第九章 钢的热处理原理 第3节 钢在冷却时的转变 第3讲

6.3.2贝氏体转变是一个半扩散型相变

贝氏体转变中，铁和合金元素的原子不发生扩散， 只有碳原子发生扩散。
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6.3.3贝氏体中铁素体的形成是按马氏体的转 变机制来完成的

实验证明，贝氏体相变时也出现表面浮凸，说明 贝氏体转变时F是通过切变机构转变而成的。也出 现惯习面，上贝氏体的惯习面是｛111｝γ，下贝 氏体的惯习面是｛225｝γ。 贝氏体中铁素体与母相奥氏体也保持严格的结晶 学位向关系。 350-450℃形成的上贝氏体中F与A存在西山关系： ｛110｝Ｍ∥｛111｝γ 〈110〉Ｍ ∥〈211〉γ 250℃形成的下贝氏体中F与A存在Ｋ－Ｓ关系： ｛110｝Ｍ∥｛111｝γ 〈111〉Ｍ∥〈110〉γ
7.4连续冷却转变曲线的应用
从CCT曲线上获得钢真实的临界淬火冷
速Vc；
是制定钢正确的冷却规范的依据； 可以估计淬火以后钢件的组织与性能。
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6.1贝氏体的组织形态
6.1.1上贝氏体（Ｂ上）
形成温度：600～350℃ 光学显微镜下：羽毛状
；
电子显微镜下：不连续的、短杆状的渗
碳体分布在板条状铁素体基体上。
亚结构：位错（位错密度比马氏体低2～
3个数量级）。
20μ m
上贝氏体与珠光体及板条马氏体的区别：
素体 含过饱和的碳，其中有位错缠结存在；上 贝氏体铁素体条较宽，其宽度随形成温度 的下降而变细。Fe3C是断续的，短杆状的， 分布在铁素体之间，主轴平行于铁素体条 长轴。 上贝氏体中的铁素体的形态与亚结构和板 条马氏体相似，但位错密度比马氏体低23个数量级，约108-109cm-2。
魏氏组织的形成与钢中的含碳量、奥氏
体的晶粒大小及冷却速度有关
可见形成魏氏组织：①在一定的含碳量范围内；② A晶 粒粗大，越易形成魏氏组织，形成魏氏组织的含碳量的 范围变宽；③冷却速度适中。
魏氏组织对性能的影响：


魏氏组织是一种过热缺陷组织。使得机械性能 下降，尤其是冲击韧性、塑性降低、脆性转化 温度升高，使钢容易发生脆性断裂。 魏氏组织降低钢的机械性能和A晶粒粗化联系在 一起。 对易出现魏氏组织的钢材，应通过控制轧制、 降低终锻温度、控制冷却或改变热处理工艺， 如通过细化晶粒的调质、正火、退火、等温淬 火等来防止或消除魏氏组织。
6.2贝氏体的性能：
取决于其组织状态；而组织形态与其形成 温度有关，随形成温度降低，贝氏体中的铁素 体变细，含碳量增加；渗碳体的尺寸变小，数 量增加，形态由断续的杆状或层状变向细片状 变化。因此，贝氏体的强度，硬度提高。
6.2.1上贝氏体：
硬度低，韧性差，性能不好。 原因：形成温度较高，F晶粒和碳化物颗粒较粗 大，碳化物呈短杆状平行分布在F板条之间，F 和碳化物分布有明显的方向性，使得F条间易产 生脆裂，F条本身也可能成为裂纹扩展的路径。 上贝氏体的机械性能不好，应避免Ｂ上组织的形 成。
7.2.2亚（过）共析钢的CCT曲线
亚共析钢曲线特征：有四个转变区。先共析相 的转变区、珠光体转变区、贝氏体转变区和马 氏体转变区。此外，马氏体转变开始线(Ms线) 的右端下降。 原因：由于先共析铁素体的析出和贝氏体转变 使周围奥氏体富碳所致。 过共析钢曲线特征：与共析钢CCT曲线相似， 没有贝氏体转变区，所不同的是有先共析渗碳 体析出区。此外，马氏体转变开始线(Ms线)的 右端升高。 原因：由于先共析渗碳体的析出使周围奥氏体 贫碳所致。
为什么在Ms点以上贝氏体温度范围内，贝氏体
中的铁素体可以通过马氏体机构形成呢？ 原因：如图所示，奥氏体中局部含碳量的降低为 贝氏体转变创造了热力学条件。
T0：马氏体相变的 平衡温度；
6.3.4贝氏体中碳化物分布与形成温度有关 对于低碳钢，转变温度较高，得到由板条 铁素体组成的无碳化物贝氏体：少量的间 距较大的铁素体板条＋P（M或A/）组成， 如图a）所示。 转变温度较低，处于上贝氏体转变区，得 到羽毛状的上贝氏体，如图b）所示； 转变温度更低，处于下贝氏体转变区，得 到针状的下贝氏体，如图c）所示；
6.4魏氏组织的形成

定义：从奥氏体晶界生长出来的近于平行的或 其它规则排列的针状铁素体或渗碳体加珠光体 组织。
产生条件：
Wc小于0.6%的亚共析钢、和Wc大于 1.2%的过共析钢在铸造、热轧、锻造后 的空冷，焊缝或热影响区空冷，或加热温 度过高并以较快的冷却速度冷却。 形成机制： 魏氏组织中F按切变机构形成，与贝氏体 中铁素体形成机理相似。有表面浮凸现象， 沿一定惯习面({111}γ)并以一定晶体学 位向关系（K-S关系：（111）γ//（110） α，[110]γ//[111]α，）切变共格长大。
6贝氏体（Ｂ）转变
贝氏体转变是一种半扩散型的中温转变，
转变温度位于珠光体转变温度之下，马氏 体转变温度之上。 贝氏体：是过冷奥氏体的中温转变产物， 是过饱和的铁素体和碳化物的机械混合物。 贝氏体转变与珠光体转变和马氏体转变有 相似之处，又有不同之处。有扩散兼有切 变。奥氏体向铁素体的晶格改组是通过切 变方式进行的，通过碳原子在铁素体中的 扩散沉淀出碳化物。
7.2 CCT曲线的分析 7.2.1共析钢CCT曲线（最简单） 只有珠光体和马氏体两个转变区，无贝 氏体和先共析相转变区，曲线简单。 Ｖ ｃ：上临界冷却速度、临界淬火速度， 是指过冷奥氏体连续冷却过程中不发生 分解，而全部过冷至MS点以下发生马氏 体转变的最小冷速；它与CCT曲线的鼻尖相
切。
消除方法：
7过冷奥氏体连续冷却转变曲线（CCT曲 线）及其应用 研究意义：实际的热加工和热处理过程 并不是等温冷却过程，而是连续冷却过 程，所以要研究过冷奥氏体的连续冷却 转变的过程，要研究CCT曲线。
7.1 CCT曲线的建立 通常用膨胀法、金相法和热分析法 可测定，一般常用膨胀法来测定，速度 快，数据准确。具体过程是将钢试样奥 氏体化→测定不同冷速下的膨胀曲线→ 在膨胀曲线上确定临界点（转变开始点 和转变终了点）→将其连接起来形成了 连续冷却转变曲线。

6.2.2下贝氏体：
强度高，韧性好，具有良好的综合机械性能。 原因：铁素体针细小而均匀分布，所以塑性、 韧性 好；在铁素体内又沉淀析出细小、多量而 弥散分布的ε－碳化物，故具有高密度的位错， 所以强度高。 生产中常采用等温淬火的方法获得下贝氏体组 织。

6.2.3粒状贝氏体：

粒状贝氏体内的小岛起到复相强化的作用，其 强度随小岛所占面积的增多而提高。如图9－56 所示。
6.1.2下贝氏体（Ｂ下） 形成温度：350℃～Ms 光学显微镜下：黑色针状或针叶状； 电子显微镜下：在针状的铁素体内分布 着微细的六方点阵的ε-碳化物，碳化物 平行排列并与铁素体长轴成55～65°角。 亚结构：高密度位错，无挛晶存在。 （位错密度比B上中的高）。
10μ m
6.1.3粒状贝氏体（Ｂ粒） 一般在低碳钢，低、中碳合金钢中产生； 形成温度：在上贝氏体形成温度以上和奥 氏体转变为贝氏体最高温度（Bs点）以下 的范围内。 金相组织形态：在大块状或针状铁素体内 分布着一些颗粒状小岛。这些小岛高温下 原是富碳奥氏体区，冷却过程中由于冷却 条件和奥氏体的稳定性不同，可形成珠光 体、马氏体，也可以A/的形式保留下来。 如图所示。 容易在连续冷却中获得，如轧后空冷。 7

Ｖｃ′：下临界冷却速度，是指过冷奥氏 体连续冷却过程中全部转变为珠光体的 最大冷却速度。
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•P转变区：
左边一条线 叫过冷A转变 开始线，右 边一条线叫 过冷A转变终 了线，下面 一条线叫过 冷A转变中止 线。
•M转变区：
Ms和Vc线以 下的区域。
• 当V<Ｖｃ′时，室温组织：全部为Ｐ。 • 当Ｖｃ′ < V<Ｖｃ时，室温组织为： Ｐ＋Ｍ＋残余Ａ。 • 当V>Ｖｃ时，室温组织为：Ｍ＋残余Ａ。
6.3贝氏体转变特点 6.3.1贝氏体转变是一个形核与核长大的过程
需要一个孕育期，上贝氏体的领先相是铁素体， 铁素体晶核首先在奥氏体晶界贫碳区上形成，下 贝氏体的领先相也是铁素体，但由于过冷度大， 铁素体晶核可在奥氏体晶粒内部形成。 贝氏体长大速度受碳的扩散所控制。通常，B上的 长大速度取决于碳在A中的扩散，而B下的长大速 度取决于碳在F中的扩散。贝氏体转变速度远比马 氏体低。

亚共析钢连续冷却时会形成贝氏体区。
共析钢在连续冷却时不形成贝氏体，过 共析钢也是如此。 原因：共析钢、过共析钢奥氏体中含碳 量高，使贝氏体孕育期延长，在连续冷 却时贝氏体转变来不及进行便冷却到室 温。
7.3CCT曲线和TTT曲线的比较 连续冷却转变可以看为无数个温差 很小的等温转变过程。转变产物是不同 温度下等温转变组织的混合。但由于冷 却速度的影响，使得某一温度范围内的 转变不能充分进行。 共析钢的CCT 曲线在TTT曲线的右下方， 合金钢也类似。 TTT曲线的临界淬火速度Ｖｃ//=1.5Ｖｃ