第五章贝氏体转变
第5章 新2-4--贝氏体转变(2-4)
上 贝 氏 体 转 变 过 程 观 察
当转变温度较低（350- 230℃) 时，铁素体在晶界或 晶内某些晶面上长成针状，由于碳原子扩散能力低, 其迁移不能逾越铁素体片的范围，碳在铁素体的一 定晶面上以断续碳化物小片的形式析出。
下贝氏体转变
贝氏体转变属半扩散型转变，即只有碳原子扩散而 铁原子不扩散，晶格类型改变是通过切变实现的。
将减慢随后在更低温度的贝氏体转变。
3.在贝氏体区下部（或马氏体区停留），使奥氏体
部分的发生转变，将使随后在更高温度的贝氏体加 速。
影响贝氏体转变动力学的因素
(四)奥氏体冷却过程中在不同温度停留
第四节 贝氏体转变机理概述
一．切变机理
贝氏体转变的温度比马氏体要高，此时碳原子有一 定的扩散能力，因而当贝氏体中的铁素体在以切变 共格方式长大的同时，还伴随着碳原子的扩散和碳 化物从铁素体中脱熔沉淀的过程。
好，即具有良好的综合力学性能，是生产上常用的 强化组织之一。
上贝氏体 贝氏体组织的透射电镜形貌
下贝氏体
2、贝氏体转变过程 贝氏体转变也是形
核和长大的过程。
发生贝氏体转变时, 首先在奥氏体中的 贫碳区形成铁素体 晶核，其含碳量介 于奥氏体与平衡铁 素体之间，为过饱 和铁素体。
当转变温度较高（550-350℃) 时，条片状铁素体从 奥氏体晶界向晶内平行生长，随铁素体条伸长和变 宽，其碳原子向条间奥氏体富集，最后在铁素体条 间析出Fe3C短棒，奥氏体消失，形成B上 。
火马氏体相近
贝氏体转变
1、贝氏体的组织形态及 性能
过冷奥氏体在550℃230℃ (Ms)间将转变为贝 上贝氏体 氏体类型组织，贝氏体 用符号B表示。
贝氏体转变 ppt课件
以(3)中的切变方式转变，驱动力为180J/mol，而在BS时相变 的阻力在600 J/mol以上, 阻力大于驱动力, 所以至少在贝氏体转变 的上限温度(3)中的方式不可能而以(2)中的γ→α＋γ1扩散方式进行 。
2020/12/27
8
§5-3 贝氏体转变热力学及转变机制
一. 贝氏体转变过程
贝氏体转变可有三种可能：
(1) 奥氏体分解为平衡浓度的α+Fe3C，即γ→α+Fe3C (2) 奥氏体先析出先共析铁素体，即γ→α+γ1, γ1在随后的冷却过 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α'(过饱和)，然后 α'分解成Fe3C及低饱和度α''，即γ→α'(过饱和)，α'→α''+ Fe3C， 经计算后发现：
2. 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，孕育
期越长，贝氏体转变速度下降；奥氏体化温度越高，奥氏
体晶粒越大，转变速度先降后增。
2020/12/27
20
3 应力和塑性变形的影响
拉应力使贝氏体相变加速。随应力增加， 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。
降，这表明，等温一开始就自奥氏体析出了碳化物
2020/12/27
10
等温转变量（曲线1）及奥氏体点阵常数（曲线2）
2020/12/27
与等温时间的关系
11
§5-4 贝氏体转变过程
热处理原理之贝氏体转变
P转变 高温 A1 K或F
A晶界
无 有 有 完全 α+Fe3C
B转变
M转变
中温
低温
BS
MS
铁素体
B上在晶界 B下大多在晶内
有
有
有
基本上无
无
无
视转变温度定 不完全
α+Fe3C(ε)
α′
6
7.2 贝氏体的组织形态和亚结构
由于BF和碳化物的形态与分布情况多变，使B显 微组织呈现为多种形态。据此，通常将B分为：
碳化物为Cem或ε-碳化物，碳化物呈细片状或颗粒 状，排列成行，约以55°～60°角度与B下的长轴 相交，并且仅分布在F片内部。
钢的化学成份、A晶粒度和均匀化程度，对B下的组 织形态影响较小。
14
⑶ 晶体学特征及亚结构
B下中α相的惯习面比较复杂， 有人测得为{110}γ，有人测得 为{254}γ及{569}γ；
⑴ 形成温度范围 稍高于B上的形成温度
⑵ 组织形态 其组织是由F和 富碳的A组成。
16
F呈块状(由F针片组成)； 富碳的A呈条状，在F基体 上呈不连续分布。
F的C%很低，接近平衡状态， 而A的C%却很高。
富碳A在随后的冷却过程中 可能发生三种不同的转变：
部分或全部分解为F和碳化物； 可能部分转变为孪晶片状M，
BⅢ约在450℃～Ms之间形成，碳化物分布在F内部。
21
7.3 贝氏体转变过程及其热力学分析
㈠ 贝氏体转变过程
⑴ 贝氏体转变的两个基本过程
无碳化物贝氏体 B上、B下均是由铁素体和
粒状贝氏体
碳化物组成的复相组织，
贝 氏
上贝氏体
因此，贝氏体转变应当包
体
第五章贝氏体转变
G
Gγ
Gα′
GB Gp
Ms T0
Bs B0
Ar1 A1
T
图13-1
与马氏体相变比较，贝氏体转变时碳的扩散降 低了α相的过饱和含碳量，弹性应变能εV减小；碳 的脱溶使贝氏体与奥氏体的比容差降低，相变时由 于体积变化引起的应变能减小，使α相的自由能降 低，新相与母相自由能差ΔG增加，相变驱动力增 大，因此贝氏体转变开始温度Bs在Ms之上。
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。
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
贝氏体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。
6、贝氏体转变的晶体学特征
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：
第五章贝氏体相变
上海应用技术学院 材料工程系
4
表 5-1 珠光体、马氏体、贝氏体转变特点的比较
转变温度范围 扩散性
珠光体转变
Ar1 ~ 550℃ 铁与碳可扩散
领先相
渗碳体
共格性
无
组成相
两相组织 α-Fe + Fe3C
合金元素
扩散
贝氏体转变 550 ℃~Ms 碳可扩散，铁不能扩散
铁素体 有
两相组织 > 350 ℃，α-Fe(C) + Fe3C < 350 ℃，α-Fe(C) + FexC
上海应用技术学院 材料工程系
53
（四）下贝氏体的形成机理
②与此同时，由于温度低，BF中 碳的过饱和度很大。同时，碳 原子已不能越过BF/A相界面扩 散到奥氏体中去，所以就在BF 内部析出细小的碳化物。
上海应用技术学院 材料工程系
54
③随着BF中碳化物的析出，自由能 进一步降低，以及比容降低所导 致的应变能下降，将使已形成的 BF片进一步长大。同时，在其侧 面成一定角度也将形成新的下贝 氏体铁素体片。
上海应用技术学院 材料工程系
29
上贝氏体的韧性大大低于下贝氏体的原因：
①上贝氏体由彼此平行的BF板条构成， 好似一个晶粒；而下贝氏体的BF片 彼此位向差很大，即上贝氏体的有效 晶粒直径远远大于下贝氏体。
②上贝氏体碳化物分布在BF板条间。
上海应用技术学院 材料工程系
30
总之，随着贝氏体形成温度的 降低，强度逐渐增加，韧性并不 降低，反而有所增加，使下贝氏 体具有优良的综合力学性能。
上海应用技术学院 材料工程系
19
(a)
(b)
图5-6 (a)上贝氏体组织示意图
贝氏体转变
二、贝氏体转变的基本特征 兼有P转变与M转变的某些特征。主要特征： 1、转变有上、下限温度 对应A1及MS，B转变有上限温度BS。A须过冷到BS以下才能发生B转变。 合金钢BS点容易测定，碳钢BS点由于有珠光体转变干扰，很难测定。 下限温度Bf，可高于MS，也可低于MS。 2、转变产物为非层片状 F与θ两相非层片状混合组织，F形态不同于P中的F而类似于M。 组织形态与转变温度密切相关，包括F相的形态、大小以及碳化物的类 型及分布等。 3、形核及长大 也是形核、长大过程，可等温形成，也可连续冷却形成。等温转变需 要孕育期，等温转变动力学曲线呈S形，等温转变图呈“C”字形。 精确测定，是由两条C曲线合并而成，表明，贝氏体转变很可能包含两 种不同的转变机制。
贝氏体转变量与等温温度t的关系示意图
（二）贝氏体等温形成图 等温转变动力学曲线也呈S形，但与P转变不同，B转变不能进行到底。等温 温度愈高，愈接近BS点，等温转变量愈少。 B等温转变动力学图也呈C形。BS点以下，温度降低，等温转变速度先增后 减，在等温动力学图中也有一个鼻子 对于碳钢，P转变与B转变的C曲线重叠在一起，故合并成一个C曲线。
(a)
(b) 低碳钢下贝氏体形态 a) 超低碳 b) Fe-0.15%C-3.0%Mn
(a)
(b) 中、高碳钢下贝氏体形态 a) 45钢 b) 0.9%C-1.3%Si-1.1%Cr钢
下贝氏体F片与条也是由亚单元组成。亚单元沿一个 平直的边形核，并以约60°的倾斜角向另一边发展，最后 终止在一定位置，形成锯齿状边缘。 下贝氏体F亚结构为位错，密度较高可形成缠结。未 发现孪晶亚结构。 下贝氏体F碳含量远高于平衡碳含量。
(010)θ //(1 1 1)α ，
[103]θ //[011]α 。
热处理原理之贝氏体转变
在钢铁工业中的应用
贝氏体转变在钢铁工业中广泛应用于提高材料的强度 、韧性、耐磨性和耐腐蚀性。通过控制贝氏体转变过 程，可以优化钢铁材料的组织和性能，以满足不同工 程应用的需求。
例如，在汽车制造中，采用贝氏体转变处理的高强度钢 材能够显著提高汽车的安全性能和轻量化水平。
在有色金属中的应用
例如，在陶瓷刀具制造中，通过贝氏体转变处理，可以显著提高刀具的韧性和使用寿命，使其在切削 过程中保持锋利且不易崩刃。
THANKS
谢谢您的观看
氏体转变的有效控制。
应力的控制
应力状态对贝氏体转变也有一定影响。在热处理过程 中施加应力可以改变材料的热膨胀和收缩行为，从而 影响贝氏体的相变过程和组织结构。
在某些情况下，施加适当的应力可以促进贝氏体转变 的进行，提高材料的机械性能。然而，应力的引入也 可能导致材料变形或开裂，因此应谨慎控制。
05
04
贝氏体转变的控制方法
温度控制
温度是影响贝氏体转变的重要因素。 通过控制加热和冷却温度，可以调节 贝氏体的形貌、相组成和机械性能。
VS
加热温度决定了奥氏体化的程度，而 冷却温度则决定了贝氏体的相变行为 。通过精确控制温度，可以实现贝氏 体转变的优化控制。
时间控制
时间控制也是贝氏体转变的重要参数。加热和冷却时间对贝氏体的形成和转变有显著影响。
有色金属如铜、铝、钛等在贝氏体转 变过程中表现出良好的塑性和韧性， 使得它们在航空航天、石油化工、医 疗器械等领域得到广泛应用。
通过贝氏体转变处理，有色金属的耐 腐蚀性能和高温稳定性得到提高，为 各种极端环境下的应用提供了可靠的 材料保障。
在陶瓷材料中的应用
陶瓷材料具有高硬度、高耐磨性和耐高温等特性，但在断裂韧性和塑性方面存在不足。通过引入贝氏 体转变，可以改善陶瓷材料的韧性和延展性。
五章贝氏体转变
材料与冶金学院 金属材料工程系金属热处理第五章 贝氏体转变主讲教师从善海3.贝氏体转变温度范围是介于珠光体和马氏体转变之间，故又称 贝氏体转变温度范围B 上B 下550~350℃350℃~Ms连续淬火图5-2贝氏体连续转变曲线图5-2贝氏体连续转变曲线●在电子显微镜下可以清楚地看到在平行的条状铁素体之间常存在断续的粗条状的渗碳体。
上贝氏体中铁素体的亚结构是位错，其密度约为108~109cm-2，比板条马氏体低2~3个数量级。
随着形成温度降低，位错密度增大。
上贝氏电镜相组织4000×图针状下贝氏体示意图B上B下（a）非碳化物形成元素(b) 碳化物形成元素5. 塑性变形（P137图5-24）☆A在低温进行塑性变形,使B转变速度加快，促进B形核与碳原子扩散系数D↑。
☆A在较高温区塑性变形，出现了A→B转变速度变慢，（影响了贝氏体切变）。
6. 冷却时在不同温度下停留的影响贝氏体淬火常采用分级。
图5-25 三种不同贝氏体③曲线3：先冷至低温形成少量M或B下，然后再升到淬火工艺方案铁素体魏氏组织：白色为先共析铁素体，黑色的组织组成物为珠光体渗碳体魏氏组织：白色为先共析渗碳体，黑色的组织组成物为珠光体魏氏组织形成特征(1)C(1)C<<0.6%, C>1.2 %;(2)奥氏体晶粒粗大;(3)冷却速度适中。
形成区域形成条件W区是魏氏组织的形成区。
贝氏体转变的主要特征(3篇)
第1篇一、贝氏体转变的概述贝氏体转变是指金属在一定的温度范围内，从奥氏体向贝氏体转变的过程。
在这个过程中，金属的组织结构发生了显著的变化，从而导致金属的性能发生改变。
贝氏体转变主要发生在低碳钢、低合金钢和某些高合金钢中。
二、贝氏体转变的主要特征1. 温度范围贝氏体转变的温度范围较窄，大约在280℃至550℃之间。
在这个温度范围内，奥氏体晶粒开始发生转变，形成贝氏体。
当温度低于280℃时，贝氏体转变速率会显著降低，甚至停止；当温度高于550℃时，贝氏体转变会逐渐向马氏体转变过渡。
2. 组织结构贝氏体转变后，金属的组织结构发生了显著的变化。
具体表现为：（1）奥氏体晶粒细化：在贝氏体转变过程中，奥氏体晶粒逐渐细化，晶粒尺寸减小，有利于提高金属的强度和硬度。
（2）贝氏体形态：贝氏体由贝氏体铁素体和渗碳体（或碳化物）组成。
贝氏体铁素体以片状、针状或羽毛状形态出现，渗碳体以细小的片状或针状形态存在。
（3）贝氏体晶粒尺寸：贝氏体晶粒尺寸与奥氏体晶粒尺寸密切相关。
一般来说，奥氏体晶粒越细，贝氏体晶粒也越细。
3. 性能变化贝氏体转变后，金属的性能发生了显著的变化，具体表现在以下方面：（1）强度和硬度：贝氏体转变后，金属的强度和硬度显著提高。
这是由于贝氏体组织中的贝氏体铁素体和渗碳体相互作用，使得金属的晶粒尺寸减小，晶界增多，从而提高了金属的强度和硬度。
（2）韧性：贝氏体转变后，金属的韧性也得到一定程度的提高。
这是因为贝氏体转变过程中，部分奥氏体晶粒转变为贝氏体铁素体，使金属的组织结构更加均匀，有利于提高金属的韧性。
（3）疲劳性能：贝氏体转变后，金属的疲劳性能得到显著提高。
这是因为贝氏体组织中的贝氏体铁素体和渗碳体相互作用，使得金属的晶粒尺寸减小，晶界增多，从而提高了金属的疲劳性能。
4. 热处理工艺贝氏体转变的热处理工艺主要包括以下两个方面：（1）贝氏体转变温度：贝氏体转变温度对金属的组织结构和性能具有重要影响。
一般来说，贝氏体转变温度越高，贝氏体晶粒越细，金属的强度和硬度越高。
第5章 贝氏体转变
2、粒状贝氏体
形成温度→接近Bs，高于上B 形成温度→接近Bs，高于上B转变温度 形态
板条F+富碳岛状 板条F+富碳岛状A 富碳岛状A 冷却转变：F+K；M+残余 残余A 残余A 冷却转变：F+K；M+残余A；残余A 有浮凸；C%接近平衡 接近平衡； 有浮凸C%接近平衡； F中有亚单元
成分：低、中碳合金钢（Cr、Ni 、Mo） Mo） 成分： 中碳合金钢（Cr、 冷却：焊接、正火、 冷却：焊接、正火、热轧连续冷却出现 与粒状组织区别： F+富 岛状A 与粒状组织区别：块F+富C岛状A（无取 向、无浮凸），与粒B共存 无浮凸），与粒 ），与粒B
§5 贝氏体转变的动力学
一、B转变的动力学特点 1、上、下B转变机制不同 实验→转变全激活能不同；C%↑→激活能 激活能↑ 实验→转变全激活能不同；C%↑→激活能↑ 2、根据实验数据计算： 根据实验数据计算： 的全激活能分别与碳在A 上、下B的全激活能分别与碳在A和F中的扩散 激活能相近→ 转变受C 中扩散控制； 激活能相近→上B转变受C在A中扩散控制； 转变受C 下B转变受C在F中扩散控制 中碳化物分别从A 析出（有争议） 上、下B 中碳化物分别从A和F析出（有争议）
§3 贝氏体转变过程及热力学
一、转变过程 一、转变过程 1、F生长和碳化物析出两个过程→组织、性 生长和碳化物析出两个过程→组织、 能变化 2、奥氏体中碳的再分配 俄歇分析→孕育期和转变期间→ 俄歇分析→孕育期和转变期间→碳的再分配 晶界、晶内有贫碳区（有利于F形核） 晶界、晶内有贫碳区（有利于F形核） Fe、合金元素无再分配现象 Fe、 合金% 碳%、合金%、转变温度影响碳的再分配 碳化物容易析出） （碳% 高→ 碳化物容易析出）
贝氏体转变的特点
相变之间的中温区时，将发生贝氏体相变，亦称为典型的上贝氏体组织在光镜下观察时呈羽毛状、条状或针状，少数呈椭圆形或矩形。
光镜下电镜下素体条增多并变薄，条间渗碳体的数量增多，其形态也由粒状变为链珠状、短杆状、直至断续条状。
为间形成。
渗碳体，也可以是ε-碳化物，主要分布在铁素体条内部。
下贝氏体既可以在奥氏体晶界上形核，也可以在奥氏体晶粒内部形核。
光镜下电镜下下贝氏体中铁素体的碳含量远远氏体铁素体相似，也是往高于上贝氏体铁素体，而且未发现有孪晶亚结体相变区无碳化物贝氏体示意图）体相变区状(岛状)富碳奥氏体贝氏体相变是由一个单相（γ）转变为两个相（α相和碳化物）的过程，所以相变过程中子的扩散。
贝氏体相变时产生氏体保持一定的晶体学位向关系。
转变温度范围①转变的两个基本过程贝氏体的转变包含铁素体的成长和碳化物的析出两个过程。
Fe -Fe3C平衡状态图育期内由于碳原子的扩散重新分配，在奥氏体内形成富碳区和贫碳区，其Ms Bs奥氏体和贝氏体自由能与温度的关系素体的碳含量减低，则使其自由能降低，增大了新、母相自由能的差值。
某合金钢等温转变动力学示意图贝氏体和珠光体的转变曲线轮廓合为一条某合金钢等温转变动力学示意图(珠光体转变与贝氏体转变已分离)生的，贝氏体相变主要受碳的扩散所控制。
中的扩散速度所控制。
1）化学成分的影响温转变为碳含量增高，形成贝氏体时需要扩散的碳的数量入多种合金元素，其相互影响比较复杂。
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。
高，有利于碳的扩散，故使贝氏体相变（（分上贝氏体后再冷却至贝氏体相变的低温区（曲线2）时，将使下贝氏体相变的孕育期延长，速度，减少最终贝氏体转变量。
要低，体时脆性转折温度突然下降，其原因可能是：。
贝氏体转变
在此温度范围内，铁原子已难以扩散，而碳原子还能进行扩散，1.什么是贝氏体：贝氏体是由F和碳化物组成的非层片状组织。
2.上贝氏体：由于其中碳化物分布在铁素体片层间，脆性大，易引起脆断，因此，基本无实用价值。
下贝氏体：铁素体片细小且无方向性，碳的过饱和度大，碳化物分布均匀，弥散度大，因而，它具有较高的强度和硬度、塑性和韧性。
在实际生产中常采用等温淬火来获得下贝氏体，以提高材料的强韧性。
贝氏体转变的基本特征--兼有珠光体转变与马氏体转变的某些特征1．贝氏体转变有上、下限温度B s,Bf，点Bf与Ms无关2．转变产物为非层片状3．贝氏体转变通过形核及长大方式进行氏体不能全部转变为贝氏体) 5．转变的扩散性6．贝氏体转变的晶体学(“表面浮凸”)7．贝氏体铁素体也为碳过饱和固溶体.第二节以及柱状贝氏体等。
变区的上部(高温区)形成，所以称为上贝氏体。
在光学显微镜下观察呈羽毛状，故又称羽毛状贝氏体。
上贝氏体中铁素体呈板条状成束地自晶界向奥氏体晶内长人，不会穿越奥氏体晶界。
铁素体束由位向差很小的细小铁素体板条组成，这些板条称为“亚基元”在一束中，每个亚基元长到一定尺寸后，新的亚基元将优先在束的尖端而不是侧面形核特征：上贝氏体中的铁素体形成时可在抛光试样表面形成浮突。
上贝氏体中铁素体的惯习面为{111}，与奥氏体之间的位向关系为K-S 关系。
碳化物的惯习面为{227}，与奥氏体之间也存在一定的位向关系。
因此一般认为碳化物是从奥氏体中直接析出的。
上贝氏体铁素体束的宽度通常比相同温度下形成的珠光体铁素体片大，其亚结构为位错，位错密度较高，可形成缠结。
渗碳体的形态取决于奥氏体的碳含量，碳含量低时，渗碳体沿条间呈不连续的粒状或链珠状分布，随钢碳含量的增加，上贝氏体亚基元变薄，渗碳体量增多，并由粒状、链状过渡到短杆状甚至可分布在铁素体亚基元内。
形成温度：随形成温度的降低，α相变薄、变小，渗碳体也更细小和密集。
2、下贝氏体:1. 形成温度范围:下贝氏体大约在350℃-Ms之间形成，当碳含量很低时，其形成温度可能高于350℃与上贝氏体相似，下贝氏体也是由铁素体和碳化物组成的两相混合组碳含量低时呈板条状，碳含量高时呈透镜片状，碳含量中等时两种形在下贝氏体铁素体内部总有细微碳化物沉淀。
第五章 贝氏体转变
32
第五章 贝氏体体转变
A3
Acm
A1
贫碳区
t1
T0
t2
c1 c2
贝氏体铁素体按马氏体切变机制形成的说明
33
第五章 贝氏体体转变
2. 贝氏体等温转变动力学
B转变的等温形成图也具有C字形，在Bs温度 以下随等温温度降低，孕育期先增后减具有一个鼻 子，对于碳钢，由于P转变与B转变C曲线重叠在一 起，因此合并成一个C曲线。
30
第五章 贝氏体体转变
在B转变过程中，伴随着碳原子的扩散，从而降 低了B中的F的碳含量，使F的自由能降低，而 引起新旧两相的自由能差ΔGv升高，同时B与A 之间的比体积差较小，使体积变化产生的应变 能减小ΔGe 。形成温度高，长大速度慢，A强 度低，使A塑变和共格界面移动克服的阻力减小， 这些都引起ΔGe减小，使B转变可以在Ms以上 的温度下进行，即Bs高于Ms。
44
第五章 贝氏体体转变
奥氏体晶粒大小对贝氏体转变的影响 C1.4%，Mn1%，1000－1250℃奥氏体化，冷至1000 ℃ ，停留5分
45
第五章 贝氏体体转变
（四）应力的影响 拉应力使B转变速度增加，尤其对下B更显著。 压应力的作用不清楚。
46
第五章 贝氏体体转变
（五）塑性变形 1、在较高温度（1000~800 ℃ ）范围内对A进 行塑性变形，将使A向B转变的孕育期增长，转 变速度下降，转变的不完全程度增大。 原因：一方面变形使A中的缺陷密度增加，有 利于C原子的扩散，有利于B转变的进行；而另 一方面，A形变后会产生多边化亚结构，这对B 中F的共格生长是不利的。通常以后者的作用 为主。
42
第五章 贝氏体体转变
（二）合金元素
5 贝氏体转变
∆G=-∆GV+∆GS+∆GE+∆GP
只有当∆G<0时，贝氏体相变才能够发生。
T<Bs，但Bs>Ms点。
因为A中碳的再分配 →F的C%降低→F的 M B 自由能降低；比容差小→通常Bs高于Ms。
s s
结论：先从A贫碳区形成低碳M →随后析出 碳化物
台阶方式形成
4) 碳化物的成分和类型
合金在B转变中不进行再分配→碳化物与 钢中的合金含量大致相同。 碳化物类型为渗碳体或ε
碳化物类型与成分、转变温度、持续时间 有关
温度低、时间短，形成ε 含Si高，延缓渗碳体析出，形成ε
5.3.2 贝氏体转变的热力学分析
(2) 影响贝氏体强度的因素
1) B中F的晶粒大小(晶粒细化) 形成温度越低，B中F晶粒越细小，B强度 越高。
2) 碳化物的弥散度和分布状况
B下形成温度越低，碳化物弥散度越大， 弥散强化对B下强度贡献越大。 若碳化物分布在F板条间，弥散强化效应 很小。
3) 固溶强化(程度低于M)
C的固溶强化：随形成温度↓，贝氏体F中 C过饱和度↑，但比同种钢的M含碳量要低 得多，C的固溶强化对强度贡献要小得多。
F按照台阶方式长大，受C在A中扩散控制
实验证实上B是此机理，但下B不是
台阶存在的原因不清楚
5.5 贝氏体转变的动力学
5.5.1 贝氏体转变动力学的特点 (1) 上、下B转变机制不同 实验：
全激活能
上、下B转变全激活能不同
动力学测定数据(转变时间与温度关系)， 结果也证实。
5.5.1 贝氏体转变动力学的特点
热处理原理及工艺-第五章
二、贝氏体转变的特点和晶体学
由于贝氏体转变温度介于珠光体转变和马氏体转变之间，因而 使贝氏体转变兼有上述两种转变的某些特点： 贝氏体转变也是一个形核和长大的过程，其领先相一般是铁素 体（除反常贝氏体外），贝氏体转变速度远比马氏体转变慢； 贝氏体形成时会产生表面浮凸； 贝氏体转变有一个上限温度（Bs），高于该温度则不能形成， 贝氏体转变也有一个下限温度（Bf），到达此温度则转变终止； 贝氏体转变也具有不完全性，即使冷至Bf温度，贝氏体转变也 不能进行完全；随转变温度升高，转变的不完全性愈甚； 贝氏体转变时新相与母相奥氏体间存在一定的晶体学取向关系。
氏体晶界的一侧或两侧向晶粒内部延伸僻展；而下贝氏体的
表面浮凸往往相交呈“Λ”形，而且还有一些较小的浮凸在先 形成的较大浮凸的两侧形成。
下贝氏体中铁素体的碳含量远远高于平衡碳含量。下贝 氏体铁素体的亚结构与板条马氏体与上贝氏体铁素体相似， 也是缠结位错，但位错密度往往高于上贝氏体铁素体，而且 未发现有孪晶亚结构存在。
当温度稍低时，碳原子在铁素体中仍可以顺利的进行扩散，但在奥氏体中的
当温度较高时，碳原子在铁素体和奥氏体中都有相当的扩散能
力，故在铁素体片成长的过程中可不断通过铁素体—奥氏体相
界面把碳原子充分地扩散到奥氏体中去，这样就形成了由板条 状铁素体组成的无碳化物贝氏体。由于相变驱动力小，不足以 补偿在更多的新相形成时所需消耗的界面能和各种应变能，因 而形成的贝氏体铁素体较少，铁素体板条较宽。
B上中的铁素体形成时可在抛光试样表面形成浮 凸。B上中铁素体的惯习面为{111}g，与奥氏体之间的 位向关系为K-S关系。碳化物的惯习面为{227}g，与奥 氏体之间也存在一定的位向关系，因此一般认为碳化 物是从奥氏体中直接析出的。
动力学作业-贝氏体转变
通过贝氏体转变，可以改变钢的韧性特性，使其在受到外力 作用时不易脆化或断裂，从而提高钢的安全可靠性。
金属材料的加工处理
金属材料的热处理
贝氏体转变是金属材料热处理过程中 的重要反应之一，通过控制贝氏体转 变可以改善金属材料的机械性能和物 理性能。
金属材料的成形加工
在金属材料的成形加工中，贝氏体转 变可以影响材料的塑性和韧性，从而 影响其成形加工性能。
贝氏体转变的熵变与焓变
贝氏体转变过程中，由于原子排列的有序化，体 系的熵减小，焓增加。
熵变和焓变的大小取决于温度、合金元素含量以 及转变完成程度。
熵变和焓变对贝氏体转变的驱动力和相变过程有 重要影响，进而影响钢的性能。
04
贝氏体转变的微观结构
贝氏体的微观形貌
羽毛状贝氏体
在光学显微镜下观察，贝氏体呈现为一种羽毛状的 形态，这是由于铁素体板条在转变过程中发生扭曲 和交叉所形成的。
03
贝氏体转变的热力学
贝氏体转变的热力学条件
温度条件
贝氏体转变通常在钢的Ms点以 下的温度范围内进行，Ms点是 钢开始奥氏体向贝氏体转变的 温度。
成分条件
钢中的合金元素对贝氏体转变 有显著影响，一些合金元素如 碳、镍、锰等能够推迟贝氏体 转变，而一些元素如铬、硅、 铝等则能够促进贝氏体转变。
时间条件
贝氏体转变过程中，碳原子从奥氏体中的无序状态转变为有序状 态，导致晶体结构发生变化。
贝氏体转变的特性
贝氏体转变是非扩散性转变，碳原子在转变过程中 不发生显著的迁移。
贝氏体转变过程中，晶体结构发生改变，导致物理 性能的变化。
贝氏体转变温度范围较窄，通常只有几十度，因此 转变速度相对较快。
贝氏体转变的分类
贝氏体转变
贝氏体转变钢中的贝氏体是过冷奥氏体在中温区域分解后所得的产物，它—一般是由铁素体和碳化物所组成的非层片状组织。
钢中的贝氏体转变首先于1930年作了研究和阐述，我国柯俊教授在这方面亦曾作过有益的贡献，这种转变是在钢经奥氏体化以后过冷到中温区域时发生的，故又称为中温转变，以区别过冷到高温区域时所发生的高温转变(主要指珠光体转变)，以及过冷到低温区域时所发生的低温转变(即马氏体转变)。
这种转变的动力学以及所获得的组织兼有扩散型的珠光体转变和无扩散型的马氏体转变中所观察到的某些动力学和组织特征，所以贝氏体转变又称为中间阶段转变，或简称为中间转变。
贝氏体转变，是将钢加热获得奥氏体，再过冷到中温区域时发生的。
冷却可以采用等温保持，也可以采用连续冷却的方式。
贝氏体常常具有优良的综合机械性能，强度和韧性都较高。
为了获得贝氏体，除了采用等温淬火的方法以外，也可在钢中加入合金元素、冶炼成贝氏体钢，如我国的14CrMnMoVB和14MnMoVB等。
这类钢在连续冷却的条件下即可获得贝氏体。
因此，研究贝氏体转变具有很大的实际意义。
同时，由于贝氏体转变兼有珠光体转变和马氏体转变的某些特征，所以，研究贝氏体转变也将有助于珠光体转变和马氏体转变理论研究的发展。
贝氏体按其组织形态(或转变机理)来分，大致可以分为以下六种：(1) 上贝氏体；(2) 下贝氏体；(3) 无碳化物贝氏体(4) 粒状贝氏体(5) 柱状贝氏体(6)反常贝氏体在这六种贝氏体中，以上贝氏体和下贝氏体为最常见，也研究得最早，最细致。
上贝氏体上贝氏体的形成温度比下贝氏体的高，所以上贝氏体又称为高温贝氏体。
上贝氏体是一种两相组织，由铁素体和渗碳体所组成。
上贝氏体的典型组织形态如图。
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(有时还有残留奥氏体)分布于铁素体板条之间。
从整体来看呈现为羽毛状，所以上贝氏体又称为聚毛状贝氏体。
图中的其余部分为马氏体。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
材料与冶金学院 金属材料工程系
金属热处理
第五章 贝氏体转变
主讲教师
从善海
3.贝氏体转变温度范围是介于珠光体和马氏体转变之间，故又称 贝氏体转变温度范围
B 上B 下
550~350℃
350℃~Ms
连续淬火
图5-2贝氏体连续转变曲线
图5-2贝氏体连续转变曲线
●在电子显微镜下可以清楚地
看到在平行的条状铁素体之间
常存在断续的粗条状的渗碳体。
上贝氏体中铁素体的亚结构是
位错，其密度约为108~109cm-
2，比板条马氏体低2~3个数量
级。
随着形成温度降低，位错
密度增大。
上贝氏电镜相组织4000×
图针状下贝氏体示意图
B上
B下
（a）非碳化物形成元素(b) 碳化物形成元素
5. 塑性变形（P137图5-24）
☆A在低温进行塑性变形,使B转变速度加快，促进B形核
与碳原子扩散系数D↑。
☆A在较高温区塑性变形，出现了A→B转变速度变慢，
（影响了贝氏体切变）。
6. 冷却时在不同温度下停留的影响
贝氏体淬火常采用分级。
图5-25 三种不同贝氏体
③曲线3：先冷至低温形成少量M或B下，然后再升到
淬火工艺方案
铁素体魏氏组织：
白色为先共析铁素体，黑
色的组织组成物为珠光体
渗碳体魏氏组织：白色
为先共析渗碳体，黑色
的组织组成物为珠光体
魏氏组织形成特征
(1)C
(1)C<<0.6%, C>1.2 %;
(2)奥氏体晶粒粗大;
(3)冷却速度适中。
形成区域
形成条件
W区是魏氏组织的形成区。