第6章 贝氏体与钢的中温转变
第六章第三节钢在冷却时的转变_工程材料
§6-3 钢在冷却时的转变一、过冷奥氏体等温冷却转变曲线1、过冷奥氏体等温冷却转变曲线建立以共析钢为例：取尺寸相同的T8钢试样，A化后，迅速冷却到A1以下不同温度保温，进行等温转变，测出转变的开始点与转变结束点。
将开始点与结束点分别连接起来，就得到奥氏体等温转变曲线。
该曲线称为TTT图（Time Temperature TransformationDiagram）或C曲线。
2、孕育期：转变开始线与纵坐标轴之间的距离。
孕育期越短，过冷奥氏体越不稳定，转变越快。
孕育期最短处称为鼻温3、影响C曲线的因素A的成分越均匀，晶粒越粗，其稳定性越高，C曲线右移；A含碳量越高，稳定性越高，C曲线右移，共析钢C曲线最靠右；合金元素，除Co外所有合金元素均使C曲线右移，并使C曲线改变形状。
二、共析钢过冷奥氏体的转变产物及性能、珠光体型转变（P）转变温度：A1～鼻温（550℃）之间（高温转变）转变规律：是通过碳、铁的扩散完成转变。
铁原子重新排列由fcc bcc,碳从铁中扩散出，形成转变产物：珠光体型组织铁素体和渗碳体的机械混合物产物形态：渗碳体呈层片状分布在铁素体基体上，转变温度越低，层间距越小。
珠光体型组织按层间距大小分为珠光体(P)、索氏体(S)和屈氏体(T)珠光体3800×索氏体8000×屈氏体8000×2、贝氏体型转变（B）转变温度：鼻温（550℃）～Ms之间（中温转变）转变规律：半扩散型转变，铁原子不扩散，只能做微小的位置调整，由fcc→bcc。
碳原子有一定扩散能力，部分碳原子从铁中扩散出来，形成碳化物。
转变产物：贝氏体型组织，渗碳体分布在过饱和的铁素体基体上的两相混合物。
上贝氏体（B上）：550℃～350℃之间形成形态：呈羽毛状, 小片状的渗碳体分布在成排的铁素体片之间。
光学显微照片1300×电子显微照片5000×上贝氏体性能：铁素体片较宽，塑性变形抗力较低；渗碳体分布在铁素体片之间，容易引起脆断，因此强度和韧性都较差。
第6章 钢的热处理
保温
普通热处理
退火、正火、淬火、回火。
表面淬火
表面热处理
时间
化学热处理
预备热处理、最终热处理 毛坯成型 → 预备热处理 → 机械加工（粗加工）→ 最终热处理 → 精加工
5 状态图中三条重要线及加热和冷却速度对线的位置的影响
A3 A1 0 0.77 2.11 4.3 6.69
硬度650HB，塑性和韧性差
原因：碳过饱和程度大，晶格畸变大，
淬火内应力大，存在显微裂纹，
容易导致脆性断裂的出现，微 细孪晶存在破坏了滑移系使脆 性增大，塑性和韧性差。
孪晶M
M的硬度主要取决于含碳量
M 转变是在 Ms ～ Mf 进行。
残余A量随含碳量的增多而增多，即C↑ → A残↑
（三）影响C曲线的因素
1 碳的影响
亚共析钢和过共析钢C曲线上部
多出一条先共析相析出线。
A过转变前，亚共析钢析出F，过共析钢析出Fe3C 剩下的Ａ过达到共析成分，再发生Ｐ类型转变。
共析钢C曲线最靠右，所以：共析钢A过最稳定。
亚共析钢随含碳量↑， C曲线向右移， A过稳定性↑。
过共析钢随含碳量↑， C曲线向左移， A过稳定性↓。
A+F F+P
A + Fe3CⅡ P+ Fe3CⅡ
2 冷却介质的选择
保证有足够的冷却速度V冷＞Vk；
V冷↑→ 热应力和组织应力↑ 650 ℃～ 400℃： V冷要快
650℃ 550℃ 400℃
vk
常用淬火介质：水、盐水、矿物油
水：在650℃～400℃冷速很大，对A稳定性较小的碳钢非常有利。 但300 ℃～200 ℃冷速仍很大，组织应力大，易变形和开裂。 盐水：由于NaCl晶体在工件表面析出和爆破，破坏包围在工件表面的 蒸 汽膜，使冷速加快，而且可以破坏加热产生的氧化皮，使其 剥落。盐水淬火容易得到高硬度和光洁表面。但300 ℃～200 ℃ 冷速仍很大，组织应力大，易变形和开裂。 适用于形状简单、硬度要求高、表面要求光洁、变形要求不严格 的碳钢零件，如：螺钉、销钉、垫圈等。 矿物油：冷却能力弱：650℃～550℃，18℃水的冷却强度为1， 则50℃
第六章钢热处理分析
第六章钢的热处理、名词解释1热处理： _______________________________________________________________ 2等温转变： _____________________________________________________________ 3连续冷却转变： _________________________________________________________ 4马氏体： _______________________________________________________________ 5退火： _________________________________________________________________ 6正火： _________________________________________________________________ 7淬火： _________________________________________________________________ 8回火： _________________________________________________________________ 9表面热处理： ___________________________________________________________ 10渗碳：________________________________________________________________二、填空题1、整体热处理分为________ 、____________ 、 _________ 、和___________ 等。
2、根据加热方法的不同，表面淬火方法主要有____________________ 表面淬火、_________________ 表面淬火、______________ 表面淬火、 _______ 表面淬火等。
第六章 钢的热处理
第一节 概述
热处理的概念
热处理是将固态金属 或合金在一定介质中加 或合金在一定介质中加 保温和冷却， 热、保温和冷却，以改 变材料整体或表面组织， 变材料整体或表面组织， 从而获得所需性能的工 艺。 热处理工序 预备热处理—为随后的加工（冷拔、冲压、切削） 预备热处理 为随后的加工（冷拔、冲压、切削）或进一步 为随后的加工 热处理作准备的热处理。 热处理作准备的热处理。 最终热处理—赋予工件所要求的使用性能的热处理 最终热处理 赋予工件所要求的使用性能的热处理. 赋予工件所要求的使用性能的热处理
残余Fe3C溶解
4. 奥氏体成分均匀化
延长保温时间， 延长保温时间，让碳原子 充分扩散， 充分扩散，才能使奥氏体 的含碳量处处均匀。 的含碳量处处均匀。
A 均匀化
第二节 钢在加热时的转变 共析钢奥氏体化过程
第二节 钢在加热时的转变
（二）亚共析钢和过共析钢的奥氏体形成过程
亚共析钢和过共析钢与共析钢的区别是有先共析 亚共析钢和过共析钢与共析钢的区别是有先共析 其奥氏体的形成过程是先完成珠光体向奥氏体的 相。其奥氏体的形成过程是先完成珠光体向奥氏体的 转变，然后再进行先共析相的溶解 这个P→A 先共析相的溶解。 P→A的转变 转变，然后再进行先共析相的溶解。这个P→A的转变 过程同共析钢相同，也是经过前面的四个阶段。 过程同共析钢相同，也是经过前面的四个阶段。 对于亚共析钢，平衡组织F+P，当加热到AC1以上温 对于亚共析钢，平衡组织F+P，当加热到A 亚共析钢 F+P 度时，P→A， 的升温过程中，先共析的F 度时，P→A，在AC1～AC3的升温过程中，先共析的F逐 渐溶入A 渐溶入A， 对于过共析钢，平衡组织是Fe +P，当加热到A 对于过共析钢，平衡组织是Fe3CⅡ+P，当加热到AC1 共析钢 以上时，P→A， 的升温过程中， 以上时，P→A，在AC1～ACCM的升温过程中，二次渗碳体 逐步溶入奥氏体中。 逐步溶入奥氏体中。
马氏体和贝氏体转变温度_概述说明以及解释
马氏体和贝氏体转变温度概述说明以及解释1. 引言1.1 概述马氏体和贝氏体转变温度是金属材料中一个重要的热处理参数，对于决定材料的性能具有重要影响。
马氏体和贝氏体都是金属材料在固态相变时产生的晶体结构类型，它们的转变温度是指在一定条件下，马氏体相或贝氏体相开始生成或完全消失的温度。
本文旨在系统地介绍马氏体和贝氏体转变温度的相关知识，包括其定义、原理以及测定方法。
通过深入探讨这些方面内容，我们可以更好地理解马氏体和贝氏体转变温度对于金属材料性能及加工过程的影响，并为研究者提供必要的参考资料。
1.2 文章结构本文将按照以下结构进行论述：- 引言部分首先概述了文章的背景和目标。
- 随后，在第二部分中详细介绍了马氏体转变温度，包括其定义与原理、影响因素以及测定方法。
- 第三部分则重点讨论了贝氏体转变温度，涉及到其定义与原理、影响因素以及测定方法。
- 第四部分将马氏体和贝氏体转变温度进行了关联，包括相互关系及对比分析、实际应用案例分析以及进一步研究和发展方向。
- 最后，本文将在结论部分总结论述内容，并提出未来研究的方向。
1.3 目的本文旨在系统概述和解释马氏体和贝氏体转变温度的相关知识，便于读者深入理解这两个参数在金属材料中的作用。
通过阐述马氏体和贝氏体转变温度的定义、原理以及测定方法，读者能够更好地理解这些参数对于金属材料性能和加工过程的影响。
同时，本文还将通过对马氏体和贝氏体转变温度之间关系的探讨，为读者提供一些实际应用案例以及未来研究方向的建议。
2. 马氏体转变温度2.1 定义和原理马氏体转变温度(Martensitic Transformation Temperature)是指当金属经历回火或降温等热处理过程后，发生马氏体相变的温度。
在固溶态的情况下，金属晶体中的原子具有较高的无序性，而经过回火或降温处理后，晶体结构会发生变化从而形成马氏体。
马氏体相是一种具有高硬度和脆性的晶态组织，在压缩应力作用下具有变形能力。
工程材料练习题钢的热处理练习题
第六章钢的热处理练习题一、填空题1．钢加热时奥氏体形成是由（）、（）、（）和（）四个基本过程所组成。
2．在过冷奥氏体等温转变产物中，珠光体与屈氏体的主要相同点是（ ) ，不同点是（）。
3．用光学显微镜观察，上贝氏体的组织特征呈（）状，而下贝氏体则呈（）状。
4．与共析钢相比，非共析钢C 曲线的特征是（）。
5．马氏体的显微组织形态主要有（）、（）两种，其中（）的韧性较好。
6．钢的淬透性越高，则其C 曲线的位置越（），说明临界冷却速度越（）。
7．钢的热处理工艺是由（）、（）、（）三个阶段组成。
一般来讲，它不改变被处理工件的（），但却改变其（）。
8．利用Fe-Fe3C 相图确定钢完全退火的正常温度范围是（），它只适应于（）钢。
9．球化退火的主要目的是（），它主要适用于（）。
10．钢的正常淬火温度范围，对亚共析钢是（），对过共析钢是（）。
11．当钢中发生奥氏体向马氏体的转变时，原奥氏体中碳含量越高，则MS 点越( )，转变后的残余奥氏体量就越（）。
12．在正常淬火温度下，碳素钢中共析钢的临界冷却速度比亚共析钢和过共析钢的临界冷却速度都（）。
13．钢热处理确定其加热温度的依据是（），而确定过冷奥氏体冷却转变产物的依据是（）。
14．淬火钢进行回火的目的是（），回火温度越高，钢的硬度越（）。
15．钢在回火时的组织转变过程是由（）、（）、（）和（）四个阶段所组成。
16．化学热处理的基本过程包括（）、（）和（）三个阶段。
17．索氏体和回火索氏体在形态上的区别是（），在性能上的区别是（）。
18．参考铁碳合金相图，将45 号钢及T10 钢（已经过退火处理）的小试样经850 ℃ 加热后水冷、850 ℃ 加热后空冷、760 ℃ 加热后水冷、720 ℃ 加热后水冷等处理，把处理后的组织填入表3 -3 -1 。
二、不定项选择题1．钢在淬火后获得的马氏体组织的粗细主要取决于（）。
a．奥氏体的本质晶粒度 b．奥氏体的实际晶粒度c．奥氏体的起始晶粒度 d．奥氏体的最终晶粒度2．奥氏体向珠光体的转变是（）。
材料学习题第6章-钢的热处理
第四章钢的热处理一、名词概念解释1、再结晶、重结晶2、起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶粒度3、奥氏体、过冷奥氏体、残余奥氏体4、珠光体、索氏体、屈氏体、贝氏体、马氏体5、临界冷却速度6、退火、正火、淬火、回火7、调质处理8、淬透性、淬硬性二、思考题1、何谓热处理? 热处理有哪些基本类型? 举例说明热处理与你所学专业有何联系?2、加热时, 共析钢奥氏体的形成经历哪几个基本过程? 而亚共析钢和过共析钢奥氏体形成有什么主要特点?3、奥氏体形成速度受哪些因素影响?4、如何控制奥氏体晶粒大小?5、珠光体、贝氏体、马氏体组织各有哪几种基本类型? 它们在形成条件、组织形态和性能方面有何特点?6、何谓淬火临界冷却速度VK ? VK的大小受什么因素影响? 它与钢的淬透性有何关系?7、试述退火、正火、淬火、回火的目的, 熟悉它们在零件加工工艺路线中的位置。
8、正火与退火的主要区别是什么?生产中应如何选择正火及退火?9、常用的淬火方法有哪几种? 说明它们的主要特点及应用范围。
10、常用的淬火冷却介质有哪些? 说明其冷却特性、优缺点及应用范围。
11、为什么工件经淬火后往往会产生变形, 有的甚至开裂? 减少变形及防止开裂有哪些途径?12、常用的回火操作有哪几种? 指出各种回火操作得到的组织、性能及其应用范围。
三、填空题1、钢的热处理是通过钢在固态下＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿的操作来改变其＿＿＿＿＿＿＿, 从而获得所需性能的一种工艺。
2、钢在加热时P A的转变过程伴随着铁原子的＿＿＿＿＿＿, 因而是属于＿＿＿＿＿型相变。
3、加热时, 奥氏体的形成速度主要受到＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿＿＿＿的影响。
4、在钢的奥氏体化过程中, 钢的含碳量越高, 奥氏体化的速度越＿＿＿＿＿, 钢中含有合金元素时, 奥氏体化的温度要＿＿＿＿＿一些, 时间要＿＿＿＿＿一些。
5、珠光体、索氏体、屈氏体均属层片状的＿＿＿＿＿和＿＿＿＿的机械混合物, 其差别仅在于＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
金属工艺第5-7章答案
作业第六章钢的热处理一、名词解释1、钢的热处理—是采用适当的方式对金属材料或工件进行加热、保温和冷却，以获得预期的组织结构与性能的工艺。
2、等温冷却转变—工件奥氏体化后，冷却到临界点以下的某一温度区间等温保持时，过冷奥氏体发生的相变。
3、连续冷却转变—工件奥氏体化后，以不同冷速连续冷却时过冷奥氏体发生的相变。
4、马氏体—碳或合金元素在α—Fe中的过饱和固溶体。
5、退火—将工件加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。
6、正火—工件加热奥氏体化后在空气中冷却的热处理工艺。
7、淬火—工件加热奥氏体化后，以适当方式冷却获得马氏体或（和）贝氏体组织的热处理工艺。
8、回火—工件淬硬后，加热到Ac1以下的某一温度，保持一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。
9、表面热处理—为了改变工件表面的组织和性能，仅对其表面进行热处理的工艺。
10、真空热处理—在低于一个大气压（10-1～10-3Pa）的环境中加热的热处理工艺。
11、渗碳—为了提高工件表面碳的质量分数，并在其中形成一定的碳含量梯度，将工件在渗碳介质中加热、保温，使碳原子渗入的化学热处理工艺。
12、渗氮—在一定温度下，与一定介质中，使氮原子渗入工件表面的化学热处理工艺。
二、填空题1、整体热处理分为退火、正火、淬火和回火等。
2、表面淬火的方法有感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、接触电阻加热表面淬火、电解液表面淬火等。
3、化学热处理包括渗碳、渗氮、碳氮共渗和渗硼等。
4、热处理工艺过程由加热、保温和冷却三个阶段组成。
5、共析钢在等温转变过程中，其高温转变产物有： P(珠光体) 、 S(索氏体) 和 T(托氏体) 。
6、贝氏体分上贝氏体和下贝氏体两种。
7、淬火方法有：单液淬火、双液淬火、马氏体分级淬火和贝氏体等温淬火等。
8、常用的退火方法有：完全退火、球化退火和去应力退火等。
9、常用的冷却介质有油、水、空气等。
10、常见的淬火缺陷有过热与过烧、氧化与脱碳、硬度不足与软点、变形与开裂等11、感应加热表面淬火，按电流频率的不同，可分为高频感应加热、中频感应加热和工频感应加热三种。
钢中常见组织之贝氏体
钢中常见组织之贝氏体贝氏体：bainite又称贝茵体。
钢中相形态之一。
钢过冷奥氏体的中温转变产物，α-Fe和Fe3C的复相组织。
贝氏体转变温度介于珠光体转变与马氏体转变之间。
贝氏体转变的基本特征：贝氏体转变兼有珠光体转变与马氏体转变的某些特征。
归纳起来，主要有以下几点：1，贝氏体转变温度范围对应于珠光体转变的A1点及马氏体转变的MS点，贝氏体转变也有一个上限温度BS点。
奥氏体必须过冷到BS以下才能发生贝氏体转变。
合金钢的BS点比较容易测定，碳钢的BS点由于有珠光体转变的干扰，很难测定。
贝氏体转变也有一个下限温度Bf 点，但Bf与Mf无关，即：Bf可以高于MS，也可以低于MS。
2，贝氏体转变产物与珠光体转变一样，贝氏体转变产物也由α相与碳化物组成的两相机械混合物，但与珠光体不同，贝氏体不是层片状组织，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，就α相形态而言，更多地类似于马氏体而不同于珠光体。
因此，Hehemann称贝氏体为铁素体与碳化物的非层状混合组织。
Aaronson则称之为非层状共析反应产物或非层状珠光体变态。
可以看出，Aaronson强调的是贝氏体转变与珠光体转变一样，都是共析转变，只是因为转变温度不同而导致转变产物的形态不同。
需要特别指出，在较高温度范围内转变时所得的产物中虽然无碳化物而只有α相，但从转变机制考虑，仍被称为贝氏体。
3，贝氏体转变动力学贝氏体转变也是一个形核及长大的过程，可以等温形成，也可以连续冷却形成。
贝氏体等温需要孕育期，等温转变动力学曲线也呈S形，等温形成图也具有“C”字形。
应当指出，精确测得的贝氏体转变的C曲线，明显地是由两条C曲线合并而成的，这表明，中温转变很可能包含着两种不同的转变机制。
4，贝氏体转变的不完全性贝氏体等温转变一般不能进行到底，在贝氏体转变开始后，经过一定时间，形成一定数量的贝氏体后，转变会停下来。
第六章 钢的奥氏体转变图
Hale Waihona Puke 3.转变产物 IT 转变是在一个温度进行的，其转变产物类型是一种。 CT 转变是在一个温度范围内进行的，其转变产物类型
可能不止 一种，有时是几种类型组织的混合。即使是同 一种类型的组织，也由于先期转变的与后期转变的因温度 不同，所得的组织粗细不同，如P→S→T ；B上→B下。
（2）碳化物形成元素，主要有铬、钼、钨、钒、钛等。这 类元素如熔入奥氏体中也将不同程度地降低珠光体转变和贝 氏体转变的速度；同时还使珠光体转变C曲线移向高温和贝 氏体转变C曲线移向低温。当钢中这类元素含量较高时，将 使上述两种转变的C曲线彼此分离，使IT 图出现双C曲线的 特征。这样，在珠光体转变与贝氏体转变温度范围之间就出 现了一个过冷奥氏体的高度稳定区，参见图 6-2（b）。
Fe3C的机械混合物，成为片状组织。但随着 T↓，片状 越细，按片层的粗细分别珠光体型组织划分为三类： 珠光体（P）、索氏体（S）、 屈氏体（T）
对T8而言，对应温度的相变组织和性能： A1～650℃： A→P 硬度 HRC32～11 650～600℃：A→S 硬度HRC32～38（属Fe、C原子
（三） IT 曲线与CT曲线的比较 1.用途
IT：仅能粗略地、定性地估计在连续冷却时的转变情况。 CT：能较准确地用来作为制定、分析热处理工艺的依据。 2.位置：CT在IT的右下方，即CT的过冷度、孕育期较IT大
图7含0.84%碳钢CT图与IT图
图8 40Cr钢IT图(虚线)与CT图
①13mm 钢板：油冷。按照等温转变图，应在690℃开始转变，640℃结 束，但实际上是660℃开始转变，590℃结束；
第六章 钢的热处理
第六章钢的热处理一、解释下列名词1、奥氏体、过冷奥氏体、残余奥氏体2、珠光体、索氏体、屈氏体、贝氏体、马氏体3、临界冷却速度4、退火、正火、淬火、回火、冷处理、时效5、调质处理6、淬透性、淬硬性7、回火马氏体、回火索氏体、回火屈氏体8、第一类回火脆性、第二类回火脆性10、表面淬火、化学热处理二、填空题1、钢的热处理是通过钢在固态下、和的操作来改变其，从而获得所需性能的一种工艺。
2、钢在加热时P→A 的转变过程伴随着铁原子的，因而是属于型相变。
3、钢加热时的各临界温度分别用、和表示；冷却时的各临界温度分别用、和表示。
4、加热时，奥氏体的形成速度主要受到、、和的影响。
5、在钢的奥氏体化过程中，钢的含碳量越高，奥氏体化的速度越，钢中含有合金元素时，奥氏体化的温度要一些，时间要一些。
6、一般结构钢的A晶粒度分为级, 级最粗，级最细。
按930℃加热保温 3～8h 后，晶粒度在级的钢称为本质粗晶粒钢，级的钢称为本质细晶粒钢。
7、珠光体、索氏体、屈氏体均属层片状的和的机械混合物，其差别仅在于。
8、对于成分相同的钢，粒状珠光体的硬度、强度比片状珠光体，但塑性、韧性较。
9、影响C曲线的因素主要是和。
10、根据共析钢相变过程中原子的扩散情况，珠光体转变属转变，贝氏体转变属转变，马氏体转变属转变。
11、马氏体的组织形态主要有两种基本类型，一种为马氏体，是由含碳量的母相奥氏体形成，其亚结构是；另一种为马氏体，是由含碳量的母相奥氏体形成，其亚结构是。
12、上贝氏体的渗碳体分布在，而下贝氏体的渗碳体较细小，且分布在，所以就强韧性而言，B下比B上。
13、钢的 C 曲线图实际上是图，也称图，而CCT曲线则为。
14、过冷奥氏体转变成马氏体，仅仅是的改变，而没有改变，所以马氏体是碳在α-Fe 中的。
15、其他条件相同时，A中的C% 愈高，A→M的Ms温度愈，A 量也愈。
16、马氏体晶格的正方度( c/a )表示了，c/a的值随而增大。
材料科学基础_第6章_固态相变的基本原理
固态相变与液态相变相比的的特点 ➢ 1.相变阻力大。 固态相变的驱动力也是新旧两相的自由能
差，这个差值越大，越有利于相变的进行 ➢ 2.新相与母相界面上原子排列易保持一定的匹配。新相与
母相界面上原子排列易保持一定的匹配的根本原因就在于 它有利于相变阻力的降低 ➢ 3.新相与母相之间存在一定的晶体学位向关系。
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（2）共格性长大和非共格性长大 ➢ 扩散相变：新相长大是通过非共格相界面的扩散性移动。
即使在形核阶段形成了界面能低的共格界面，从而促进了 形核，但是共格界面扩散性移动困难，最后演变为非共格 界面。 ➢ 非扩散相变：新相长大是依靠相界面按切边方式进行的， 只有在维持两相的共格关系时才能长大，在形核和长大阶 段都必须维持界面的共格性。只有当新相长大到一定程度 ，由于共格应变能扩大，引起两相中较软的一相发生塑性 变形，共格性就会遭到破坏，长大停止。
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4) 过渡相
➢ 易出现过渡相，有些反应不能进行到底，过渡相可以 长期保留。
➢ 这种情况通常发生在稳定相的成分与母相相差较远，转变 温度较低，原子扩散慢，稳定相的形核困难。钢中的渗碳 体其实也是铁碳平衡中的一过渡相。
➢ 过渡相从热力学来说不利，但从动力学来说有力，也 是减小相变阻力的重要途径之一
形核时两相保持一定的位相关系，是固态相变按 阻力最小进行的有效途径之一
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3）.长大特点
（1）惯习现象
➢ 固态相变时，新相往往以特定的晶向在母相的特定晶面
上形成，这个晶面即称为惯习面，而晶向则称为惯习方向 ，这种现象叫做惯习现象。 ➢ 在许多情况下，惯习面和惯习方向就是取向关系中母相的 晶面和晶向，但也可以是别的晶面或晶向。
是温度和时间对形核都有影响，晶核可以在等温过程中形 成。 ➢ 非热激活形核：通过快速冷却在变温过程中形核，是变温 形核。马氏体相变
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6.3.1 贝氏体等温转变动力学
1.贝氏体转变动力学特点 2.贝氏体等温转变动力学曲线 3.影响贝氏体等温转变动力学的主要因素
1.贝氏体转变动力学特点
1) 贝氏体转变和绝大多数相变一样，需要通过新相形核与核心长大来完成，其形核 速率和长大速率决定了贝氏体转变的速率。 2) 贝氏体形核(多数以贝氏体铁素体为领先相)需要一定的孕育期，这与珠光体转变相 似。 3) 贝氏体转变速率比马氏体转变速率慢很多，这与贝氏体转变需要原子扩散以及相 变驱动力相对较小有关。 4) 贝氏体转变有一上限温度Bs和一下限温度Bf,高于Bs温度和低于Bf温度，都不能发 生贝氏体转变。 5) 贝氏体转变具有不完全性，这与贝氏体形成过程中由于奥氏体中碳富集导致的奥 氏体化学稳定性增加有关，也与贝氏体和奥氏体比体积差造成的奥氏体力学稳定化 相关。
6.1.1 贝氏体的定义和分类
1.贝氏体的定义 2.贝氏体的分类
1.贝氏体的定义
贝氏体转变非常复杂，其转变产物形态多样， 给出严格的、准确的贝氏体定义十分困难。我 国在国家标准“GB/T 7232—1999金属热处理工 艺术语”中对贝氏体的描述是：贝氏体是钢铁 奥氏体化后，过冷到珠光体转变温度区域与Ms 之间的中温区等温，或连续冷却通过中温区时 形成的组织。
2.贝氏体铁素体中的位错
贝氏体铁素体中通常具有高密度的位错，而且 位错密度随贝氏体形成温度的降低而增大。增 加钢中的含碳量可以降低贝氏体的形成温度， 因此，增加含碳量可以提高贝氏体铁素体中的 位错密度。
3.贝氏体铁素体中的亚单元
图6-9 Fe-0.5%C-3.8%Cr-1.44%Si上贝氏体组织结构照片 (扫描隧道显微镜STM)(1150℃×5min＋365℃×15min) a) 亚片条、亚单元形态 b) 亚片条、亚单元、超亚单元形态
6.2 贝氏体的相变机制
贝氏体相变包括贝氏体铁素体的形成和碳化物 的析出两个基本过程。贝氏体相变机制包括贝 氏体相变的领先相、贝氏体铁素体的形核与长 大、碳化物的析出位置等诸多方面。
6.2.1 贝氏体相变的切变理论
1. Hehemann模型 2. Bhadeshia模型
1. Hehemann模型
a)表面浮凸(在A区无表面浮凸)(600×) b)与a)同一部位的表面干涉图像(600×) c)与a)同一部位的光学金相(600×) d)扫描电镜像(复型)(4000×)
5.反常贝氏体
图6-7 1.17%C-4.9%Ni钢450℃等温90s 形成的反常贝氏体电镜照片(8000
6.柱状贝氏体
图6-8 1.02%C-3.5%Mn-0.1%V钢经950℃加热、250℃等温80min后水淬的柱状贝 氏体
6.4.3 贝氏体组织的应用
7.试比较贝氏体转变与珠光体转变和马氏体转变的异同。 8.试分析高碳钢在连续冷却条件下为什么不能得到贝氏体组织。 9.为什么要开发贝氏体钢？开发贝氏体钢的原则是什么？
2.在金属材料中的应用
1) 在一个相当宽的冷速范围能得到以贝氏体为主的组织。 2) 在保证提高强度的同时，使钢具有良好的韧性，尤其是具有低的韧脆转变温度。 3) 贝氏体钢要具有良好的焊接性和成形性。 4) 钢材价格低廉。
(1) 化学成分
图6-14 动力学理论计算的各种
(1) 化学成分
图6-15 硼元素对等温转变图
(2) 原始组织
原始奥氏体组织对贝氏体转变有一定的影响。
(3) 工艺条件
1)在贝氏体转变温度区间的较高温度，随着等温冷却温度的降低，过冷度增加，相变 驱动力增大，即贝氏体转变速率提高；在贝氏体转变温度区间的较低温度，随着等温 冷却温度的降低，原子扩散能力减弱，即贝氏体转变速率降低。 2) 过冷奥氏体在珠光体转变和贝氏体转变之间的温度等温停留，会促进随后的贝氏 体转变，这可能与在等温停留过程中由于奥氏体析出碳化物，导致奥氏体中碳和合金 元素含量降低有关；在贝氏体转变温度区间较高温度等温停留或发生部分贝氏体转变， 会减慢随后在较低温度的贝氏体转变，这可能与过冷奥氏体热稳定化和先期贝氏体转 变使未转变的奥氏体含碳量升高有关；在贝氏体转变温度区间的较低温度或Ms以下 等温停留，可使随后在较高温度的贝氏体转变加速，这可能与较低温度下发生部分贝 氏体转变或马氏体转变形成的应力和应变导致的附加驱动力有关［4,10］。 3) 对过冷奥氏体施加拉应力可促进贝氏体转变，施加压应力阻碍贝氏体转变。 4) 对高温(800~1000℃)奥氏体进行塑性变形可减慢贝氏体转变，这与奥氏体内部发生 回复，形成多边形亚结构以及亚晶界，阻碍α相切变长大有关；在Bs温度以下对过冷 奥氏体进行塑性变形，可促进贝氏体转变，这与塑性变形导致过冷奥氏体位错密度升 高而产生的附加驱动力以及促进原子扩散有关。
图6-12 经典的扩散控制台阶长大模型
6.3 贝氏体相变动力学
贝氏体相变动力学是贝氏体相变的重要组成部 分。一方面，相变机制决定相变动力学，因此 贝氏体相变动力学的研究可促进贝氏体相变机 制的研究；另一方面，相变速率是相变动力学 研究的重点，也是人们制订贝氏体淬火工艺过 程时必须关注的问题。本节主要探讨贝氏体相 变速率及其相关内容。
2.贝氏体的韧性
图6-21 几种钢在等温淬火和普通淬火、回火状态下冲击韧度与强(硬)度的关系 (图中数字代表等温温度或普通淬火后的回火温度) a) 30CrMnSiA b)40CrA c) 40CrNiMoA
2.贝氏体的韧性
图6-22 贝氏体冲击韧度与贝氏体形成温度的关系 a) 等温30min b)等温60min
a) 光学显微组织(500×) b) 电子显微组织(5000×)
6.1.3 贝氏体铁素体的精细结构
1.贝氏体铁素体中的含碳量 2.贝氏体铁素体中的位错 3.贝氏体铁素体中的亚单元
1.贝氏体铁素体中的含碳量
贝氏体铁素体中的含碳量通常是过饱和的，且 随贝氏体形成温度而变化。贝氏体形成温度越 低，其中的铁素体中碳的过饱和度越高，反之 亦然。
铁素体为片状或透镜状 铁素体为板条状 铁素体为板条状，放射状分 布
铁素体为板条状
分类依据 相变过程
2.贝氏体的分类
表6-1 贝氏体组织的分类和相关命名
组织命名 反常贝氏体 其它贝氏体
说明 碳化物优先析出 铁素体优先析出
6.1.2 贝氏体的显微组织特征
1.上贝氏体 2.下贝氏体 3.无碳化物贝氏体 4.粒状贝氏体 5.反常贝氏体 6.柱状贝氏体
分类依据 碳化物分布
金相形态
碳含量
2.贝氏体的分类
表6-1 贝氏体组织的分类和相关命名
组织命名 上贝氏体， 下贝氏体，
无碳化物贝氏体， ，粒状贝氏体 针状/针叶状贝氏体 羽毛状贝氏体 柱状贝氏体
粒状贝氏体 低碳贝氏体 中碳贝氏体 高碳贝氏体
说明 碳化物在铁素体板条之间 碳化物在铁素体内部，与铁 素体长轴方向呈55°~60°夹 角 无碳化物
2.细晶强化
图6-18
a)
b)
3.亚结构强化
贝氏体铁素体中的位错亚结构对贝氏体强度也 有较大贡献，很显然，位错密度越高，贝氏体 强度越大。在铁碳合金中，位错密度与由此引 起10的-4ρ屈1/服2，强式度中的ρ增为量位之错间密的度关［系4］为。：Δσs =1.2×
4.碳化物弥散强化
图6-19
a)
b)
4.碳化物弥散强化
图6-20 碳钢贝氏体抗拉强度与形成温度的关系
6.4.2 贝氏体的塑性和韧性
1.贝氏体的塑性 2.贝氏体的韧性
1.贝氏体的塑性
在相同强度下，低碳贝氏体钢的断后伸长率比 回火马氏体钢高，但高碳钢的情况正好相反。 贝氏体钢的断面收缩率总是比回火马氏体钢低， 原因尚不清楚［1］。
(3) 工艺条件
5) 外加磁场可提高贝氏体转变温度，使贝氏体转变加速［21］。
6.3.2 贝氏体连续冷却转变动力学
6-16.TIF
6.3.2 贝氏体连续冷却转变动力学
6-17.TIF
6.4 贝氏体的力学性能与应用
贝氏体组织，尤其是下贝氏体组织具有优良的 力学性能。一般而言，在相同的强度水平下， 贝氏体组织比回火马氏体组织具有更高的韧性。 另外，实际热处理生产中通常采用等温淬火的 方法获得贝氏体组织。
1.上贝氏体
图6-1 上贝氏体的显微组织 a)光学金相显微组织(500×) b)扫描电子显微图像(4000×)
2.下贝氏体
图6-2 低碳低合金钢(15CrMnMoV) 中的下贝氏体组织
(薄膜透射，975℃加热，油淬)(26400×)
2.下贝氏体
图6-3 高碳钢的下贝氏体组织(1150℃加热2h，水淬) a)光学金相(500×) b) 扫描电子复型图像(5000×)
6.4.1 贝氏体的强度和硬度
1.固溶强化 2.细晶强化 3.亚结构强化 4.碳化物弥散强化
1.固溶强化
钢中的碳和合金元素一部分溶解在贝氏体铁素 体中，一部分形成碳化物。溶解于贝氏体铁素 体中的碳和合金元素产生固溶强化，使贝氏体 具有高的强度和硬度。碳因其形成间隙固溶体， 并具有一定的过饱和度，其固溶强化作用比合 金元素的作用更为明显。
图6-10 钢中贝氏体相变过程示意图(Hehemann
1. Hehemann模型
图6-11 贝氏体相变过程示意图(Bhadeshia
2. Bhadeshia模型
更精细的研究证明，在光学显微镜下观察到的 板条状或针状贝氏体铁素体是由尺寸更小的铁 素体亚片条、亚单阶-扩散理论
2.贝氏体等温转变动力学曲线
图6-13 a) 单一C曲线，珠光体和贝氏体形成温区合并 b) 两组C曲线，珠光体和贝氏体形
成温区明显分离
3.影响贝氏体等温转变动力学的主要因素
(1) 化学成分 碳和合金元素(除钴、铝以外)都延缓贝氏体转变，使贝氏体转变C曲线 右移，图6-14所示为Bhadeshia等根据动力学理论计算的各种合金的等温转变图，图6 -15所示为硼元素对等温转变图影响的示意图。 (2) 原始组织 原始奥氏体组织对贝氏体转变有一定的影响。 (3) 工艺条件 加热工艺、冷却工艺及其它的一些外部因素都会影响贝氏体转变速率。