第4章贝氏体转变

间的相变，相变过程和产物在质上和量上均 具有过渡性。 应当把“奥氏体、珠光体、贝氏体、马氏体 ”转变系列作为一个整合系统来研究。贝氏 体相变是属于扩散型和无扩散型相变之间的 中间过渡型相变的总体认识，是统一认识的 基本条件。
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整合
1）21世纪以来，内蒙古科技大学刘宗昌等人进行了贝氏体相变 理论的整合工作。 2）肯定了40年来的成绩，批驳了两派的错误，提出了新机制。 3）发表论文40余篇；出版专著两部。整合理论逐渐得到认同。 整合已收到成效。

5）共析分解在奥氏体晶界处形核；而贝氏体相变 的形核可在晶界也可在晶内。 6）珠光体和贝氏体中的亚结构不同。珠光体中位 错密度低；而贝氏体铁素体由亚单元、超细亚单 元构成，位错密度较高，有时存在孪晶。 7）珠光体中的铁素体、渗碳体两相存在着比例关 系，如共析碳钢的珠光体中，渗碳体的相对量约 占13 ％；而贝氏体中的各相没有固定的比例关系 ，碳化物析出量不定，甚至不析出，还会夹杂着 残留奥氏体等相。
第5章 贝氏体（bainite）转变
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美国冶金学家 Edgar C. Bain
(Sept. 14, 1891 -- Nov. 27, 1971) United States Steel Corporation
贝氏体 -- Bainite
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中温转变：550℃～MS 下贝氏体----良好的综合力学性能。
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（3）关于贝氏体相变的机制
贝氏体相变是属于切变机制还是扩散 机制？ 即铁原子和替换原子是切变位移还是 扩散位移是核心分歧。这是争论的核心问 题。
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切变学派的主要观点有：




①贝氏体组织在形貌上与无扩散的切变产生的马氏体有 相似之处； ②贝氏体转变形成的浮凸现象与马氏体相变的表面浮凸 现象也相似； ③在晶体学位向关系上，贝氏体与马氏体也接近； ④贝氏体相变在动力学上类似于等温马氏体； ⑤贝氏体相变也有转变不完全现象； ⑥热力学上，贝氏体预转变期内形成贫碳区和富碳区时 ，则贝氏体转变的驱动力可以处理为近似于板条状马氏 体的驱动力。 ⑦贝氏体碳化物是从过饱和α相中析出的。
与马氏体相变的 Ms点类似，贝氏体转变存在一
个Bs点。 贝氏体相变有独立于珠光体转变的TTT曲线。 对于碳素共析钢，贝氏体的TTT图与珠光体的 TTT图有重叠交叉现象。 合金元素的加入导致两条曲线分离。在珠光体 TTT 图和贝氏体 TTT图之间能出现过冷奥氏体 相对稳定的温度区域，称海湾区。 16
等温淬火组织；贝氏体钢连续冷却。
3
高温
中温
低温
Mf
共析碳钢 C 曲线
4
相变的热处理制度
把钢加到奥氏体化温度以上，保温一定
时间后，在中温区等温保温后冷却。
T
高 温 中 温 低 温
Mf
t
5
5.0
贝氏体相变理论研究进 展和学术论争
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5.0.1柯俊开拓性的提出了贝氏体相变的 切变学说
1952 年，在英国伯明翰大学任教的柯俊及其合
珠光体组织有两相（铁素体＋碳化物）。 马氏体组织是单相。 贝氏体组织中铁素体相+渗碳体、碳化物、 残留 奥氏体、马氏体或所谓M/A岛等。 上贝氏体的组成相有时与珠光体相同，即只含有 铁素体和渗碳体两相，因此，上贝氏体组织打上了 珠光体组织的烙印。 下贝氏体组织中存在铁素体＋马氏体＋残留奥氏 体等相，说明它打上了马氏体组织的烙印。 从上贝氏体组织过渡到下贝氏体组织，表现了从 珠光体到马氏体的过渡性和复杂的交叉性。
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扩散学派的主要观点有:
①在贝氏体宽面上存在巨型台阶，说明贝氏体可能按 扩散台阶机制长大； ②贝氏体的表面浮凸现象不具备切变所要求的不变平 面应变的特性，扩散台阶机制也可以形成表面浮凸 现象； ③在晶体学关系上，有些合金，贝氏体的惯习面跟同 一合金的马氏体惯习面不同； ④在 Bs 与“鼻温”之间，贝氏体转变的开始是受铁原 子扩散控制的。 ⑤对 Fe-C 等合金系贝氏体转变驱动力的计算结果表明 ，在热力学上贝氏体不可能以切变机制形成。 ⑥热力学计算表明，所有碳浓度的 Fe-C 合金，在贝氏 体相变时都不可能形成贫碳区，以此否定了贫碳区 以马氏体切变方式形成贝氏体的观点。 22
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贝氏体相变绝非共析分解
1）珠光体由铁素体＋碳化物两相组成。贝氏体可以 由铁素体＋碳化物组成，或铁素体＋残留奥氏体组 成或铁素体＋M/A岛组成，或铁素体＋碳化物＋残 留奥氏体＋马氏体等多相组成。 2）珠光体晶核是两相，即（F+碳化物）；而贝氏体 的晶核是单相：即贝氏体铁素体(BF)。 3）珠光体是过冷奥氏体在高温区的平衡分解产物或 接近平衡的分解产物；而贝氏体是中温区的非平衡 相变产物，转变具有不完全性。珠光体共析分解反 应式为：A→F+Fe3C;贝氏体相变不能写成此式。 4）上贝氏体和下贝氏体中的碳化物不与贝氏体铁素 体共析共生。碳化物析出与否？要视具体条件而定 。 13
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5.1贝氏体相变的特征
过渡性是贝氏体相变最主要的特征
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过冷奥氏体的相变是一个整合系统
全过程可以分为三个不同性质的阶段：
1）高温区的共析分解； 2）中温区的贝氏体转变； 3）低温区的马氏体相变。 三个阶段既有联系又有区别，应当作为一 个整合系统来研究，中温转变是这个整合系统 的中间过渡环节。
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5.0.3对贝氏体相变基本特征的共识

①贝氏体相变是中温转变区发生的非平衡相变，转变温度范 围较宽。转变有孕育期。 ②贝氏体转变过程主要是贝氏体铁素体的形核及长大过程。 在不同温度下，得到不同类型的贝氏体组织形貌。 ③贝氏体组织的相组成物主要有贝氏体铁素体和碳化物，但 当转变不完全时，还夹杂着残余奥氏体和马氏体。 ④贝氏体转变有表面浮凸效应。 ⑤相变中有碳原子的扩散，而且碳的扩散速度控制贝氏体转 变速率并影响贝氏体组织形貌。

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贝氏体的新定义：
钢中的贝氏体是过冷奥氏体的中温区过渡 性转变产物，以贝氏体铁素体为基体，同时可 能存在渗碳体或ε －碳化物、残留奥氏体等相 ，贝氏体铁素体的形貌多呈条片状，内部存在 亚片条、亚单元、较高密度位错等精细亚结构 。这种整合组织称为贝氏体。
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（2）关于贝氏体转变动力学
切变学派的R.F.Heheman们认为 ：
作者 S.A.Cottrell 以贝氏体浮凸现象为依据， 提出了贝氏体相变机制类似于马氏体相变的切 变机制。认为，铁原子和代位原子是无扩散的 切变,而间隙溶质原子是有扩散的。 这种学说被许多学者所继承，形成了“切变学 派”。
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5.0.2“扩散学派”的形成
20 世纪 60 年代末，美国冶金学家 H.I.Aaronson 及 其合作者从能量上对贝氏体转变的切变机制进行了否 定。 他们认为：贝氏体转变是共析转变的变种。在贝 氏体转变温度区间，热力学计算的相变驱动力不能满 足切变所需要的能量水平。 这个学说被我国金属学家徐祖跃及 H.I.Aaronson 的学生们所继承，形成“扩散学派”。
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5.1.2下贝氏体转变和马氏体相变的联 系与区别
涨落形成贫碳区，下贝氏体可以在晶界形核，也 可以在晶内的位错等缺陷处形核。 下贝氏体组织形貌与马氏体有相似之处。 下贝氏体中位错密度也较高，也有残留奥氏体。
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马氏体中存在孪晶，
下贝氏体中也发现精细孪晶
马氏体孪晶 下贝氏体孪晶
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5.1.3贝氏体组织形貌的过渡性
贝氏体相变具有扩散性质，首先碳原子是扩散的，故 有人称其为“半扩散型相变”。 上贝氏体在奥氏体晶界上形成贝氏体铁素体晶核；共析 分解在奥氏体晶界形核，两者有相似性。 贝氏体相变与共析分解有重叠性、交叉性。 共析分解与上贝氏 体转变在一定温度 范围内重叠。
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珠光体和贝氏体转变C－曲线重叠
在 500℃～ 600℃ 等 温 形成上贝氏体和珠光体 两种产物。 说明珠光体转变与上贝 氏体转变具有不同的机 制。
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扩散学派的观点不正确。
1）如上所述，珠光体和贝氏体存在8点区别，本质 上不同，因此贝氏体相变绝非共析分解。 2）存在Bs点，也有独立的TTT图，这是试验事实。 3）所谓“合金元素在新相和母相界面的偏聚行为所 造成的一种“类拖曳”作用的结果”。其实，C、 Cu、Ni、Mn、RE、B等许多合金元素在奥氏体晶界 上都有界面的偏聚行为，但是它们都使钢保持一 条C－曲线，即这些钢的珠光体TTT和贝氏体的TTT 是重叠的，并不形成河湾区。
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5.0.4贝氏体相变论争的焦点：
1971年切变学派的R.F.Hehemann和扩散学派的 H.I.Aaronson为代表的两方进行了辩论,争论的主要 内容有3点：
1.贝氏体的定义
； 2.关于贝氏体转变动力学； 3.贝氏体相变的机制。
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（1）关于贝氏体的定义
切变学派的 R.F.Heheman 们认为：贝氏体是指中温转变时 形成的针状分解产物。有三点特征：（1）针状组织形貌；（2 ）浮凸效应；（3）有自己的TTT图和Bs点。并将贝氏体定义为 “铁素体和碳化物的非层片状混合组织”。 此定义不正确。理由有2： ①不是混合系统，不是混合物，而是整合系统。 ②铁素体和碳化物的非层片状组织不一定全是贝氏体，贝 氏体组织中有时只有铁素体 + 奥氏体，有时为铁素体 + 奥氏体 + 碳化物。有时存在马氏体。
是切变位移还是扩散位移?
双方的分歧集中在贝氏体转变时，铁原子和替
换原子是切变位移还是扩散位移？争论反映在 以下两个方面： 是切变长大还是台阶长大 ? 贝氏体碳化物从何处析出 ? 是从奥氏体中析出 的，还是从贝氏体铁素体中析出的？
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主要观点：
1) 切变学派观察到上贝氏体铁素体中有条状亚结构，该亚结 构是切变长大的基元，在长大过程中，仍然存在碳在铁素 体和奥氏体间的继续分配。而扩散学派则从实验观察角度 提出台阶机制。 2）切变学派认为：对于下贝氏体来说碳化物是在过饱和铁素 体相上析出，而且是第二过程（第一过程是铁原子的切变 ），甚至在不太长的等温时间内下贝氏体片中可能没有碳 化物析出。而在上贝氏体中，由于渗碳体形核困难，因此 通常沉淀在铁素体条间富碳的奥氏体上。总之，碳化物析 出与铁原子切变是相互独立的过程。 扩散学派认为，贝氏体中的碳化物很可能是在台阶机制长 大过程中γ/α的相间沉淀，而不需要从过饱和铁素体相中析 出。 24