【热处理原理与工艺】比较贝氏体转变、珠光体转变和马氏体转变

H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y

热处理工艺与原理

课程名称：热处理工艺与原理

题目：比较贝氏体转变、珠光体

转变和马氏体转变的异同院系：材料科学与工程

班级：1219001班

设计者：缪克松

学号：1121900133

设计时间：2015.04.20

哈尔滨工业大学

一、产物组成与晶体结构

在三种相中都由铁素体与渗碳体组成，其中铁素体为体心立方结构，渗碳体为复杂斜方结构。马氏体相中由于碳原子的分布使铁原子排布成体心正方结构（要求碳含量大于0.25%）。

在三种相中，

碳化物含量：珠光体>贝氏体>马氏体。

二、分类

依据组织形貌每种相中有不同的划分，

珠光体可分为珠光体、贝氏体、屈氏体。

贝氏体可分为上贝氏体、下贝氏体、粒状贝氏体、无碳化物贝氏体、柱状贝氏体、反常贝氏体、BⅢ贝氏体等。

马氏体可分为板条状马氏体、片状马氏体、蝶状马氏体、薄片状马氏体、ε马氏体等。

三、转变类型及温度

珠光体转变是扩散型转变，马氏体转变是非扩散型转变，贝氏体转变既有扩散型相变特点，又有非扩散型相变特点。

珠光体转变温度最高，此温度下碳原子和铁原子都能够发生扩散。贝氏体转变温度其次，此温度下碳原子可以扩散，铁原子不可以扩散。马氏体转变温度最低，此温度下碳原子和铁原子都不能扩散。

四、热力学条件

在三种转变之中，相变的驱动力都是体系自由能的下降。

珠光体转变是准平衡相变，其过程可以用铁碳平衡相图来分析，阻力并不明显。

马氏体转变是非平衡相变，转变阻力包括界面能和界面弹性应变能，由于过程为共格切变，界面能很小。由于新相和母相共格，同时具有体积效应，导致具有极大的界面弹性应变能。因此马氏体相变需要很大的过冷度来提高体系自由能差从而克服阻力。

贝氏体相变介于马氏体相变和珠光体相变之间，一方面，在贝氏体相变时，碳在奥氏体中发生预先扩散，重新分布。由于碳的扩散，降低了形成贝氏体中铁素体的碳含量，使铁素体的自由能降低，增大了新旧两相的自由能差，提高了相变驱动力。另一方面，碳原子从奥氏体中析出，使奥氏体中出现贫碳区，降低了切变阻力，使切变可以在较高温度发生。

五、动力学

三种相变经历形核长大过程。

珠光体转变和贝氏体相变都符合扩散型相变特点，具有孕育期，转变量-时间曲线符合S曲线特征，等温转变图像具有C曲线特征。

马氏体相变是非扩散型相变，转变速度极大，温度使能量条件满足后瞬间形核，瞬间长大，因此马氏体转变量是温度的函数，没有孕育期，与在某一温度的停留时间无关。

六、合金对转变的影响

1、珠光体转变

除镍和锰以外的合金元素可以提高A1温度。所有合金元素都使钢的共析碳浓度降低。奥氏体中的合金元素使珠光体转变的孕育期增大，转变速度降低。

2、贝氏体转变

除钴和铝外，其它合金元素都使贝氏体的转变速度降低。

3、马氏体转变

除Al和Co外，其它合金元素的加入，一方面降低了T0，另一方面强化了奥氏体，使Ms点下降，促进片状马氏体的形成。

七、机械性能及应用

1、珠光体

珠光体片层间距取决于转变温度，间距越小，强度和塑性越高。降温形成的珠光体片层间距大小不一，性能下降。球状珠光体强度较低，但塑性较好，疲劳性能较高。使高碳钢获得片层间距细小的珠光体（索氏体），再经过深度冷拔，可以获得高强度钢丝。这样的处理称为派敦处理。派敦处理后，钢丝的强度明显提高。应用于钢丝绳，琴用钢丝，弹簧钢丝。

2、贝氏体

贝氏体的强度和硬度随转变温度的降低而升高。下贝氏体比上贝氏体具有较好的韧性和较低的脆性转变温度。下贝氏体的综合性能优于上贝氏体。与回火马氏体相比，下贝氏体的综合性能介于回火板条马氏体和回火片状马氏体之间。高碳钢下贝氏体组织具有良好的强度和韧性，又有很好的耐磨性，优于淬火回火状态。

3、马氏体

低碳钢或低碳合金钢完全淬火得到板条马氏体，具有较高的强韧性和其它工艺性能。

中碳合金钢可以在较高温度奥氏体化，消除富碳微区，淬火后得到较多的板条马氏体，提高钢的强韧性。

高碳钢采用低温短时加热淬火，加热时保留较多未溶碳化物，降低奥氏体中碳含量，淬火后获得较多的板条马氏体，提高钢的强韧性。