贝氏体转变-钢的热处理
钢的热处理ppt课件
其它表面淬火方法
1.火焰加热表面淬火
淬硬深度：2～6mm。 特点：方便，成本低，但效果
差
2.激光加热表面淬火
特点： 淬硬深度：0.3～0.5mm。 特点：不需要冷却液，可对深
孔，盲空，沟槽进行淬火。
3.太阳能加热表面淬火
同激光，但受自然条件限制
钢的化学热处理
为什么亚共析钢要进行完全淬火
完全淬火—— 得到完全马 氏体。
不完全淬 火——马氏体 组织中有铁 素体出现。
为什么过共析钢只能进行不完全
淬火
完全淬火：马氏体 含碳量过高，易开 裂和形成大量残余 奥氏体；
不完全淬火：有细 小弥散渗碳体残余， 奥氏体含碳量低， 因而淬火时不易开 裂，且残余渗碳体 量少。
适用材料：低碳钢。 常用工艺：
气体渗碳 固体渗碳 特点：温度高，周期长， 渗碳后必须进行淬火。
渗碳件的淬火
直接淬火
优点：工艺简单， 降低成本
缺点：工件晶粒 粗大，易开裂。
一次淬火
优点：晶粒细化， 不易开裂
缺点：增加成本。
钢的气体氮化
原理：以氨气分解产生活性氮原子，渗入钢
表面后形成高硬度的弥散分布的氮化物。 优点：由于渗氮温度只有550～570℃，且渗后
目的：满足工件不 同部位的性能要求。
冷处理
目的：消除残余 奥氏体。
工艺：先进行普 通淬火，然后将 工件淬入低温溶 液中
常用冷处理液
冰水； 干冰+酒精； 液氮。
钢的淬透性
基本概念
淬透性：钢获得马 氏体的能力。
淬硬性：钢的硬化 能力
淬透层深度：从淬 火件表面至半马氏 体区的距离
时间/s 图2-68 T10钢过冷A等温转变曲线
什么是钢的热处理 钢的热处理方式有哪些
理论上, 任何材料都可以进行淬火处理, 但 实际上, 如低碳钢为了进行淬火, 其冷却速 度需达到2 000 ℃/s, 目前生产中尚无这样 的制冷剂可以达到如此高的冷却速度, 所以 通常认为低碳钢不能进行淬火处理。
(2)退火。将钢加热到适当温度, 保持一定时 间, 然后缓慢冷却的热处理工艺称为退火。 退火的目的是细化晶粒, 使组织均匀化, 降 低硬度, 提高塑性和消除内应力。
(3)正火。将钢加热到临界点AC3 或ACcm 以上30～50 ℃, 保温一定时间后, 在静止 的空气中冷却的热处理工艺称为正火。 正火能细化晶粒, 提高钢的冲击韧度和综合 力学性能。
(4)回火。将淬火钢重新加热到临界点AC1 以下的某一温度, 保温一定时间, 然后在空 气或油中冷却到室温的热处理工艺, 称为回 火。 回火的目的是稳定组织、稳定零件在使用中 的性能和尺寸; 消除内应力; 提高塑性和韧 性。
什么是钢的热处理 钢的热处理方 式有哪些
钢在固定下采用适当方式进行加热、保温、 并以一定的冷却速度冷却到室温, 改变钢的 组织从而改变其性能的一种工艺方法, 称为 钢的热处理。
钢的热处理方式有以下几种:
(1)淬火。将钢加热到临界点AC3 或AC1 以上某一温度, 保温一定时间, 使钢的组织 全部转变为奥氏体, 然后以适当速度冷却(在 水、油中冷却)获得马氏体或下贝氏体组织 的热处理工艺称为淬火。 淬火的目的是大大提高钢材的硬度。
根据加热温度的不同, 回火可分为高温回火 (400℃以上)、中温回火(250～400 ℃)和 低温回火(150～250 ℃)。 ห้องสมุดไป่ตู้于重要的焊接结构经常采用高温回火来消 除结构中的残余焊接应力。 钢经淬火加高温回火的热处理工艺称为调质 处理, 调质处理后可得到强度、塑性、韧性 都较好的综合力学性能。
钢的热处理工艺方式
钢的热处理工艺方式
钢的热处理工艺方式有多种，通常根据钢材的用途和要求来选择合适的热处理工艺。
以下是几种常见的钢的热处理工艺方式：
1. 淬火（Quenching）：将高温加热后的钢材迅速冷却，使其组织转变为马氏体或贝氏体，从而增加钢材的硬度和强度。
2. 回火（Tempering）：在淬火后，将钢材重新加热至一定温度，然后冷却至室温，通过调整回火温度和时间，可以使钢材的硬度和强度适度下降，同时还能提高钢材的韧性。
3. 规定化处理（Normalizing）：将高温加热后的钢材在空气中冷却，使其组织均匀化，消除内部应力，提高钢材的韧性和延展性。
4. 淬火与回火组合（Quenching and Tempering）：首先进行淬火使钢材达到一定的硬度和强度，然后进行回火处理以提高钢材的韧性，同时保持较高的强度。
5. 固溶处理（Solution Treatment）：将钢材加热至足够高的温度后快速冷却，使固溶体内的溶质均匀溶解，从而改善钢材的塑性和加工性能。
6. 淬火回火组合与固溶处理相结合：根据具体需求，可以将淬火回火组合和固溶处理相结合，以综合提高钢材的硬度、韧性和耐蚀性等性能。
上述的热处理工艺方式只是钢材热处理中的一部分，不同钢材和具体要求还可以采用其他的热处理工艺方式，如时效处理、退火处理等。
热处理的选择和控制对于钢材的性能和质量有着重要的影响，需要根据具体情况进行调整和优化。
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。
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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。
钢的热处理及组织转变
二、钢在加热及冷却时的组织转变
② 贝氏体型转变 ：
一、钢的热处理
钢的退火：
⑴ 退火的定义 将钢加热到一定温度，保温一定时间，然后缓慢冷却下 来，获得接近平衡状态的组织的热处理工艺，称为退火。 ⑵ 退火的目的
① 降低硬度，提高塑性和韧性；
② 消除残余内应力，减轻变形和防止开裂； ③ 均匀成分，细化晶粒，为最终热处理作准备； ④ 改善或消除铸造、轧制、焊接等加工中的组织缺陷。
降低钢的硬度和耐磨性。
温度过低，在淬火组织中出现铁素体，使淬火组织出现软 点，降低钢的强度和硬度。
一、钢的热处理
钢的淬火：
理想的淬火冷却曲线 应该是：在650～550 0 C范围要快冷，其它 温度区间不需快冷， 尤其在Ms点以下更不 需快冷，以免引起工 作变形或开裂。
一、钢的热处理
钢的淬火：
保持适当时间，缓慢冷却，重新形成均匀的晶粒，以消除
形变强化效应和残余应力的退火工艺。
目的：
温度 再结晶温度
消除加工硬化
提高塑性
改善切削加工性能
时间
一、钢的热处理
钢的正火：
⑴ 定义：将钢加热到 AC3 或 Accm 以上 30～50℃，保温一定
时间，出炉后在空气中冷却的热处理工艺，称为钢的正火。
上贝氏体 （羽毛状）
500
下贝氏体 （针叶状）
二、钢在加热及冷却时的组织转变
② 贝氏体型转变 ：
性能上看上贝氏体的脆性较大，无实用价值；而下贝 氏体则是韧性较好的组织，是热处理时（如采用等温淬火） 常要求获得的组织。
原因：上贝氏体中的碳 化物呈较粗的片状，分
布在铁素体板条间，且
不均匀，使板条容易发 生脆废；
获得的球化效果较好，在大件和大批量生产中难以实现，
钢的热处理原理及工艺
6.67 0.89 14.8 0.41 0.02
表明： 相界面向α一侧推移速度比向Fe3C一侧的推移速度快14.8倍。 通常情况下，片状珠光体的α片厚度比Fe3C片厚度大7倍。 所以奥氏体等温形成时，总是α先消失，剩余Fe3C。
3)残余Fe3C溶解
未溶解，这些Fe3C称为残余Fe3C。
也是一个点阵重构和碳的扩散过程。
（1）过冷奥氏体缓慢冷却，分解的过冷度很小，得到 近于平衡的珠光体组织。 （2）冷却速度较快时，可把过冷奥氏体过冷到较低温 度，碳原子尚可扩散，铁原子不能扩散，得到贝氏体组织。 （3）更快速的冷却，奥氏体迅速过冷到不能进行扩散 分解，得到马氏体组织。
Figure 8. TTT Diagram and microstructures obtained by different types of cooling rates
dC
A 长大
∆Cr↔k
dx
∆Cr↔α
2）奥氏体晶格改组
一般认为： ①平衡加热过热度很小时，通过Fe原子子扩散完成晶格改组。
②当加热过热度很大时，晶格改组通过Fe原子切变完成。
2）奥氏体晶核的长大速度
奥氏体晶核向铁素体和渗碳体两侧推移速度是不同的。
780℃时，
v v Fe 3C
C Fe 3C C
α→γ结束后，还有相当数量的Fe3C尚
残余Fe3C溶解
4）奥氏体均匀化
在原来Fe3C部位，C%较高，而原来α部位C% 较低，必须经过适当保温后，奥氏体中的C%才能均 匀。
A 均匀化
共析碳钢A形成过程示意图
1.奥氏体晶核的形成 2.奥氏体晶核的长大 3.残余渗碳体的溶解 4.奥氏体成分的均匀化
20cr热处理工艺及硬度
20cr热处理工艺及硬度
20Cr是一种低碳合金钢，热处理可以通过多种方法来进行。
以下是一种可能的热处理工艺及硬度范围：
1. 固溶处理（950-1000°C）：将20Cr钢加热到950-1000°C，并保持一段时间，然后迅速冷却。
这个过程主要是为了均匀溶解钢中的合金元素，提高其可塑性。
硬度范围：HB ≤ 197
2. 空冷处理：将固溶处理后的20Cr钢自然冷却到室温。
这个过程主要是为了稳定组织，降低内部应力。
硬度范围：HB ≤ 187
3. 度贝氏体转变处理：在固溶处理后，将20Cr钢加热到800-850°C进行奥氏体化保温时间不宜过长，然后迅速冷却。
这个过程可以显著提高钢的硬度。
硬度范围：HRC 20-25
需要注意的是，具体的热处理工艺以及硬度范围可能会根据具体的供应商和要求有所不同。
此外，热处理的工艺参数也会影响硬度的范围，所以最好在实际应用中根据具体需求来确定最合适的热处理工艺。
钢的热处理
随着淬火技术的发展，人们逐渐发现淬冷剂对淬火质量的影响。三国蜀 人蒲元曾在今陕西斜谷为诸葛亮打制3000把刀，相传是派人到成都取水淬 火的。这说明中国在古代就注意到不同水质的冷却能力了，同时也注意了油 和尿的冷却能力。中国出土的西汉(公元前206～公元24)中山靖王墓中的宝 剑，心部含碳量为0.15～0.4%，而表面含碳量却达0.6%以上，说明已应用 了渗碳工艺。但当时作为个人“手艺”的秘密，不肯外传，因而发展很慢。
金属加热时，工件暴露在空气中，常常发生氧化、脱碳(即钢铁零 件表面碳含量降低)，这对于热处理后零件的表面性能有很不利的影 响。因而金属通常应在可控气氛或保护气氛中、熔融盐中和真空中 加热，也可用涂料或包装方法进行保护加热。
加热温度是热处理工艺的重要工艺参数之一，选择和控制加热温 度，是保证热处理质量的主要问题。加热温度随被处理的金属材料 和热处理的目的不同而异，但一般都是加热到相变温度以上，以获 得高温组织。另外转变需要一定的时间，因此当金属工件表面达到 要求的加热温度时，还须在此温度保持一定时间，使内外温度一致， 使显微组织转变完全，这段时间称为保温时间。采用高能密度加热 和表面热处理时，加热速度极快，一般就没有保温时间，而化学热 处理的保温时间往往较长 。
二十世纪以来，金属物理的发展和其他新技术的移植应用，使金属热处 理工艺得到更大发展。一个显著的进展是1901～1925年，在工业生产中应 用转筒炉进行气体渗碳；30年代出现露点电位差计，使炉内气氛的碳势达 到可控，以后又研究出用二氧化碳红外仪、氧探头等进一步控制炉内气氛碳 势的方法；60年代，热处理技术运用了等离子场的作用，发展了离子渗氮、 渗碳工艺 ；激光、电子束技术的应用，又使金属获得了新的表面热处理和 化学热处理方法。
钢的热处理要点
１．３钢的热处理钢的热处理是指将钢在固态下进行加热、保温和冷却，以改变其内部组织，从而获得所需要性能的一种工艺方法。
热处理的目的是提高工件的使用性能和寿命。
还可以作为消除毛坯〔如铸件、锻件等〕中缺陷，改善其工艺性能，为后续工序作组织准备。
钢的热处理种类很多，根据加热和冷却方法不同，大致分类如下：钢在加热时的组织转变在Ｆｅ－Ｆｅ３Ｃ相图中，共析钢加热超过ＰＳＫ线〔Ａ１〕时，其组织完全转变为奥氏体。
亚共析钢和过共析钢必须加热到ＧＳ线〔Ａ３〕和ＥＳ线〔Ａｃｍ〕以上才能全部转变为奥氏体。
相图中的平衡临界点Ａ１、Ａ３、Ａｃｍ是碳钢在极缓慢地加热或冷却情况下测定的。
但在实际生产中，加热和冷却并不是极其缓慢的。
加热转变在平衡临界点以上进行，冷却转变在平衡临界点以下进行。
加热和冷却速度越大，其偏离平衡临界点也越大。
为了区别于平衡临界点，通常将实际加热时各临界点标为Ａｃ１、Ａｃ３、Ａｃｃｍ；实际冷却时各临界点标为Ａｒ１、Ａｒ３、Ａｒｃｍ，任何成分的碳钢加热到相变点Ａｃ１以上都会发生珠光体向奥氏体转变，通常把这种转变过程称为奥氏体化。
１．奥氏体的形成共析钢加热到Ａｃ１以上由珠光体全部转变为奥氏体第一阶段是奥氏体的形核与长大，第二阶段是剩余渗碳体的溶解，第三阶段是奥氏体成分均匀化。
亚共析钢和过共析钢的奥氏体形成过程与共析钢根本相同，不同处在于亚共析钢、过共析钢在Ａｃ１稍上温度时，还分别有铁素体、二次渗碳体未变化。
所以，它们的完全奥氏体化温度应分别为Ａｃ３、Ａｃｃｍ以上。
２．奥氏体晶粒的长大及影响因素钢在加热时，奥氏体的晶粒大小直接影响到热处理后钢的性能。
加热时奥氏体晶粒细小，冷却后组织也细小；反之，组织那么粗大。
钢材晶粒细化，既能有效地提高强度，又能明显提高塑性和韧性，这是其它强化方法所不及的。
〔１〕奥氏体晶粒度晶粒度是表示晶粒大小的一种量度。
（2〕、影响奥氏体晶粒度的因素1〕加热温度和保温时间：加热温度高、保温时间长，A晶粒粗大。
贝氏体钢热处理工艺概述及展望
贝氏体钢热处理工艺概述及展望摘要：贝氏体钢是一种重要的金属材料，通过热处理工艺可以改善其力学性能和组织结构。
贝氏体钢的热处理工艺在材料科学和工程领域具有广泛的应用前景。
本文旨在对贝氏体钢热处理工艺进行概述，并展望其未来的发展。
总之，贝氏体钢热处理工艺是一个具有广阔应用前景的研究领域。
通过不断深入的研究和技术创新，贝氏体钢的热处理工艺将为材料科学和工程领域的发展做出重要贡献关键词：贝氏体钢；热处理工艺；展望引言无碳化物贝氏体钢，作为一种新型的先进高强钢种，具有高强度和良好的韧性，被广泛应用于桥梁和铁路行业[1]。
传统贝氏体钢在Ms点以上等温转变，其贝氏体相变动力学相对较慢，并且形成贝氏体的体积分数较少。
目前主要通过加速贝氏体相变动力学从而细化贝氏体板条和调控组织中薄膜状残余奥氏体的体积分数来改善无碳化物贝氏体钢的力学性能。
1贝氏体钢的种类及用途贝氏体组织复杂多样，到目前为止仍没有明确而统一的分类方法，其中划分依据有形成温度、组织形态、相组成及碳含量等。
因此，贝氏体钢的种类也很繁多，分类方法也有多种，其中包括以热处理方式分类：空冷贝氏体钢、等温贝氏体钢、低温贝氏体钢等；以碳含量分类：超低碳贝氏体钢、低碳贝氏体钢、中碳贝氏体钢及高碳贝氏体钢。
正因为贝氏体组织的多样性，以及良好的强度和韧性等综合力学性能，促进了贝氏体钢的研发和应用，科研工作者通过大量的研究工作开发出很多种合金元素体系的钢种以及相对应的生产工艺，大大推动了贝氏体钢的发展，其中主要包括Mo-B系或Mo系贝氏体钢和Mn系贝氏体钢。
Mn系贝氏体钢又可分为Mn-B系贝氏体钢、Mn-Si系贝氏体钢、Mn-Al系贝氏体钢等类型。
本节主要以合金元素分类进行贝氏体钢的介绍。
2贝氏体钢热处理的特点2.1相变转变贝氏体钢的热处理主要目的是通过控制加热和冷却过程，使奥氏体相转变为贝氏体相。
在适当的温度范围内，通过加热可以将奥氏体中的碳溶解进入铁晶格，形成贝氏体相。
第四章 钢的热处理及表面强化技术讲解
2．化学镀镍磷
化学镀是指在无外加电流条件下，利用化学方法在金属表面沉积其他金 属或合金的工艺方法。化学镀镍磷合金可提高工件表面的硬度、抗粘着性、 减摩性，从而提高其耐磨性。
2 气相沉积TiN和TiC
气相沉积是指在一定成分的气体中加热至一定温 度，通过化学或物理作用在钢件表面沉积其他金属或 金属化合物的工艺方法。在钢件表面沉积TiN、TiC等 超硬金属化合物，能大大提高其表面的硬度、耐磨性、 耐蚀性和高温抗氧化性。
表 面 热处理
钢加热时的组织转变
钢的预备热处理——退火与正火
钢的最终热处理（一）——淬火与回火 钢的最终热处理（二）——表面热处理 钢的表面强化技术
本 章 要 点
钢的热处理是指将钢在固态下进行 加热、保温和冷却，以获得所需的组织 和性能的工艺方法。通过适当的热处理， 能显著提高钢的力学性能，以满足零件 的使用要求和延长零件的使用寿命；能 改善钢的加工工艺性能（如切削加工性 能、冲压性能等），以提高生产率和加 工质量；还能消除钢在加工（如铸造、 焊接、切削、冷变形等）过程中产生的 残余内应力，以稳定零件的形状和尺寸。
淬火加热后组织 钢种
亚共析钢 Wc≤0.5%
亚共析钢 Wc＞0.5%
淬火温度(℃) Ac3+30～50
Ac3+30～50 Ac1+30～50 Ac1+30～50
残
最终组织 M
M + A残 M + A残 M+Fe3C+A
共析钢 过共析钢
单液淬火 将加热后的零件投入一种冷却剂中冷却至室温。 优点：操作简单，容易实现自动化 缺点：易产生淬火缺陷， 水中淬火易产生变形和 裂纹，油中淬火易产生硬度不足或硬度不均匀等 现象。 应用：碳钢一般用水作冷却介质，合金钢可用油 作冷却介质。
钢的热处理
• 加热目的：奥氏体化（动画3-2-1[1]）
1.奥氏体的形成（以共析钢为例）
• 奥氏体化也是形核和长大的过程，分为四步。现以共析钢为例
说明 ① 第一步 奥氏体晶核形成：首先在与Fe3C相界形核。 ② 第二步 奥氏体晶核长大： 晶核通过碳原子的扩散向 和
Fe3C方向长大。
③ 第三步 残余Fe3C溶解: 铁素体的成分、结构更接近于奥氏 体，因而先消失。残余的Fe3C随保温时间延长继续溶解直 至消失。
织时的最小冷却速度。 • 转变在一温度区间进行并随冷
却速度变化 • 转变不均匀，可获得混合组织。
动画lxzhb
② 等温TTT在连续转变中的 应用
• CCT曲线位于TTT曲线右下 方 。 CCT 曲 线 获 得 困 难 ， TTT曲线容易测得。
• 可用TTT曲线定性说明连 续冷却时的组织转变情况。 方法是将连续冷却曲线绘 在C 曲线上，依其与C 曲 线交点的位置来说明最终
电镜下
➢ 贝氏体的性能 ➢ 上贝氏体强度与塑性都较低，无实用价值。 ➢ 下贝氏体除了强度、硬度较高外，塑性、韧性也较好，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
③ 亚共析碳钢与过共析碳钢过冷奥氏体的等温转变 • 相同点：都具有转变开始与终了线。 • 不同点：先析出线 • C曲线位置随含碳量变化，共析钢过冷奥氏体最稳定
（1）奥氏体的晶粒度 • 晶粒大小的两种表达方法： ➢ 晶粒尺寸 ➢ 晶粒号N：将放大100倍的金相组织与标准晶粒号图片进行
比较。大小分为8级，1级最粗，8级最细。通常1～4级为
粗晶粒度，5～8级为细晶粒度。
• 本质晶粒度：钢加热到930℃±10℃、保温8小时、冷却后
金属学原理与热处理 第七章
1. 掌握等温转变曲线和连续冷却转变曲线 2.掌握碳钢在加热和冷却时的组织转变过程
和转变产物的性能 3.掌握合金的时效和调幅分解过程 二、热处理工艺 掌握退火、正火、淬火和回火工艺的目的、
温度和冷却方式，正确制定工艺
第七章钢在加热和冷却时的转变
§7.1 概述 §7.2 钢在加热时的转变 §7.3 钢的过冷奥氏体转变曲线
入γ的终了温度 Arcm---冷却时γ开始析出二次渗
碳体的开始温度
推荐钢号
40Cr 45﹟钢 GCr6 GCr15 65Mn 60Si2Mn
T8A T10A 9SiCr CrWMn 5CrMnMo
典型零件用钢的化学成分及临界温度
C 0.37～0.45 0.42～0.50 1.05～1.15 0.95～1.05 0.57～0.65 0.62～0.70 0.75～0.84 0.95～1.04 0.85～0.95 0.90～1.05 0.50～0.60
改变钢的临界点，从而改变过热度 本身扩散系数低，均匀化过程显著减缓。
奥氏体形成速度的因素
加热温度 原始组织 化学成分
扩散速度，相变驱动力 形核位置，碳扩散距离
碳，合金元素
§7.2 钢在加热时的转变
奥氏体晶粒度：奥氏体晶粒的大小。
1-4级：粗晶 5-8级：细晶
§7.2 钢在加热时的转变
起始晶粒度 实际晶粒度
概述
概述
热处理作用（P177）：
1. 改变钢的内部组织、结构，以改善其性能，延长零件 使用寿命；
2. 消除铸造、锻压、焊接等热加工工艺造成的各种缺陷， 细化晶粒，消除偏析，降低内应力，使钢的组织和性能 更加均匀。
3. 预备热处理可以可以为后序加工及最终热处理作好 组织准备。
贝氏体转变温度范围
贝氏体转变温度范围
贝氏体转变温度范围是指钢铁在冷却过程中发生的组织结构转变所需的温度范围。
在钢铁的冷加工过程中，贝氏体转变温度范围的控制十分重要，因为它直接影响到钢铁的高温加工性能、低温韧性、塑性等性能。
钢铁在冷却过程中，其微观组织会发生改变。
最初的组织结构是铁素体，随着冷却的进行，铁素体会逐渐转变为贝氏体。
贝氏体转变温度范围包括从铁素体向贝氏体的转变温度（Ac1点）和从贝氏体向马氏体的转变温度（Ac3点）。
这两个温度点的位置是可以通过合适的热处理方式来控制的，从而达到所需要的机械性能和物理性能。
当温度降到Ac1以下，铁素体会开始分解为贝氏体，这是一个放热反应，因此发生贝氏体转变时会放出热量，导致材料温度升高。
贝氏体的形成过程涉及到复杂的相变过程，包括一系列的相转变和组织结构的重建，最终形成长条状的贝氏体组织。
温度继续下降，直到Ac3以下，贝氏体会进一步转变为马氏体。
这个反应是一个吸热反应，因此材料的温度会降低。
贝氏体转变温度与钢铁的成分和组织结构有关。
通常情况下，含碳量越高，贝氏体转变温度越低。
另外，合金元素的添加可以稳定贝氏体和马氏体，使它们的转变温度降低，提高钢铁的高温加工性能和低温韧性。
此外，在冷加工过程中，通过控制加热温度和保温时间，也可以调节贝氏体转变温度的位置，以满足不同需求的机械性能和物理性能。
总的来说，贝氏体转变温度范围是一个十分重要的钢铁物理学参数，它直接影响到钢铁的组织结构和性能。
通过适当的热处理和成分控制，可以调整贝氏体转变温度和组织结构，以获得优秀的机械性能和物理性能。
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
钢在加热时的转变
钢在冷却时的转变冷却是热处理的最后一个工序，也是最关键的工序，它决定了钢热处理后的组织和性能。
同一种钢，加热温度和保温 时间相同，冷却方法不同，热处理后的性能截然不同。
这是因为过冷奥氏体在冷却过程中转变成了不同的产物。
那么奥氏 体在冷却时转变成什么产物？有什么规律呢？这就是本次课的主要内容。
碳钢热处理时的冷却速度一般较大，大多都偏离了平衡状态（除退火外） ，所以热处理后的组织为非平衡组织。
碳钢 非平衡组织和按铁碳相图结晶得到的平衡组织相比差别很大。
所以不能再用铁碳相图加以分析，而应使用 C 曲线来确定。
一、 共析钢等温转变 C 曲线先介绍几个概念。
等温冷却和连续冷却；过冷奥氏体：处于 A1以下热力学不稳定的奥氏体，而奥氏体在 A1以上是稳定的，不会发生转变。
所以等温转变 C 曲线讲的就是过冷奥氏体在等温冷却条件下的转变规律。
（一） 、等温 C 曲线的测定（略）（二） 、等温 C 曲线的结构坐标轴、线、区的含义；孕育期的问题，引出 C 曲线的“NOSE”，共析钢过冷奥氏体最不稳定的温度是550℃，也就是说其“NOSE”出现在 550℃。
C 曲线的“NOSE”对钢的热处理影响很大，应注意。
（三） 、转变产物按照不同的冷却条件，过冷奥氏体在不同的温度范围内等温时将转变成不同的产物。
1、 珠光体类型转变在 A1--550℃之间等温时，过冷奥氏体转变成珠光体类型组织（即都是由 F 和 Fe3C 组成 ） ，而且等温温度越低， 组织中 F 和 Fe3C 的层片间距越小，组织越细，力学性能越高。
这些组织分别称为珠光体、索氏体和屈氏体，用符号 P、 S、T 表示。
其中 S 只有在1000倍的显微镜下才能分辨出其层片状形态；而 T 则只有在更高倍的电子显微镜下才能分辨 出其层片状形态。
这个转变是一个扩散型相变，需要完成铁的晶格改组和碳原子的重新分布。
2、 贝氏体转变在550℃--Ms 之间等温时，过冷奥氏体发生贝氏体转变。
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一.关于贝氏体的基本概念
1.什么是贝氏体：贝氏体是由F和Fe3C组成的非层片状组织。 常用符号B表示贝氏体。 ★也把贝氏体描述成是条状（或片状）铁素体和碳 化物（有时还有残余奥氏体）组成的非层片状组织。
上贝氏体
2.贝氏体 有哪些类
下贝氏体
粒状贝氏体、无碳贝氏体、 反常贝氏体、柱状贝氏体
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 为中温转变。
的奥氏体为碳所富集而趋于稳定，因此很少沉淀或
基本上不沉淀出渗碳体，形成在条状铁素体之间夹
有残余奥氏体的上贝氏体组织。
2、下贝氏体
形成温度范围 对于中、高碳钢，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℃。
组织形态 也是一种两相组织，由α相与碳化物组成。 α
相的立体形态呈片状（或透镜片状），在光学显
微镜下呈针状，与片状M相似。形核部位大多在A
晶界上，也有相当数量位于A晶内。
碳化物为渗碳体或ε-碳化物，碳化物呈细片状 或颗粒状，排列成行，约以55°-60°角度与下贝 氏体的长轴相交，并且仅分布在F片内部。
钢中典型下贝氏体组织示意图
GCr15 钢的下贝氏体组织
2.形态特征：较粗大的F块内有一些孤立的“小岛”，形态多
样，呈粒状或长条状，很不规则“小岛”的组成物，原先
是富碳的A区，转变后可能是：
①F＋Fe3C、②M＋A′、③富 碳的A。
3.浮
凸：也可以在抛光表面引起针状浮凸。
粒状贝氏体转 变温度范围
B上 B下
粒状贝氏体 1000×
粒状贝氏体扫描 电镜形貌2500×
的马氏体转变。
早在1929年，Robertson发现钢中不同于珠光体和 马氏体的非层状(棒状、片状)显微组织，1930年 Davenport和Bain称这类组织为针状屈氏体，以后为 给予Bain以荣誉，称此为贝氏体Bainite，用B表示。
目录
一、贝氏体基本概念 二、贝氏体转变的基本特征 三、贝氏体的组织形态和晶体学 四、贝氏体转变的相变和切变机制 五、贝氏体相变动力学及其影响因素 六、贝氏体的力学性能
铁素体和夹于条间的断续条状碳化物的混合物，在条状铁素
体中有位错缠结存在。
钢中典型上贝氏体组织示意图
T8 钢的上贝氏体组织
典型的上贝氏体组织在光镜下观察时呈羽毛状、条 状、针状，少数呈椭圆形或矩形。
较高温度形成的上贝氏体
在电镜下观察时，可看到上贝氏体组织为一束大致平 行分布的条状铁素体和夹于条间的断续条状碳化物的混合 物，在条状铁素体中有位错缠结存在。
四、贝氏体相变机制
一般认为贝氏体相变过程是马氏体相变加碳原子的扩散。 但为什么在 Ms点以上会有马氏体型相变发生？这是贝氏体 相变机制必须首先要说明的问题。 对于贝氏体相变机制已经进行了大量的研究工作，但至 今问题仍未得到完全解决。这里将主要介绍恩金贝氏体相变 假说和柯俊贝氏体相变假说。
恩金在研究中发现：
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。
亚结构为位错，位错密度较高，能形成缠结。
值得指出的是，在含有 Si 或Al的钢中，由于Si
和 Al具有延缓渗碳体沉淀的作用，使铁素体条之间
贝氏体转变 温度范围
B上
550~350℃
B下
350℃~Ms
4.贝氏体的性能与其形态特点
●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，
在连续冷却时，也可形成这三类贝氏体：
冷却速度较慢时，形成 BⅠ；
冷却速度居中时，形成 BⅡ；
冷却速度较快时，形成 BⅢ。
BⅢ 组织具有较好的综合机械性能，特别是钢中获 得 BⅢ 加板条马氏体组织时，强度和韧性都高，是 一种有工程应用价值的组织形态。
5、粒状贝氏体（B粒）
1.形成温度：大致在上贝氏体转变温区的上半部。
第八章 贝氏体转变
具有马氏体相变的材料在Ms温度以上往往存在贝 氏体相变，除钢外，很多有色合金，如Cu基合金， Ag-Cd合金、Ti基合金、Ni-Cr等，以及一些陶瓷材料 中都具有贝氏体相变。
在珠光体转变与马氏体转变温度范围之间，过冷奥氏体将
按另一种转变机制转变。由于这一转变在中间温度范围内发 生，故被称为中温转变。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，这就决定了这一转变既不同于 铁原子也能扩散的珠光体转变以及碳原子也基本上不能扩散
该假说认为：贝氏体相变时，相的不断长大和
碳从相中的不断脱溶这两个过程是同时发生的，
相长大时与奥氏体保持第二类共格关系。不过贝氏
体的长大速度远比同类共格切变型的马氏体的长大
速度低，这是因为贝氏体的长大速度受碳原子的扩 散脱溶所控制。贝氏体相变为有扩散（碳原子）、 有共格的相变。
贝氏体相变的主要驱动力是因碳脱溶而
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铁素体和渗
碳体的机械混合物，即贝氏体。
在富碳区中首先析出渗碳体，使其碳浓度 下降成为贫碳区，然后从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
体加渗碳体的两相机械混合物（贝氏体），而
在相变过程中铁及合金元素的原子是不发生扩
下贝氏体中F相与A之间的位向关系为K-S关系，惯习面 不确定，可能是{110}A、{254}A及{569}A中的一种。
3、无碳化物贝氏体
1）形成温度范围 一般形成于低碳钢中，在B转变的最高温度范围内形成。 2）组织形态 由大致平行的F板条组成，在F板条之间为富碳的A。F板条较 宽、间距较大，随转变温度下降，F板条变窄、间距缩小。 富碳的A在随后的冷却过程中可能转变为P、B、M或保持不变。 所以说无碳化物贝氏体不能单独存在。 3）晶体学特征及亚结构 惯习面为{111}A，位向关系为K-S关系；F内有一定数量的位 错。
研究认为，粒状贝氏体中铁素体的亚结构为位错，但 其密度不大。
大多数结构钢，不管是连续冷却还是等温冷却，只
要冷却过程控制在一定温度范围内，都可以形成粒状
贝氏体。
B的形成和形态见下示意图
中碳钢的贝氏体形成过程示意图 (a) B无 (b) 典型的B上 (c)在F条内析出碳化物的B上 (d) 典型的B下
当贫碳区的碳浓度减小到 C1以下时，其 Ms
点升高到T1 以上温度，因此，贫碳区（c 点）
在 T1 温度下能够通过马氏体相变转变为马氏体。
此时的马氏体为过饱和相，在热力学上是不稳
定的，在随后的等温过程中发生回火转变，马氏
体分解成为相和渗碳体的机械混合物，即贝氏
体。
Fe - Fe3C 平衡状态图
①0.23％C钢的奥氏体化后250℃等温形成贝氏
体，侧得下贝氏体中铁素体的碳浓度为0.15
％，远远超过该温度下铁素体的饱和碳浓度。
认为这种铁素体实质上就是低碳马氏体；
②中碳钢（0.5％C-3.5Cr％）在300℃等温形成
下贝氏体，随贝氏体转变量增加，剩余奥氏
体中碳浓度升高。说明贝氏体相变中碳原子
不断地由α相通过α/γ界面向γ相中扩散，导致 剩余奥氏体中的碳浓度升高；
散的。
在 Ms点以上温度等温，过冷奥氏体中的贫
碳区发生马氏体相变的原因可解释如下。
马氏体相变开始点 Ms随碳浓度增加而下降。 当C浓度的奥氏体（a点）冷却至 Ms点以下时将发 生马氏体相变。
但是，当冷却至Ms点以上的 T 温度（b 点）等
温时，在孕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点亦随之发生 变化。
要孕育期， 等温形成图也呈C 字形。
相关。
4、贝氏体转变的不完全性 贝氏体转变一般不能进行到底，通常随转变 温度的升高，转变的不完全程度增大，即转变具 有自制性，在等温时有可能出现二次珠光体转变。 5、贝氏体转变的扩散性 贝氏体转变过程中存在原子的扩
散现象，但只有碳原子的扩散，而Fe
及合金元素的原子均不发生扩散。 6、贝氏体转变晶体学特征 贝氏体中F形成时也能产生表面浮凸，母相与新相之间 维持第二共格关系。但所产生的表面浮凸与马氏体形成所产
二、贝氏体转变的基本特征
1、贝氏体转变温度范围
贝氏体转变也有一个上限Bs点，一个下限温度Bf点
2、贝氏体转变产物 由α相与碳化物组成的机 械混合物，但与珠光体不 同，不是层片状组织，且 组织形态与转变温度密切 3、贝氏体转变动力学 贝氏体转变也是一个形核长大 过程，可等温形成，也可以
连续冷却形成，等温形成需
以提高材料的强韧性。
5.生产中获得贝氏体的方法
贝氏体等温淬火、贝氏体连续淬火
等温淬火
连续淬火
贝氏体连续转变曲线
6.贝氏体淬火
①将A化的钢件以一定的冷却方式过冷到中温
区，使其 相变而得到组织的热处理过程称为B
淬火。
②B淬火也是一种提高金属材料机械性能的热
处理方法（马氏体淬火一样马氏体是N形的，贝氏体为V形的。
三、贝氏体的组织形态和晶体学
贝氏体组织形态随钢的化学成分以及形成温度
不同而异，其主要形态为上贝氏体和下贝氏体两种，
还有一些其他形态的贝氏体。
1、上贝氏体
对于中、高碳钢来说，上贝氏体大约在350-550℃的温度区
间形成。
典型的上贝氏体组织在光镜下观察时呈羽毛状。在电镜 下观察时，可看到上贝氏体组织为一束大致平行分布的条状