热处理原理及工艺(PPT 63页)

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。
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。
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，能够形成的贝氏体量就越少。
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。
一般情况下，随钢中碳含量增加，B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。
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。
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。
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。 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。
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
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。
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。
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。
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。
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
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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 晶马氏体，故岛状物是由“g+a”所组成； 或全部保留下来，成为残余奥氏体。