第八章 贝氏体转变

3、溶质元素的固溶强化作用
形成温度越低，碳原子不易通过界面扩散，F的含碳 量越大，过饱和度增大，固溶强化作用大，强度高。
4、位错亚结构密度
形成温度越低，位错密度高，强度高。
综上所述，贝氏 体的强度随形成温度 降低而增强。
贝氏体的韧性
可以看出下贝氏 体的韧性优于上贝氏 体。从整体上看随贝 氏体的形成温度的降 低，强度的逐渐增加， 韧性并不降低，反而 有所增加。
40CrMnSiMoVA钢等温转变动力学图
共析碳钢等温转变动力学示意图
（二）贝氏体转变时碳的扩散
1、奥氏体中碳的பைடு நூலகம்散
B转变是在碳原子还能扩散的中温范围内发生的， 为了在A中形成低碳的F，C必将在A中偏聚。当A的碳 含量超过其溶解度时（ES及其处长线），碳将以碳化物 的形式自A中析出，而使A的C%降低。
上贝氏体的冲击韧性低于下贝氏体的原因有：
(1)、上贝氏体中的渗碳体呈不连续的短杆状分布在 铁素体条之间，铁素体和渗碳体分布有明显的方向 性，这种形态使铁素体条间成为脆性通道；
(2)、上贝氏体由彼此平行的铁素体条构成，好似一 个晶粒，而下贝氏体铁素体片彼此位向差很大，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。
在B转变过程中A的C%有可能升高，也有可能降低， 具体情况取决于A的成份及转变温度而定。
等温转变量（曲线1）及奥氏体点阵常数（曲线2）与等温时间的关系
2、贝氏体中铁素体内碳的扩散
F形成初期C含量是过饱和的，而B转变温度范 围较M转变高，故B中F在形成后必然要发生分解， 以碳化物的形式由B中的F内析出过饱和的碳，从而 使F的C%下降。
形成温度：随形成温度的降低， α相变薄，渗碳 体更小，且更密集。
4、晶体学特征及亚结构 F的惯习面为{111}A，位向关系接近于K—S关系 亚结构为位错，位错密度较高，能形成缠结。
（三）下贝氏体 1、组成
由F和碳化物（为ε-FexC）组成的二相非层片状 混合物。
2、形成温度范围
一般在350 ℃ ~Ms之间的低温区。
8.2贝氏体转变的基本特征
（一）贝氏体转变温度范围 贝氏体转变也有一个上限Bs点，也有一个下限温
度Bf点，Bf与Ms无关。 （二）贝氏体转变产物
也是由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 切相关，其中包括α相的形态、大小以及碳化物的类型 及分布等均随转变温度而异。
（三）贝氏体转变 的台阶机制
Aaronson 等 人 强调贝氏体是非层 状共析反应产物， 亦即贝氏体转变是 一种特殊的共析反 应。他们认为，贝 氏体转变与珠光体 转变或马氏体转变 不同，是通过台阶 机制长大的。
珠光体、贝氏体、马氏体转变主要特征
内容 温度范围
珠光体转变 高温
贝氏体转变 中温
马氏体转变 低温
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}，位向关系为K—S关系；F内有一定数 量的位错。
（二）上贝氏体 1、组成
上贝氏体由F和碳化物（主要为Fe3C）组成的二相非层 片状混合物。
2、形成温度范围
在B转变区的较高温度范围内形成，对于中、高碳钢约 在350~550℃范围内形成，所以上贝氏体也称高温贝氏体。
子的扩散，而Fe及合金元素的原子均不发生扩散。 （六）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，这说明F在形 成时同样与母相的宏观切变有关，母相与新相之间维持 第二共格关系。 （七）贝氏体中F的碳含量
贝氏体中F的碳含量也是过饱和的，且随转变温度的降 低过饱和程度增大。
8.3贝氏体转变动力学
4、亚结构
下贝氏体亚结构为位 错无孪晶， α相中碳的 含量是过饱和的，随转 变温度降低，过饱和程 度增大。
（四）粒状贝氏体 1、形成温度 形成于上贝氏体转变区上限温度范围内。在一定的 冷速范围内连续冷却得到的，组织为(F+A)的二相 混合物。 2、组织特征 大块状或针状 F基体内分布一些颗粒状小岛，小岛 为富碳的A。富碳的A小岛在随后的冷却过程中有 三种可能： （1）、部分或全部分解为F和碳化物； （2）、部分转变为M； （3）、全部保留为Ar。
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。
（八）、贝氏体的力学性能
一般来说，下贝氏体的强度 较高，韧性也较好，而上贝 氏体的强度低，韧性差。
贝氏体的强度（硬度）
影响贝氏体强度的 因素有：
3、奥氏体晶粒大小和奥氏体化温度
A晶粒大小：随A晶粒增大，B转变孕期延长转变速度 下降。
A化温度：A化温度高，贝氏体转变速度先增后降。
4、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。
5、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。
1、贝氏体铁素体条或 片的粗细
形成温度越低，F晶粒 的越小，F条(片)越细， 晶界越多，贝氏体强度 越高。
2、弥散碳化物质点
下贝氏体中碳化物颗粒较小，颗粒数量也较多，所 以碳化物对下贝氏体强度的贡献也较大；而上贝氏体中 碳化物颗粒较粗，且分布在铁素条间，分布极不均匀， 所以上贝氏体的强度要比下贝氏体低得多。
（三）影响贝氏体转变 动力学的因素
1、碳含量
规 律：随A中碳含量的 增加，B转变速度下降。
2、合金元素
凡是降低C扩散速度、阻碍F共格长大、阻碍碳化 物形成的元素，都使B转变速度下降。因此，除Co、Al 以外所有合金元素都降低B转变速度，使B转变的C曲线 右移，但作用不如C显著，同时也使贝氏体转变温度范 围下降，从而使珠光体与贝氏体转变的C曲线分开。
转变上限温度
A1
BS
MS
领先相 形核部位 转变时点阵切变
渗碳体或铁素体
铁素体
奥氏体晶界
上贝氏体在晶界
下贝氏体大多在晶 内
无
？
有
碳原子的扩散
铁及合金元素原子的扩 散 等温转变完全性
有 有 完全
有 无 视转变温度定
基本上无 无
不完全
转变产物
α+Fe3C
α+Fe3C(ε)
α′
8.5等温淬火
等温淬火是将加热至奥氏体状态的工件淬入温度稍高 于Ms点的盐溶中等温，保持足够长时间，使之转变 为下贝氏体组织，然后取出在空气中冷却的淬火方法。 特点：保证有较高的硬度的同时还有很高的韧性，同 时淬火后变形量显著减少。 用于要求有较高强韧性的工模具和弹簧等零件。
3、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 下贝氏体的长轴相交，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下贝氏体的组织形 态影响较小。
（一）、贝氏体等温转变动力学
贝氏体等温形成 图 与P转变相同，B的等温动力学曲线也具有S形，
但B等温转变不能进行到底。等温温度愈高，愈接 近Bs点，等温转变量愈少。
贝氏体等温转变动力学图 贝氏体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。
碳钢等温转变动力学图
合金碳钢等温转变动力学图
本章小结
• 1.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即贝氏体转变。由于这一转变在 中间温度范围内发生，故被称为中温转变。
• 2. 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、粒状贝氏体等。
• 3. 一般来说，下贝氏体的强度较高，韧性也较好，而上贝 氏体的强度低，韧性差。
（2）在较低温度（350~300 ℃）范围内对A 进行塑性变 形将加速B的形成。
6、冷却在不同温度下停留 （1）在P与B转变区之间的亚稳定区域内停留会加速随 后的B转变。 （2）在高温区先进行部份上B转变，将会使低温区下B 的转变速度降低，孕育期处长，不完全程度增大。
（3）先在低温区形 成少量M或下B，将 促进后续高温区的B 形成，转变速度加快。
3、组织形态
上贝氏体是一种两相组织，是由α相和渗碳体组成的， 成束的大致平行的α相板条自A晶粒晶界的一侧或两侧向A 晶粒内部长大，渗碳体（有时还有残余A）分布于α相板 条之间，整体看呈羽毛状。
影响组织形态的因素
C%：随钢中碳含量的增加，上贝氏体中的α相板 条更多、更薄，Cem的形态由粒状、链球状而成为短 杆状，Cem数量增多，不但分布于α相之间，而且可能 分布于各α相内部。
（三）贝氏体转变动力学 贝氏体转变也是一个形核长大过程，可以等温形
成，也可以连续冷却形成，等温形成需要孕育期，等 温形成图也呈C字形。
（四）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。
（五）贝氏体转变的扩散性 贝氏体转变过程中存在有原子的扩散，但只有碳原
第八章 贝氏体转变
聊城大学材料学院
8.1贝氏体的组织和性能
（一）、无碳化物贝氏体 1、形成温度范围
在B转变的最高温度范围内形成。 2、组织形态
是一种单相组织，由大致平行的F板条组成，F 板条自A晶界形成，成束地向一侧晶粒内长大，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。
（五）反常贝氏体
在过共析钢中可 以见到，形成温度 在350 ℃稍上，F夹 在 两 片 Cem 中 间 的 组织形态。
（六）柱状贝氏体
一般在高碳碳素钢或高碳中合金钢中当温度处 于下贝氏体形成温度范围时出现，F呈放射状，碳 化物分布在F内部，形成时不产生表面浮凸。
（七）BⅠ、BⅡ、BⅢ
日本的大森在研究低碳低合金高强时发现，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。
• 4. 贝氏体的转变产物。 • 5. 贝氏体具有高温转变的扩散性，低温转变的不完全性。
动力学特性类似于珠光体，转变机制至今还有争议。
8.4贝氏体转变热力学及转变机制
（一）贝氏体转变热力学 B转变是通过形核与长大过程进行的，转变时的领
先相是通过形核与长大进行的；转变时的领先相是铁素 体；转变过程中有碳原子的扩散，转变的驱动力同样是 新旧两相之间的体积自由能之差。
（二）贝氏体转变的切变机制
1、切变机制
柯俊最先发现贝氏体转变与马氏体转变一样，在 形成贝氏体铁素体时也能在抛光表面引起浮凸，以后 又得出形成魏氏铁素体时也能引起浮凸。据此，认为 魏氏铁素体即贝氏体铁素体，贝氏体铁素体与马氏体 一样，也是通过切变机制形成的，由于贝氏体转变时 碳原子尚能扩散，这就导致贝氏体转变与马氏体转变 的不同以及贝氏体组织的多样性。