孪晶马氏体相似）。
低碳低合金钢中贝氏体基本形态示意图
5.2 贝氏体转变理论
• 一 转变热力学
• 钢中过冷奥氏体转变为贝 氏体，必须满足： • ΔG=GB-Gγ≤0 • 贝氏体转变属于半扩散型 相变，除新相表面能Sσ外， 还有母相与新相比容不同 产生的应变能和维持两相 共格关系的弹性应变能εV， 则贝氏体形成时系统自由 能也可以表示为： • ΔG=VΔgv+Sσ+εV≤0
另外，与珠光体转变相比，贝氏体形成时α相的 过饱和程度比珠光体α相的过饱和程度大，新相与 母相的弹性应变能εV比珠光体转变时的弹性应变能 εV大，贝氏体转变开始温度Bs在Ps之下。因此，贝 氏体转变的开始温度介于Ms和Ps之间。

二 B转变特征
贝氏体转变兼有珠光体和马氏体转变的特征， 又有其独特之处，如下： 贝氏体转变温度范围（Bs～Bf） 贝氏体转变产物 贝氏体转变通过形核和长大进行的 贝氏体转变的不完全性 贝氏体转变的扩散性 贝氏体转变的晶体学特征 贝氏体中铁素体也为碳过饱和固溶体
B上:550～350℃; 40～45HRC;
过饱和碳α-Fe条状 Fe3C细条状
羽毛状
B上 =过饱和碳 α-Fe条状 + Fe3C细条状
3.上贝氏体形态特征 （1）上贝氏体光学显微镜下的特征为羽毛状 上贝氏体中的铁素体多数呈条状，自奥氏体晶 界的一侧或两侧向奥氏体晶内伸展，渗碳体分布 于铁素体条之间。从整体上看呈羽毛状。
三 无碳化物贝氏体
1.形成温度
无碳化物贝氏体 是低碳钢在贝氏体 转变区的最上部， 在靠近BS的温度处 形成的贝氏体。
右图为30CrMnSiA 钢，450℃等温20S, 无碳化物贝氏体组 织,×100
2.组织形态
无碳化物贝氏体是一种由板条状铁素体构成 的单相组织，是由铁素体和富碳的奥氏体组成。 板条状铁素体是在奥氏体晶界上形成了铁素 体核后，自奥氏体晶界向晶内一侧成束向晶内平 行生长，形成的平行的板条束，板条状铁素体之 间没有碳化物析出，板条间为富碳的奥氏体，板 条宽度随转变温度下降而变窄。继续冷却，奥氏 体可能转变为马氏体、珠光体，贝氏体(其他类型) 或保留至室温。铁素体条形成时在抛光表面会形 成表面浮凸。 无碳化物贝氏体与奥氏体的位向关系为K-S关 系，惯习面为{111}A。亚结构为位错。
反常贝氏体组织

产生于过共析钢中，形成温度在350℃稍上。领先相为Fe3C。 左下图为1.34%C钢在550℃等温1S高碳及其合金 钢中，在贝氏体转变 的较低温度转变区形 成。柱状贝氏体中的 铁素体呈放射状，碳 化物沿一定方向分布 排列，与下贝氏体相 似。柱状贝氏体不产 生表面浮凸。
（1）.贝氏体转变的两个基本过程
贝氏体转变是一个形核和长大过程。贝 氏体转变产物为铁素体相与碳化物的二相混合 物，贝氏体转变包括铁素体的形成和碳化物析 出两个基本过程。领先相为铁素体。这两个基 本过程决定了贝氏体的两个基本组成相的形状、 尺寸、分布。
（2).铁素体的形成及其含碳量 贝氏体中铁素体是按马氏体转变机制 进行的，铁素体中含有过饱和的碳。奥氏 体冷至BS点以下－→奥氏体中碳扩散－→贫 碳区和富碳区；贫碳区－→通过切变形成 低碳马氏体－→保温时分解析出碳化物－ →贝氏体铁素体。 贝氏体铁素体的含碳量处于过饱和状 态，且过饱和度随温度下降而升高。
7、贝氏体中铁素体也为碳过饱和固溶体
贝氏体中铁素体的碳含量一般均为过饱和， 且过饱和程度随贝氏体形成温度的降低而增大， 但低于马氏体的过饱和度。
总之，贝氏体转变的某些特征与珠光体相 似，某些方面又与马氏体相似。
三 B转变动力学


1. B等温转变动力学图
与P转变相同，贝氏体等温转变动力学 曲线也呈S形，但与珠光体转变不同，贝氏 体等温转变不能继续到底。等温温度愈高， 愈接近Bs点，等温转变量愈少。根据B转变 动力学曲线，可作出等温转变动力学图。 贝氏体转变等温转变动力学图也呈C形。转 变在BS温度以下才能实行，转变速度先增后 减。B等温转变动力学特点与P转变相似。
第五章 贝氏体转变


钢中贝氏体是过冷奥氏体在中温区转 变的产物，这由钢的冷却转变图(“C曲线” 或CCT曲线)得知。其转变温度位于珠光体 温度和马氏体转变温度之间，因此称为中 温转变。这种转变的动力学特征和产物的 组织形态，兼有扩散型转变和非扩散型转 变的特征，称为半扩散型相变。 一般将具有一定过饱和度的α相和Fe3C 组成的非层状组织称为贝氏体。


（3）贝氏体转变的不完全性 （4）可部分与P、M转变重合。
四 贝氏体形成机理



特点： 1. 共格切变方式，有表面浮凸现象； 2. 转变之前A发生C的预扩散，形成贫碳区、 富碳区； 3. 新相和母相A有一定的位向关系，在一定 惯习面上形成； 4. F形成时有碳化物析出。
贝氏体转变过程
5.1 贝氏体的形成特点及其组织形态
由于转变温度的不同，贝氏体有以下几种形态： 上贝氏体、下贝氏体、粒状贝氏体、无碳化物贝 氏体、柱状贝氏体。
一 上贝氏体（B上 ）
上贝氏体是在贝氏体转变 区的较上部的温度范围(550～ 350℃)内形成的贝氏体。又称 为高温贝氏体。 1.上贝氏体的组成 上贝氏体是由铁素体和碳化 物（主要为渗碳体）组成的二 相非层片状混合物。 2.上贝氏体形成温度 上贝氏体在贝氏体转变的较 高温度区域内形成，对于中、 高碳钢，此温度约在550～ 350℃温度区间，奥氏体转变为 上贝氏体。
共析碳钢等温转变动力学图-贝氏体 转变与珠光体转变合并成一条C曲线
合金钢等温转变动力学图--贝 氏体转变与珠光体转变已分离
2.


B转变动力学特点
（1）形核长大过程，有孕育期； （2）转变速度比M慢的多；
贝氏体转变是奥氏体分解、有孕育期和领先 相（铁素体），贝氏体长大和碳化物析出受碳扩 散控制（碳在铁素体内的脱溶）。上贝氏体长大 速度取决于碳在奥氏体中的扩散，下贝氏体长大 速度取决于碳在铁素体中的扩散。
1贝氏体转变温度范围（ BS ～ Bf ）
贝氏体转变 温度在A1以下， MS以上，有一转 变的上限温度BS 和下限温度Bf ， 过冷奥氏体必须 冷到BS以下才能 发生贝氏体转变。 碳钢的BS约为 550℃左右。
2、贝氏体转变产物
一般地，贝氏体转变产物为铁素体相 与碳化物的二相混合物，为非层片状组织。 铁素体相形态类似于马氏体而不同于珠光 体中的铁素体。贝氏体形态及贝氏体中碳 化物的形态与分布是随温度而变化的。随 温度的下降，奥氏体分别转变为无碳化物 贝氏体、上贝氏体、下贝氏体。上贝氏体 中碳化物为渗碳体，分布于铁素体板条间。 下贝氏体中碳化物为ε- FexC，分布于铁 素体片内。
（2）电子显微镜下 的特征 为一束平行的 自奥氏体晶界长入 晶内的铁素体条。 束内铁素体有小位 向差，束间有大角 度差，铁素体条与 马氏体板条相近。 碳化物分布在铁素 体条间，随奥氏体 中含碳量增高，其 形态由粒状向链状 甚至杆状发展 。
（3）上贝氏体中的铁素体
铁素体呈大致平行的成束的板条状， 条与条间的位向差大约为6～18°。板条的 宽度随温度下降而变细，铁素体中含碳量 处于过饱和状态但接近于平衡态浓度。 （4）上贝氏体中的碳化物 碳化物为渗碳体，呈断续的、短杆状分 布于铁素体板条之间，其主轴方向与铁素 体板条方向平行，呈非层片状。随温度下 降，渗碳体更细。
四 粒状贝氏体
1.形成温度 低、中碳及其合金钢在上贝氏体转变区的上部， BS 以下。在一定的冷速范围内（如热扎后空冷或 正火）连续冷却得到的，组织为铁素体和奥氏体 的二相混合物。
2.组织特征 大块状或针状；其形态为铁素体基体内沿 一定方向分布一些小岛，小岛为富碳的奥 氏体，呈颗粒状或长条状。富碳的奥氏体 小岛在随后的冷却过程中有三种可能：部 分或全部分解为铁素体和碳化物；部分转 变为马氏体，形成奥氏体和马氏体双相组 织；全部保留为残余奥氏体。
（2）下贝氏 体电子显微镜 下的特征 下贝氏体中 铁素体针一边 较为平直，碳 化物呈细片状 或颗粒状分布 在铁素体针内， 排列呈行，并 与铁素体针长 轴方向呈55～ 60°夹角。
（3）下贝氏体中的铁素体 铁素体的形态与奥氏体碳含量有关：碳量低时 呈板条状。碳量高时，呈片状。铁素体呈竹叶状 （黑色片状或针状），铁素体中含碳量处于过饱和 状态且过饱和度随温度下降而升高。 （4）下贝氏体中的碳化物 铁 素 体 片 内 存 在 细 小 碳 化 物 ， 碳 化 物 为 εFexC，上部为渗碳体＋ε- FexC，呈细片状或颗粒 状分布于铁素体片内。其方向(短杆状)与铁素体的 长轴成55-60°度。随温度下降，ε- FexC更细。 （5）下贝氏体中的亚结构 位错（位错缠结），密度约为比上贝氏体高， 没有孪晶。
4、贝氏体转变的不完全性
与珠光体转变不同，贝氏体转变一般不能 进行彻底，在贝氏体转变开始后，经过一段 时间形成一定数量的贝氏体后，贝氏体转变 会停下来。转变温度愈接近Bs点，能够形成 的贝氏体愈少。
5、贝氏体转变的扩散性