热处理原理及工艺第五章.pptx

贝氏体相变动力学 贝氏体相变也是一种形核和长大过程。与珠光
体相变一样，贝氏体可以在一定温度范围内等温形 成，也可以在某一冷却速度范围内连续冷却转变。 贝氏体等温形成时需要一定的孕育期，其等温转变 动力学曲线也呈“C”字形。
贝氏体相变的扩散性
贝氏体相变时只有碳原子的扩散，而合金元素 包括铁元素都不发生扩散，至少不发生较长距离的 扩散。碳的扩散对贝氏体相变起控制作用，B上的相 变速度取决于碳在g-Fe中的扩散，B下的相变速度取 决于碳在a-Fe中的扩散。所以，影响碳原子扩散的 所有因素都会影响到贝氏体的相变速度。
光学显微镜照片 1300×
电子显微镜照片5000×
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。在电镜下观察可以看出，在下贝氏体铁素体片中 分布着排列成行的细片状或粒状碳化物，并以55~60°的角度与 铁素体针长轴相交。通常，下贝氏体的碳化物仅分布在铁素体 片的内部。
下贝氏体形成时也会在光滑试样表面产生浮凸，但其形 状与上贝氏体组织不同。上贝氏体表面浮凸大致平行，从奥 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。
第五章 贝氏体转变
重点：贝氏体转变的基本特征； 贝氏体的力学性能
难点：贝氏体的形成过程； 影响贝氏体转变的因素。
贝氏体转变是过冷奥氏体在介于珠光体转变和马氏体转变温 度区间的一种转变，称为中温转变。在此温度范围内，铁原子 已难以扩散，而碳原子尚能扩散，其相变产物一般为铁素体基 体加渗碳体的非层状组织。
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。
下贝氏体中的碳化物也可以是渗碳体。但当温度 较低时，初期形成e-碳化物，随时间延长，e-碳化物 转变为q-碳化物。由于下贝氏体中铁素体与q-碳化物 及e-碳化物之间均存在一定的位向关系，因此一般认 为碳化物是从过饱和铁素体中析出的。
贝氏体相变的产物
贝氏体相变产物也是a相与碳化物的两相混 合物，但与珠光体不同，贝氏体不是片层状组织， 且组织形态与形成温度密切相关。
碳化物的分布状态随形成温度不同而异：
较高温度形成的上贝氏体，其碳化物是渗碳体， 一般分布在铁素体条之间；
较低温度形成的下贝氏体，其碳化物既可以是渗 碳体，也可以是e-碳化物，主要分布在铁素体条 内部。
一、贝氏体的组织形态和亚结构
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，如无碳化物贝氏体、粒状 贝氏体、反常贝氏体和柱状贝氏体等。
上贝氏体
在贝氏体相变区较高温度范围内形成的贝氏体称为上贝氏 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。
粒状贝氏体
低、中碳合金钢以一定速度冷却或在上贝氏体区高温范围 内等温时可形成粒状贝氏体。如在正火、热轧空冷或焊缝 热影响区组织中都可发现这种组织。
粒状贝氏体在刚刚形成时，是由块状铁素体和粒状（岛状） 富碳奥氏体所组成的。富碳奥氏体可以分布在铁素体晶粒 内部，也可以分布在铁素体晶界上。在光学显微镜下较难 识别粒状贝氏体的组织形貌，在电镜下则可看出粒状（岛 状）物大部分分布在铁素体之中，常常具有一定的方向性。
这种组织的基体是由条状铁素体合并而成的，铁素体的碳含 量很低，接近平衡浓度，而富碳奥氏体区的碳含量则很高。铁素 体与富碳奥氏体区的合金元素含量与钢的平均含量相同，这表明 在粒状贝氏体形成过程中有碳的扩散而无合金元素的扩散。
富碳奥氏体区在随后冷却过程中可能发生以下三种情况： 部分或全部分解为铁素体和碳化物的混合物； 部分转变为马氏体，这种马氏体的碳含量甚高，常常是孪
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。
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B上组织。
典型的上贝氏体组织在光学显微镜下观察时呈羽毛状、条 状或针状，少数呈椭圆形或矩形。
光学显微镜照片 1300×
电子显微镜照片5000×
条状铁素体多在奥氏体的晶界形核，自晶界的一 侧或两侧向奥氏体晶内长大。条状铁素体束与板条马 氏体束很相近，束内相邻铁素体板条之间的位向差很 小，束与束之间有较大的位向差。条状铁素体的碳含 量接近平衡浓度，而条间碳化物均为Fe3C型碳化物。
下贝氏体
在贝氏体相变区较低温度范围内形成的贝氏体称为下贝氏 体。对于中、高碳钢，下贝氏体大约在350~Ms之间形成。 碳含量很低时，其形成温度可能高于350℃。
典型的下贝氏体组织在光学显微镜下呈暗黑色针状或片状， 而且各个片之间都有一定的交角，其立体形态为透镜状， 与试样磨面相交而呈片状或针状。
贝氏体常常具有优良的综合力学性能，其强度和韧性都比较 高。并具有较高的耐磨性、耐热性和抗回火性，此外获得贝氏 体的等温淬火是一种防止和减小钢件钢件淬火开裂和变形的可 靠方法之一。
一、贝氏体转变的基本特点
贝氏体转变的温度范围 贝氏体转变也有一个上限温度Bs点，一个下限转变 温度Bf点。奥氏体必须过冷到Bs点以下才能发生贝 氏体相变；低于Bf贝氏体转变结束。 贝氏体相变也不能进行完全，总有残余奥氏体存在。 等温温度越靠近Bs点，能够形成的贝氏体上中的铁素体 条增多并变薄，条间Fe3C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。当碳含量达 到共析浓度时，Fe3C不仅分布在铁素体条之间，而且 也在铁素体条内沉淀，这种组织成为共析钢B上。随相 变温度下降，B上中的铁素体条变薄，Fe3C细化且弥散 度增大。