贝氏体相变全解
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Βιβλιοθήκη 1. 贝氏体相变的温度范围
• 与马氏体相变一样，贝氏体相变在等温过程 中也不能进行完全，总有残余奥氏体存在。
• 等温温度愈靠近Bs点，能够形成的贝氏体量 就愈少。
2.贝氏体相变的产物
• 贝氏体相变产物：铁素体+碳化物 • 与珠光体不同，贝氏体不是层片状组织，且组织形态与形
成温度密切相关。 • 较高温度形成的上贝氏体，其碳化物是渗碳体，一般分布
➢ 后来人们 相继在 Cu-Zn、Cu-Al 、Ag-Zn等 合金，甚 至在
陶瓷中也发现了贝氏体转变。
5.1 贝氏体相变的基本特征
1. 贝氏体相变的温度范围
贝 氏 体 转 变 温 度 在 A1 以 下 ， MS 以 上 ， 有 一 转 变 的 上 限 温 度 BS 和 下限温度Bf ，过冷奥 氏 体 必 须 冷 到 BS 以 下 才能发生贝氏体转变。 碳钢的BS约为550℃左 右。
富集而趋于稳定，并保留到室温成为一种特殊的上贝氏体— 准上贝氏体； ⑤T渗碳体更细密
1. 上贝氏体
⑥亚结构：位错—说明切变以滑移方式进行，形成温度 位错密度；
⑦具有一定晶体学取向关系和表面浮突效应；上贝氏体 铁素体的惯习面为{111}，与奥氏体之间的位相关系为 K-S关系。碳化物的惯习面为{227}，与奥氏体之间存 在Pitsch关系。
扩散型相变的特征
贝氏体（ Bainite）-由来
• 为了纪念著名美国 物理冶金学家 E.C.Bain在中温转 变研究方面的突出 成果，20世纪40年 代末将中温转变称 为贝氏体相变，将 相变所得到的产物 称为贝氏体 （ Bainite ）。
贝氏体相变的发展历史
➢ E.C.Bain 等 人 与 1930 年 首 次 发 表 了 这 种中 温 转 变产 物 金
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-碳化物，主要分布在铁素体条内部；
• 在低、中碳钢中，当贝氏体形成温度较高 时，也可能形 成不含碳化物的无碳化物贝氏体。
• 碳化物的分布、状态随形成温度不同而异。 • 随贝氏体的形成温度下降，贝氏体中铁素体的碳含量升高。
3.贝氏体相变动力学
1. 上贝氏体
• 电镜下：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。
• 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，束与束之间则有较大的位 向差。
• 条状铁素体的碳含量接近平衡浓度， 而条间碳化物均为渗碳体型碳化物。
1. 上贝氏体
特点: ①铁素体条宽取决于转变温度和成分--C，T宽度，板条
宽度大于相同温度下形成的P铁素体片； ②条间位向差小，束间位向差大； ③碳化物形态受含碳量影响--C，粒状链珠状短杆状，不
仅分布于F板条间，还可能分布在F板条内部； ④ Si、Al具有延缓渗碳体沉淀的作用，使F条之间的A为碳所
• 相变过程必须有扩散C原子的 • 碳原子的扩散对贝氏体相变起控制作用
– 上贝氏体的相变速度取决于C在-Fe中的扩散 – 下贝氏体的相变速度取决于C在-Fe中的扩散
• 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。
5.贝氏体相变的晶体学特征
• 表面上产生浮突现象-说明铁素体是按切变共格方 式长大的。
• 光镜下：典型的下贝氏体组织呈 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。
• 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。
• 电镜下：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，
（100）Fe3C /（/ 554）A （010）Fe3C //(110）A
(001)Fe3C //(225)A
2.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℃
2. 下贝氏体
• 贝氏体中铁素体存在惯习面：
– 上贝氏体的惯习面为{111}， – 下贝氏体的惯习面一般为{225}。
• 贝氏体中铁素体与奥氏体之间存在K-S位向关系。 • 贝氏体中渗碳体与奥氏体以及贝氏体中渗碳体与
铁素体之间亦存在一定的晶体学位向关系。
5.2 钢中贝氏体的组织形态
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、下贝氏体、粒状贝氏体、无碳贝 氏体等。
1.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350550℃的温度区间形成。
1.上贝氏体
• 典型的上贝氏体组织 在光镜下观察时呈羽 毛状、条状或针状， 少数呈椭圆形或矩形
• 光镜下:条状F自晶界 向晶内生长，形似羽 毛—羽毛状贝氏体， 条间Fe3C无法分辨。
第五章 贝氏体相变
共析钢： 过冷奥氏体转变
高温 中温
A：奥氏体 P：珠光体
Ｂ：贝氏体
低温
Ｍ：马氏体
共析钢过冷奥氏体等温转变曲线
概述
• 钢经奥氏体化后过冷到珠光体相变与马氏 体相变之间的中温区时，将发生贝氏体相 变，亦称为中温转变。
• Fe原子难以扩散，C原子尚能扩散 • 相变产物：铁素体+碳化物（非层状组织） • 贝氏体相变：切变共格型相变+
相照片；
➢ 1939年，R.F.Mehl把贝氏体分为上贝氏体和下贝氏体； ➢ 1952 年 ， 柯 俊 和 Conttrell 发 现贝 氏 体 相变 产 生 表面 浮 凸
效应，提出相变的切变机制，形成“切变学派”；
➢ 20世纪60年代末，美国冶金学家Aaronson等认为贝氏体
相变是共析转变的变种，形成了“扩散学派”；
• 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。
4. 贝氏体相变的扩散性
• 贝氏体相变： 奥氏体() 铁素体（）+碳化物
• 与马氏体相变一样，贝氏体相变在等温过程 中也不能进行完全，总有残余奥氏体存在。
• 等温温度愈靠近Bs点，能够形成的贝氏体量 就愈少。
2.贝氏体相变的产物
• 贝氏体相变产物：铁素体+碳化物 • 与珠光体不同，贝氏体不是层片状组织，且组织形态与形
成温度密切相关。 • 较高温度形成的上贝氏体，其碳化物是渗碳体，一般分布
➢ 后来人们 相继在 Cu-Zn、Cu-Al 、Ag-Zn等 合金，甚 至在
陶瓷中也发现了贝氏体转变。
5.1 贝氏体相变的基本特征
1. 贝氏体相变的温度范围
贝 氏 体 转 变 温 度 在 A1 以 下 ， MS 以 上 ， 有 一 转 变 的 上 限 温 度 BS 和 下限温度Bf ，过冷奥 氏 体 必 须 冷 到 BS 以 下 才能发生贝氏体转变。 碳钢的BS约为550℃左 右。
富集而趋于稳定，并保留到室温成为一种特殊的上贝氏体— 准上贝氏体； ⑤T渗碳体更细密
1. 上贝氏体
⑥亚结构：位错—说明切变以滑移方式进行，形成温度 位错密度；
⑦具有一定晶体学取向关系和表面浮突效应；上贝氏体 铁素体的惯习面为{111}，与奥氏体之间的位相关系为 K-S关系。碳化物的惯习面为{227}，与奥氏体之间存 在Pitsch关系。
扩散型相变的特征
贝氏体（ Bainite）-由来
• 为了纪念著名美国 物理冶金学家 E.C.Bain在中温转 变研究方面的突出 成果，20世纪40年 代末将中温转变称 为贝氏体相变，将 相变所得到的产物 称为贝氏体 （ Bainite ）。
贝氏体相变的发展历史
➢ E.C.Bain 等 人 与 1930 年 首 次 发 表 了 这 种中 温 转 变产 物 金
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-碳化物，主要分布在铁素体条内部；
• 在低、中碳钢中，当贝氏体形成温度较高 时，也可能形 成不含碳化物的无碳化物贝氏体。
• 碳化物的分布、状态随形成温度不同而异。 • 随贝氏体的形成温度下降，贝氏体中铁素体的碳含量升高。
3.贝氏体相变动力学
1. 上贝氏体
• 电镜下：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。
• 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，束与束之间则有较大的位 向差。
• 条状铁素体的碳含量接近平衡浓度， 而条间碳化物均为渗碳体型碳化物。
1. 上贝氏体
特点: ①铁素体条宽取决于转变温度和成分--C，T宽度，板条
宽度大于相同温度下形成的P铁素体片； ②条间位向差小，束间位向差大； ③碳化物形态受含碳量影响--C，粒状链珠状短杆状，不
仅分布于F板条间，还可能分布在F板条内部； ④ Si、Al具有延缓渗碳体沉淀的作用，使F条之间的A为碳所
• 相变过程必须有扩散C原子的 • 碳原子的扩散对贝氏体相变起控制作用
– 上贝氏体的相变速度取决于C在-Fe中的扩散 – 下贝氏体的相变速度取决于C在-Fe中的扩散
• 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。
5.贝氏体相变的晶体学特征
• 表面上产生浮突现象-说明铁素体是按切变共格方 式长大的。
• 光镜下：典型的下贝氏体组织呈 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。
• 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。
• 电镜下：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，
（100）Fe3C /（/ 554）A （010）Fe3C //(110）A
(001)Fe3C //(225)A
2.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℃
2. 下贝氏体
• 贝氏体中铁素体存在惯习面：
– 上贝氏体的惯习面为{111}， – 下贝氏体的惯习面一般为{225}。
• 贝氏体中铁素体与奥氏体之间存在K-S位向关系。 • 贝氏体中渗碳体与奥氏体以及贝氏体中渗碳体与
铁素体之间亦存在一定的晶体学位向关系。
5.2 钢中贝氏体的组织形态
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、下贝氏体、粒状贝氏体、无碳贝 氏体等。
1.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350550℃的温度区间形成。
1.上贝氏体
• 典型的上贝氏体组织 在光镜下观察时呈羽 毛状、条状或针状， 少数呈椭圆形或矩形
• 光镜下:条状F自晶界 向晶内生长，形似羽 毛—羽毛状贝氏体， 条间Fe3C无法分辨。
第五章 贝氏体相变
共析钢： 过冷奥氏体转变
高温 中温
A：奥氏体 P：珠光体
Ｂ：贝氏体
低温
Ｍ：马氏体
共析钢过冷奥氏体等温转变曲线
概述
• 钢经奥氏体化后过冷到珠光体相变与马氏 体相变之间的中温区时，将发生贝氏体相 变，亦称为中温转变。
• Fe原子难以扩散，C原子尚能扩散 • 相变产物：铁素体+碳化物（非层状组织） • 贝氏体相变：切变共格型相变+
相照片；
➢ 1939年，R.F.Mehl把贝氏体分为上贝氏体和下贝氏体； ➢ 1952 年 ， 柯 俊 和 Conttrell 发 现贝 氏 体 相变 产 生 表面 浮 凸
效应，提出相变的切变机制，形成“切变学派”；
➢ 20世纪60年代末，美国冶金学家Aaronson等认为贝氏体
相变是共析转变的变种，形成了“扩散学派”；
• 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。
4. 贝氏体相变的扩散性
• 贝氏体相变： 奥氏体() 铁素体（）+碳化物