比较贝氏体转变与珠光体转变和马氏体转变的异同

试比较贝氏体转变与珠光体转变与
马氏体转变得异同
一.组织形态:
１.珠光体:
珠光体得组织形态特征:
珠光体得典型组织特征就是由一层铁素体与一层渗碳体交替平行堆叠而形成得双相组织。

根据片层间距得不同,可将珠光体分为三种:
珠光体:S0=450-150nm,形成温度为A1—６50℃,普通光学显微镜可以分辨、
索氏体:S0=15０-８0nm,形成温度为６50－６00℃,高倍光学显微镜可以分辨。

屈氏体:S0=80－３0nｍ,形成温度为60０－550℃,电子显微镜可以分辨。

铁素体基体上分布着粒状渗碳体得组织为粒状珠光体。

这种组织一般就是通过球化退火或淬火后高温回火得到得。

在珠光体转变过程中,所形成得珠光体中得铁素体与母相奥氏体具有一定得晶体学位向关系。

珠光体中,铁素体与渗碳体之间存在一定得晶体学位向关系。

2。

马氏体:
马氏体得组织形态:
○1。

板条马氏体就是低、中碳钢中形成得一种典型马氏体组织,其形貌特征可描述如下: 在一个原奥氏体晶粒内部有几个(3－5个)马氏体板条束,板条束间取向随意;在一个板条束内有若干个相互平行得板条块,块间就是大角晶界;在一个板条块内就是若干个相互平行得马氏体板条,板条间就是小角晶界。

马氏体板条内存在大量得位错,所以板条马氏体得亚结构就是高密度得位错与位错缠结。

板条状马氏体也称为位错型马氏体、
错误!、片状马氏体就是中、高碳钢中形成得一种典型马氏体组织,其形貌特征可描述如下: 在一个原奥氏体晶粒内部有许多相互有一定角度得马氏体片。

马氏体片得空间形态为双凸透镜状,横截面为针状或竹叶状、在原奥氏体晶粒中首先形成得马氏体片贯穿整个晶粒,将奥氏体晶粒分割,以后陆续形成得马氏体片越来越小,所以马氏体片得尺寸取决于原始奥氏体晶粒得尺寸。

片状马氏体得形成温度较低,在马氏体片得周围往往存在着残余奥氏体。

片状马氏体得内部亚结构主要就是孪晶。

当碳含量较高时,在马氏体片中可以瞧到中脊,中脊面就是密度很高得微孪晶区。

马氏体片形成时得相互撞击,马氏体片中存在大量得纤维裂纹、
3、贝氏体:
贝氏体得组织形态:
错误!。

上贝氏体
上贝氏体形成于贝氏体转变区较高温度范围,中、高碳钢大约在３50-550℃形成。

为成束分布、平行排列得条状铁素体与夹于其间得断续条状渗碳体得混合物。

多在奥氏体晶界形
核,自晶界得一侧或两侧向晶内长大,具有羽毛状特征、
上贝氏体中铁素体得亚结构就是位错,其密度比板条马氏体低２—3个数量级,随形成温度降低,位错密度增大、随碳含量增加,上贝氏体中铁素体条增多、变薄,渗碳体数量增多、变细。

随转变温度降低,上贝氏体中铁素体条变薄,渗碳体细化。

上贝氏体中铁素体条间还可能存在未转变得残余奥氏体。

错误!.下贝氏体
下贝氏体形成于贝氏体转变区较低温度范围,中、高碳钢大约在3５０℃—Mｓ之间温度形成、
下贝氏体就是由过饱与片状铁素体与其内部沉淀得渗碳体组成得机械混合物。

铁素体片空间呈双凸透镜状,截面为针状或竹叶状,片间呈一定角度,可在奥氏体晶界形核,也可在奥氏体晶内形核。

下贝氏体得铁素体中碳化物细小、弥散、呈粒状或条状,沿着与铁素体长轴成一定角度平行排列、
错误!.粒状贝氏体
粒状贝氏体就是低碳或中碳合金钢在上贝氏体转变区上限温度范围内形成得一种贝氏体组织、
粒状贝氏体组织特征就是:在粗大得块状或针状铁素体内或晶界上分布着一些孤立小岛,小岛形态呈粒状或长条状。

这些小岛在贝氏体刚刚形成时就是富碳奥氏体,冷却时可分解为珠光体、马氏体或保留为富碳奥氏体。

粒状贝氏体中铁素体得亚结构为位错。

错误!.无碳化物贝氏体
无碳化物贝氏体一般产生于低碳钢或硅、铝含量较高得钢中。

无碳化物贝氏体就是由大致平行得条状铁素体与条间富碳奥氏体或其转变产物组成得。

形成时也会出现表面浮凸,铁素体中亚结构时位错。

错误!.柱状贝氏体
柱状贝氏体一般产生于高碳钢中,形成温度为下贝氏体形成温度。

柱状贝氏体中铁素体呈放射状,碳化物分布在铁素体内部。

错误!。

反常贝氏体
反常贝氏体也称反向贝氏体或倒易贝氏体,产生在共析钢中,形成温度略高于３50℃。

二、转变特点:
1.珠光体:
错误!.片状珠光体形成过程
当共析钢由奥氏体转变为珠光体时,就是由均匀得奥氏体转变为碳含量很高得渗碳体与含碳量很低得铁素体得机械混合物、因此,珠光体得形成过程,包含着两个同时进行得过程:一个就是通过碳得扩散生成高碳得渗碳体与低碳得铁素体;另一个就是晶体得点阵重构。

由面心立方体得奥氏体转变为体心立方题点阵得铁素体与复杂单斜点阵得渗碳体、
错误!、粒状珠光体得形成过程
粒状珠光体就是通过渗碳体球化获得得。

在略高于得温度下保温将使溶解得渗碳体球化,这就是因为第二项颗粒得溶解度与其曲率半径有关,与渗碳体尖角处相接触得奥氏体中得碳含量较高,而与渗碳体平面处相接触得奥氏体得含碳量较低,因此奥氏体中得C原子将从渗碳体得尖角处向平面处扩散、扩散得结果,破坏了相平衡。

为了恢复平衡,尖角处将溶解而使曲率半径增大,平面处将长大而使曲率半径减小,一直逐渐成为颗粒状。

从而得到在铁素
体基体上分布着颗粒状渗碳体组织。

然后自加热温度缓冷至以下时,奥氏体转变为珠光体。

转变时,领先相渗碳体不仅可以在奥氏体晶界上成核,而且也可以从已存在得颗粒状渗碳体上长出,最后得到渗碳体呈颗粒状分布得粒状珠光体、这种处理称为“球化退火”。

2.马氏体:
马氏体相变得主要特点:
错误!、切变共格与表面浮凸现象:
奥氏体向马氏体晶体结构得转变就是靠切变进行得,由于切变使相界面始终保持共格关系,因此称为切变共格。

由于切变导致在抛光试样表面在马氏体相变之后产生凸起,即表面浮凸现象。

错误!。

马氏体转变得无扩散性:
原子不发生扩散,但发生集体运动,原子间相对运动距离不超过一个原子间距,原子相邻关系不变。

转变过程不发生成分变化,但却发生了晶体结构得变化。

转变温度很低,但转变速度极快。

○3。

具有一定得位向关系与惯习面:
位向关系:
K—S关系:｛11１｝γ//｛0１1｝α’,〈１01>γ／/＜11１〉α’,可有24种取向
西山关系:{111}γ//｛011｝α’,<2１1>γ/／〈11０>α’,可有12种取向
惯习面:
随碳含量提高与转变温度降低: (11１)γ, (2２５) γ, (２５9) γ
○4.马氏体转变就是在一个温度范围内完成得:
马氏体转变就是奥氏体冷却得某一温度时才开始得,这一温度称为马氏体转变开始温度,简称Ms点。

马氏体转变开始后,必须在不断降低温度得条件下才能使转变继续进行,如冷却中断,则转变立即停止、
当冷却到某一温度时,马氏体转变基本完成,转变不再进行,这一温度称为马氏体转变结束温度,简称Mf点、
从以上分析可以瞧出,马氏体转变需要在一个温度范围内连续冷却才能完成、如果Mf 点低于室温,则冷却到室温时,将仍保留一定数量得未转变奥氏体,称之为残余奥氏体。

错误!、马氏体转变得可逆性:
在某些合金中,奥氏体冷却转变为马氏体后,重新加热时,已经形成得马氏体又可以通过逆向马氏体转变机构转变为奥氏体。

这就就是马氏体转变得可逆性。

将马氏体直接向奥氏体转变得称为逆转变、逆转变开始温度为Ａs点,终了温度为Af点。

Fe—C合金很难发生马氏体逆转变,因为马氏体加热尚未达到As点时,马氏体就发生了分解,析出碳化物,因此得不到马氏体逆转变。

3.贝氏体:
贝氏体转变得基本特征:
错误!。

贝氏体转变需要一定得孕育期,可以等温形成,也可以连续冷却转变。

错误!。

贝氏体转变就是形核长大过程;铁素体按共格切变方式长大,产生表面浮凸;碳原子可以扩散,铁素体长大速度受碳扩散控制,速度较慢、
○３、贝氏体转变有上限温度(B s)与下限温度(Bｆ)。

错误!、较高温度形成得贝氏体中碳化物分布在铁素体条之间,较低温度形成得贝氏体中碳化
物主要分布在铁素体条内部;随形成温度下降,贝氏体中铁素体得碳含量升高、
○5。

上贝氏体转变速度取决于碳在奥氏体中得扩散速度;下贝氏体转变速度取决于碳在铁素体中得扩散速度。

错误!。

上贝氏体中铁素体得惯习面就是(11１)γ;下贝氏体铁素体得惯习面就是(225)γ;贝氏体中铁素体与奥氏体之间存在K－S位向关系。

三。

转变热力学:
1、珠光体:
珠光体转变得动力就是体系自由能得下降,其大小取决于转变温度。

过冷度越大,转变驱动力越大。

珠光体转变温度较高,铁与原子扩散能力较强,都能扩散较大得距离,珠光体又就是在位错等微观缺陷较多得晶界形成,相变需要得自由能较小,所以,在较小得过冷度时就可以发生珠光体转变、
2、马氏体:
相变驱动力:
过冷奥氏体转变为马氏体有两个必要条件:一就是必须快冷,避免珠光体转变发生;二就是必须深冷,到马氏体开始转变温度以下,马氏体转变才能发生。

马氏体转变得驱动力就是在转变温度下奥氏体与马氏体得自由能差,而转变阻力就是界面能与界面弹性应变能。

马氏体相变新相与母相完全共格,同时体积效应很大,因此界面弹性应变能很大。

为了克服这一相变阻力,驱动力必须足够大。

因此马氏体相变必须有很大得过冷度。

3.贝氏体:
贝氏体转变就是一个有碳原子扩散得共格切变过程,兼具珠光体与马氏体转变特征。

与其它相变一样,贝氏体转变得热力学条件也就是驱动力与阻力分析。

贝氏体转变得驱动力就是体系得自由能差,阻力包括界面能与界面弹性应变能。

贝氏体转变需要共格切变,因此弹性应变能阻力非常大,按照马氏体转变热力学分析,只有在Ｍｓ点以下相变驱动力才能克服阻力发生相变、
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。

由于碳得扩散,降低了形成贝氏体中铁素体得碳含量,使铁素体得自由能降低,增大了新旧两相得自由能差,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。

贝氏体转变也有温度区间,上限温度为B s,下限温度为Ｂf,两个温度都随碳含量得提高而降低。

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四。

转变动力学:
1.珠光体:
○1、珠光体转变有孕育期、
随转变温度降低,孕育期减小,某一温度孕育期最短,温度再降低,孕育期又增加。

随转变时间增加,转变速度提高,当转变量超过50%时,转变速度又逐渐降低,直至转变完
成。

错误!、温度一定时,转变速度随时间得延长有一极大值
错误!。

随转变温度得降低,珠光体转变得孕育期有一极小值,在此温度下转变最快
○4、珠光体转变中合金元素得影响很显著
a．对A1点与共析碳浓度得影响
除镍与锰以外得合金元素可以提高Ａ1温度。

当珠光体转变温度一定时,相当于提高了过冷度,降低了珠光体片层间距。

所有合金元素都使钢得共析碳浓度降低、b．对珠光体转变动力学得影响
奥氏体中得合金元素使珠光体转变得孕育期增大,转变速度降低。

只有合金元素在奥氏体化过程中溶入奥氏体,才能起到提高过冷奥氏体稳定性得作用。

C.对珠光体转变过程得影响
合金元素在奥氏体中扩散速度很慢,降低珠光体得转变速度、合金元素降低了铁原子得结构转变速度,从而降低珠光体转变速度。

合金元素降低碳在奥氏体中得扩散速度,从而降低珠光体转变速度。

2、马氏体:
马氏体转变主要有四种方式:降温转变,爆发式转变,等温转变,表面转变
错误!。

碳钢与低合金钢中得马氏体降温转变:
马氏体转变必须在连续不断得降温过程中才能进行,瞬间形核,瞬间长大。

形核后以极大得速度长大到极限尺寸,相变时马氏体量得增加就是由于降温过程中新马氏体片得形成,而不就是已有马氏体得长大。

马氏体转变量就是温度得函数,取决于冷却达到得温度,与在某一温度停留时间无关。

马氏体转变导致体积膨胀,使剩余得奥氏体受到压应力,发生塑性变形,产生强化,继续转变为马氏体得阻力增大。

因此在某一温度马氏体转变结束后,要继续转变,必须继续降温,提供更大得相变驱动力。

这就就是马氏体转变一般为降温转变得原因、
错误!。

Ｆｅ—Nｉ合金中得爆发式转变:
M s点低于0℃得Fe—Ｎi合金冷却到0℃以下得某一温度(Ｍb)时,马氏体相变突然发生,并伴有声响,放出相变潜热。

随Ni含量增加,爆发转变温度下降,爆发转变量提高,后续降温转变速度下降;当Nｉ含量特别高时,爆发转变量急剧下降。

＼ｏ＼ａｃ(○,3).等温转变:
Ｍｓ点低于0℃得Fｅ-Ni－Ｍｎ合金在低温下可以发生等温转变,转变动力学呈“Ｃ”曲线特征,形核需要孕育期,长大速度很快。

形核率随过冷度得增大,先增后减。

马氏体得等温转变一般不能进行到底,转变到一定量就停止了。

随着等温转变得进行,马氏体转变引起得体积变化导致为相变得奥氏体变形,从而使切变阻力增大。

因此,必须增加多冷读,增加相变驱动力,才能使相变继续进行、
错误!、表面转变:
Ms点略低于０℃得Fe-Ni-Ｃ合金在０℃放置时,试样表面会发生马氏体转变。

这种在稍高于合金Ms点温度下试样表层发生得马氏体转变称为马氏体表面转变,得到得马氏体为表面马氏体。

表面马氏体形成也就是一种等温转变,但与等温形核、瞬间长大得等温转变不同,表面转变得形核也需要孕育期,但长大极慢,且习惯面不就是｛225}r而就是｛112}r,位向关系为山西关系,形态不就是片状而呈条状。

3、贝氏体:
贝氏体转变主要就是等温转变、
错误!。

贝氏体等温形成动力学具有扩散型相变得特征,其开始阶段形成速度较小,继而迅速增大,转变量达到某一范围时,形成速度趋近于定值,随后又逐渐减小
错误!.贝氏体转变得完全程度与化学成分、奥氏体化温度与等温转变温度有关、提高奥氏体化温度与钢得合金化程度会使贝氏体转变不完全性增大,等温转变温度越高,贝氏体转变不完全性越明显。

这种贝氏体转变得不完全性也成为贝氏体转变得自制。

○3。

上贝氏体铁素体得长大速度,主要取决于其前沿奥氏体内碳原子得扩散度,而下贝氏体转变得速度则主要取决于铁素体内碳化物沉淀得速度。

五、机械性能:
1、珠光体:
钢中珠光体得机械性能,主要决定于钢得化学成分与热处理后所获得得组织形态、共析碳素钢在获得单一片状珠光体得情况下,其机械性能与珠光体得片层间距、珠光体团得直径、珠光体中铁素体片得亚晶粒尺寸与原始奥氏体晶粒大小与着密切得关系。

在比较均匀得奥氏体中,片状珠光体主要在晶界成核,因而表征单位体积内晶界面积得奥氏体晶粒大小,对珠光体团直径产生了明显影响。

珠光体得片层间距主要就是由相变时得能量得变化与碳得扩散决定得、因此与奥氏体晶粒大小关系不大、
珠光体团得直径与片层间距越小,强度越高,塑性也越大。

其主要原因就是由于铁素体与渗碳体片薄时,相界面增多,在外力作用下,抗塑性变形得能力增大。

珠光体团直径减小,标明单位体积内片层排列方向增多,使局部发生大量塑性变形引起应力集中得可能性减少,因而既提高了强度又提高了塑性。

如果钢中得珠光体就是在连续冷却过程中形成得,转化产物得片层间距大小不等,则引起抗塑性变形能力得不同,珠光体片层间距大得区域,抗塑性变形能力小,在外力作用下,往往首先在这些区域产生过量变形,出现应力集中而破裂,使钢得强度与塑性都降低、在退火状态下,对于相同碳含量得钢,粒状珠光体比片层状珠光体常具有较少得相界面,其硬度、强度较低,塑性较高。

２.马氏体:
钢中马氏体最主要得特性就就是高强度、高硬度,其硬度随碳含量得增加而升高。

但当碳含量达到0.6％时,淬火钢得硬度接近最大值。

碳含量进一步增加时,虽然马氏体硬度会有所提高,但残余奥氏体量增加,使钢得硬度反而下降。

近年来对马氏体高强度得本质进行了大量得研究工作,认为引起马氏体高强度得原因就是多方面得,其中主要包括相变强化、碳原子得固溶强化与时效强化等。

马氏体得韧性主要决定于它得亚结构、因此位错型马氏体具有良好得韧性,而孪晶马氏体之所以韧性差,可能就是与孪晶亚结构得存在及在回火时碳化物沿孪晶面析出呈不均匀分布有关。

马氏体得相变塑形就是随着应力得增长而不断增长得。

同时马氏体相变所诱发得塑形还可显著提高钢得韧性。

关于马氏体得相变诱发塑形,可从如下两方面加以解释:1、由于塑性变形而引起得局部区域应力集中,将由马氏体得形成而得到松弛,因而能够防止微裂纹得形成;2、在发生塑性变形得区域,有形变马氏体形成,形变强化指数增大,从而使已经发生塑性变形得区域继续发生变形困难,故而能抑制颈缩得形成。

3.贝氏体:
贝氏体得强度随转变温度得降低而升高。

在低碳上贝氏体中,强度实际上完全由贝氏体铁素体得尺寸所控制。

只有下贝氏体或高碳上贝氏体中,碳化物得弥散强化才有比较明显得贡献。

在低碳钢中,上贝氏体得冲击韧性比下贝氏体得低,以及从上贝氏体过渡到下贝氏体时,脆性转折温度突然下降。

工业上经贝氏体处理得钢件得机械性能,主要通过等温处理温度来控制。

当等温温度低于4０0 时,主要形成下贝氏体,在这个温度范围内,随等温温度升高,上贝氏体量有所增加,因此强度、硬度稍有降低,而塑性、韧性很少增高甚至还有所降低、当温度高于400时,由于主要形成上贝氏体,因此随温度升高,不仅硬度、强度降低,而且韧性、塑性也明显下降。

但当等温温度高于４５0 时,由于过冷奥氏体转变为贝氏体得稳定性增大,在随后冷却时却有可能部分转变为马氏体或在等温室可能有珠光体形成、因而,随等温温度继续升高,硬度与强度也随之有所升高,但塑性与韧性将继续降低。

贝氏体机械性能主要就是受到－Fe与渗碳体得影响。

除此之外还受到如下得一些非贝氏体组织得影响:1、残余奥氏体得影响;２、马氏体(回火马氏体)得影响;3、珠光体转变产物得影响;4、针状铁素体及上贝氏体得影响。