第五章 贝氏体相变

珠光体、马氏体、贝氏体转变特点比较
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第三节 贝氏体相变机制
过程： 1）过冷奥氏体向贝氏体铁素体的转变； 2）贝氏体碳化物的析出。 切变机制和台阶机制 切变学派认为，贝氏体是指在中温转变时切变形 成的非片层状产物； 台阶派认为，贝氏体为“共析分解的非片层状产 物”。
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1）上贝氏体
i）在较高温度范围内形成； ii）大致平行、含碳稍微过饱和的铁素体板条为 主体，板条间分布短棒状或短片状碳化物； iii）形成温度：350550º C； IV）光学显微镜：羽毛状、条状或针状；
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V）上贝氏体铁素体是稍微过饱和的铁素体，板 条内的亚结构是高密度位错； VI）上贝氏体铁素体与奥氏体的关系：K-S关系 碳化物与奥氏体之间是Pitsch关系。
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第五节 贝氏体的力学性能
1）对同一种钢而言，通常贝氏体的强度和硬度 低于马氏体，而比珠光体高得多；贝氏体的塑 性和韧性比马氏体好，但比珠光体低得多。 2）一般来说，下贝氏体具有高的强度、高的韧 性和高的耐磨性；而上贝氏体的强度低、韧性 差。
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Ms
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柯俊贝氏体相变假说
形成马氏体时总的自由能变化
G = −V GV + S + E
如果相变时伴随着碳的脱溶， 由高碳奥氏体转变为低碳马 氏体的单位体积自由能变化 将增大，因此相变开始点将 上升至MsHL； 并且，奥氏体与贝氏体的比 体积差小于奥氏体与马氏体 的比体积差，所以贝氏体转 变时弹性能E较小。
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第五章 贝氏体相变wenku.baidu.com
第一节 贝氏体相变的基本特征 第二节 贝氏体的组织结构 第三节 贝氏体相变机制 第四节 贝氏体相变动力学
第六节 贝氏体的力学性能
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第一节 贝氏体相变的基本特征
钢在高温形成的奥氏体过冷到珠光体转变区 与马氏体相变区之间中温区时，将发生贝氏 体相变，即中温转变。
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2、贝氏体相变的台阶机制
台阶机制与切变机制相对立。贝氏体是非层状 共析反应的产物，即一种特殊的共析反应。
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根据台阶机制，贝氏体相变与珠光体转变的主要 不同点是转变时移动的界面不同。在奥氏体晶界 处形成的相与一侧的奥氏体保持半共格关系， 两者之间存在一定位向关系；而与另外一侧的奥 氏体界面则为非共格界面。半共格界面通过台阶 机制推移得到贝氏体铁素体，非共格界面通过扩 散机制推移得到珠光体。 主要障碍：相变时的浮凸。台阶机制认为浮凸不 是切变机制造成的，而使由铁素体和奥氏体的比 容不同造成。 Yuxi Chen
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5、其它类型贝氏体
包括所谓的反常贝氏体及柱状贝氏体。
1）反常贝氏体出现在过共析钢中，因为以渗碳体作为 领先相。 2）柱状贝氏体一般产生在高碳碳素钢或高碳中合金钢 中，呈柱状铁素体组织，铁素体中碳化物有规律排列。
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2、贝氏体的形成过程 i）高温范围的转变 高温区将转变为无碳化物贝氏体。 在较高温度范围内，碳过饱和度较小，贝氏 体铁素体形成后，过饱和的碳可以通过界面迅 速进入奥氏体，并迅速向纵深扩散。若奥氏体 的碳含量不高，不会析出碳化物，于是得到贝 氏体铁素体及碳富化的奥氏体，即无碳化物贝 氏体。
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IV）应力
拉应力可以加快贝氏体相变。
V）塑性变形
高温时对奥氏体进行塑性变形，将使贝氏体相变孕育 期延长，转变速度减慢； 中温区对奥氏体进行塑性变形，则贝氏体相变孕育期 缩短，相变速度加快。
VI）冷却时在不同温度下停留
曲线1，过冷奥氏体在稳定区停留会加速 随后的贝氏体相变；按曲线2，先形成的 上贝氏体会降低下贝氏体转变速度； 按曲线3，先形成的少量马氏体或下贝氏 体会加速的贝氏体转变速度。
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3、无碳化物贝氏体
i）在上贝氏体转变区的上部温度范围内形成, 为 一组大致平行的贝氏体铁素体束，每个板条束 由若干大致平行的铁素体板条形成。因铁素体 内无碳化物析出，故称为无碳化物贝氏体。铁 素体针片之间为珠光体或马氏体或者两者的混 合组织。 ii）与奥氏体的关系：K-S关系
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1、贝氏体相变的切变机制
贝氏体相变产生浮凸——类似马氏体相变 奥氏体分解为铁素体和碳化物——碳原子扩散 因此一般认为贝氏体相变过程是马氏体相变加 碳原子扩散。
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恩金的贫富碳理论假说
在贝氏体相变前奥氏体中已经发生了碳的扩 散和重新分配，形成了贫碳区和富碳区。在贫 碳区发生马氏体相变而形成低碳马氏体，然后 马氏体迅速回火形成过饱和的铁素体和渗碳体 的机械混合物，即贝氏体。在富碳区首先析出 渗碳体，使其碳浓度下降称为贫碳区，然后在 新的贫碳区通过马氏体相变形成马氏体，尔后 又通过回火成为铁素体与渗碳体的机械混合物。
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ii）中温范围内的转变
中温区转变为上贝氏体。 界面附近的奥氏体中的碳含量将伴随着贝 氏体铁素体的生长而显著升高，当奥氏体中析 出碳化物，形成羽毛状上贝氏体。
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iii）低温范围的转变 低温区将转变为下贝氏体。 初形成的贝氏体铁素体过饱和度较大，形态 由板条状转变为凸透镜片状。 IV）粒状贝氏体的形成也是在高温区。 贝氏体相变的领先相是铁素体，不同形态贝氏 体的铁素体都是通过切变机制形成。形成温度 不同，使铁素体中碳脱溶及碳化物的形成方式 不同而导致贝氏体组织形态的不同。
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4、粒状贝氏体
一般是低、中碳合金钢的奥氏体在以一定速度 连续冷却时，或在稍高于上贝氏体的形成温度 等温时形成。由条状贝氏体铁素体与分布在板 条界面、呈岛状物组成，岛状物多为马氏体和 奥氏体，称M-A岛。
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2）相变产物（铁素体和碳化物，非层片状组织） i）贝氏体：由铁素体和碳化物两相组成。 ii）贝氏体不是层片状产物，而是在不同转 变温度下得到不同类型贝氏体。 3）相变动力学（形核长大，等温，变温） i）通过形核、长大方式进行； ii）贝氏体即可等温形成，也可变温形成； iii）其等温转变动力学图也呈现C型。
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第二节 贝氏体的组织结构
贝氏体的定义：贝氏体是钢铁奥氏体化后，过 冷到珠光体转变温度区与Ms之间的中温区等温， 或连续冷却通过这个中温区时形成的组织。这 种组织是由过饱和固溶体和碳化物组成。 上贝氏体、下贝氏体、无碳化物贝氏体、粒状 贝氏体以及柱状贝氏体等。
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1、影响贝氏体力学性能的因素
i）贝氏体铁素体条或片的粗细（细晶强化） 条或片越细小，则贝氏体强度越高。 ii）弥散碳化物质点（弥散强化） 碳化物的颗粒直径越小，数量越多，则强度越 大。下贝氏体碳化物颗粒较小，而上贝氏体碳化 物颗粒较粗大，且分布不均匀。 iii）其他因素（固溶强化，位错亚结构强化） 贝氏体形成温度越低，则碳的过饱和度越大， 位错密度增加。 Yuxi Chen
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2、贝氏体的强度和硬度
贝氏体屈服强度经验公式： 0.2 = 16.4 (−12.6 + 11.3 d −1/2 + 0.98 n1/4) d：贝氏体铁素体晶粒尺寸； n：每平方毫米截面中碳化物颗粒数。
3、贝氏体的韧性
下贝氏体韧性优于上贝氏体。 上贝氏体中存在粗大碳化物，裂纹扩展迅速。 下贝氏体碳化物颗粒细小，不易形成裂纹，也 不易扩展。
上贝氏体和下贝氏体；
其相变机制没有定论（切变学派、扩散学派）
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贝氏体相变的基本特征
既有马氏体相变特征，又有珠光体转变特征。 1）温度范围（宽，Bs，Bf） i）转变温度范围较宽，且转变前有孕育期。 ii）贝氏体转变也存在一个上限温度Bs和下限 温度 Bf
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2、下贝氏体
i）在较低温度范围内形成； ii）双凸透镜状片状碳过饱和的铁素体片，片间 分布与片的长轴呈55º ～65º 角平行排列碳化物； iii）形成温度：350º C以下
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IV）光学显微镜：类似细的针条状马氏体 亚结构：高密度位错 V）下贝氏体铁素体与奥氏体的关系：K-S关系 下贝氏体中碳化物只有一个取向，平行排列。
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第四节 贝氏体相变动力学
1、贝氏体等温转变动力学
贝氏体相变是形核、长大过程，需要孕育期， 这一点与珠光体转变相似；但贝氏体晶核的长 大速度比珠光体慢得多，且转变不能终了。
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2、贝氏体相变时碳的扩散
1）贝氏体相变是扩散型相变；铁及合金原子不 能扩散，但碳原子可以扩散。 2）相变速度：v = vo exp (−Q/kT) 3）上贝氏体的扩散激活能126 kJ/mol, 受奥氏体 中碳的扩散所控制； 4）下贝氏体的扩散激活能75kJ/mol，受铁素体 内碳的扩散所控制。
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4）扩散性（碳原子扩散控制的扩散型相变） i）贝氏体相变是扩散型相变。有碳原子的扩 散，且碳的扩散速度控制贝氏体相变速率并影响 贝氏体形貌。 ii）贝氏体相变无铁原子及其它合金元素原子 的扩散。 5）晶体学特征（浮凸，V形） i）贝氏体相变与马氏体相变类似，也能在抛 光的表面引起浮凸； ii）贝氏体铁素体的浮凸呈V型，而马氏体浮 凸呈N型。
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3、影响贝氏体相变动力学的因素
i）碳含量
随碳含量增加，贝氏体相变速度降低。
ii）合金元素
Co, Al加速贝氏体相变速度；其它元素延缓贝氏体 相变速度。
iii）奥氏体晶粒大小和奥氏体化温度
随奥氏体晶粒增大，晶界面积减小，贝氏体形核率 降低，相变孕育期增长，转变速度减慢； 提高奥氏体化温度或延长保温时间，奥氏体晶粒长 大，同时，也有加速贝氏体相变的作用。