第六章 贝氏体转变
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第六章贝氏体转变
影响Bs点和在Bs点以下给定温度
的相变驱动力；稳定A的元素：Ni、MnBsT ③形成强碳化物元素（Cr、Mn、W、V）--由于与碳的亲和力较大而在A中
形成“原子集团” 共格界面迁移困难B转变速度
2.A晶粒大小和A化温度 A化温度 晶粒尺寸 晶界A均匀化贫碳区 相变速度
无碳化物B 典型上B
在F条内析出碳化 物的上B
典型下B
4.粒状B的形成—略高于典型上B形成温度 碳的再分配贫碳区板条F （大致平行） C从F中通过 F/A向A中扩散F纵、侧向长大 推进速度不同F/A相界面凹凸 不平侧 向不均匀长大，彼此 靠拢 将富C的A区包围 5.BF的基元
上、下B中的F的条片由若干亚单元组成 一个亚单元长大到一定尺寸在其附近诱发形成另 一亚单元亚单元的不断的诱发形核长大，构成 F板条在纵向和横向长大 为什么亚单元长大速度快而整个铁素体板条 长大速度较慢？
3）溶质元素的固溶强化
碳原子：间隙原子 4）位错密度 合金元素：置换原子 转变温度BF中过饱和度固溶强化作用强度
转变温度BF中位错密度碳钉扎位错强度
二、贝氏体的韧性 1.上、下B的冲击韧性和韧脆转化温度
冲击韧性：下B上B
1）F板条和板条束的尺寸
韧脆转化温度：下B上B
注：①BF的生长是一种不连续的生长； 亚单元切变共格长大，长大速度快，对整个F板条长大速度较慢（受 碳扩散控制）：即碳在界面附近的富集，必须等富集的C原子通过扩 散被消除后长大才能继续进行
②下B从一个平直的不动边形核，以一定角度向另一边发展。
解释了下B中碳化物排布规律的形成 疑问：（切变机理不能解释之问题）
第六章 贝氏体转变（Bainite Transformation)
重点： 1.贝氏体的组织形态和亚结构；
贝氏体转变 ppt课件
以方式(1)机制转变的相变驱动力最大，这就表示(2)、(3)中 的γ1和α'都是热力学不稳定的，最终要分解为平衡相α和Fe3C.
以(3)中的切变方式转变，驱动力为180J/mol，而在BS时相变 的阻力在600 J/mol以上, 阻力大于驱动力, 所以至少在贝氏体转变 的上限温度(3)中的方式不可能而以(2)中的γ→α＋γ1扩散方式进行 。
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§5-3 贝氏体转变热力学及转变机制
一. 贝氏体转变过程
贝氏体转变可有三种可能：
(1) 奥氏体分解为平衡浓度的α+Fe3C，即γ→α+Fe3C (2) 奥氏体先析出先共析铁素体，即γ→α+γ1, γ1在随后的冷却过 程中进一步转变。
(3) 奥氏体以马氏体相变方式先形成同成分的α'(过饱和)，然后 α'分解成Fe3C及低饱和度α''，即γ→α'(过饱和)，α'→α''+ Fe3C， 经计算后发现：
2. 奥氏体晶粒大小和奥氏体化温度的影响
奥氏体晶粒越大，晶界面积越少，形核部位越少，孕育
期越长，贝氏体转变速度下降；奥氏体化温度越高，奥氏
体晶粒越大，转变速度先降后增。
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3 应力和塑性变形的影响
拉应力使贝氏体相变加速。随应力增加， 贝氏体相变速度提高。当应力超过其屈服强度 时，贝氏体相变速度的提高尤为显著。
降，这表明，等温一开始就自奥氏体析出了碳化物
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等温转变量（曲线1）及奥氏体点阵常数（曲线2）
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与等温时间的关系
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§5-4 贝氏体转变过程
以(3)中的切变方式转变，驱动力为180J/mol，而在BS时相变 的阻力在600 J/mol以上, 阻力大于驱动力, 所以至少在贝氏体转变 的上限温度(3)中的方式不可能而以(2)中的γ→α＋γ1扩散方式进行 。
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§5-3 贝氏体转变热力学及转变机制
一. 贝氏体转变过程
贝氏体转变可有三种可能：
(1) 奥氏体分解为平衡浓度的α+Fe3C，即γ→α+Fe3C (2) 奥氏体先析出先共析铁素体，即γ→α+γ1, γ1在随后的冷却过 程中进一步转变。
(3) 奥氏体以马氏体相变方式先形成同成分的α'(过饱和)，然后 α'分解成Fe3C及低饱和度α''，即γ→α'(过饱和)，α'→α''+ Fe3C， 经计算后发现：
2. 奥氏体晶粒大小和奥氏体化温度的影响
奥氏体晶粒越大，晶界面积越少，形核部位越少，孕育
期越长，贝氏体转变速度下降；奥氏体化温度越高，奥氏
体晶粒越大，转变速度先降后增。
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3 应力和塑性变形的影响
拉应力使贝氏体相变加速。随应力增加， 贝氏体相变速度提高。当应力超过其屈服强度 时，贝氏体相变速度的提高尤为显著。
降，这表明，等温一开始就自奥氏体析出了碳化物
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等温转变量（曲线1）及奥氏体点阵常数（曲线2）
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与等温时间的关系
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§5-4 贝氏体转变过程
热处理原理之贝氏体转变
贝氏体转变的应用实例
在钢铁工业中的应用
贝氏体转变在钢铁工业中广泛应用于提高材料的强度 、韧性、耐磨性和耐腐蚀性。通过控制贝氏体转变过 程，可以优化钢铁材料的组织和性能，以满足不同工 程应用的需求。
例如，在汽车制造中，采用贝氏体转变处理的高强度钢 材能够显著提高汽车的安全性能和轻量化水平。
在有色金属中的应用
例如，在陶瓷刀具制造中，通过贝氏体转变处理，可以显著提高刀具的韧性和使用寿命，使其在切削 过程中保持锋利且不易崩刃。
THANKS
谢谢您的观看
氏体转变的有效控制。
应力的控制
应力状态对贝氏体转变也有一定影响。在热处理过程 中施加应力可以改变材料的热膨胀和收缩行为，从而 影响贝氏体的相变过程和组织结构。
在某些情况下，施加适当的应力可以促进贝氏体转变 的进行，提高材料的机械性能。然而，应力的引入也 可能导致材料变形或开裂，因此应谨慎控制。
05
04
贝氏体转变的控制方法
温度控制
温度是影响贝氏体转变的重要因素。 通过控制加热和冷却温度，可以调节 贝氏体的形貌、相组成和机械性能。
VS
加热温度决定了奥氏体化的程度，而 冷却温度则决定了贝氏体的相变行为 。通过精确控制温度，可以实现贝氏 体转变的优化控制。
时间控制
时间控制也是贝氏体转变的重要参数。加热和冷却时间对贝氏体的形成和转变有显著影响。
有色金属如铜、铝、钛等在贝氏体转 变过程中表现出良好的塑性和韧性， 使得它们在航空航天、石油化工、医 疗器械等领域得到广泛应用。
通过贝氏体转变处理，有色金属的耐 腐蚀性能和高温稳定性得到提高，为 各种极端环境下的应用提供了可靠的 材料保障。
在陶瓷材料中的应用
陶瓷材料具有高硬度、高耐磨性和耐高温等特性，但在断裂韧性和塑性方面存在不足。通过引入贝氏 体转变，可以改善陶瓷材料的韧性和延展性。
在钢铁工业中的应用
贝氏体转变在钢铁工业中广泛应用于提高材料的强度 、韧性、耐磨性和耐腐蚀性。通过控制贝氏体转变过 程，可以优化钢铁材料的组织和性能，以满足不同工 程应用的需求。
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应力的控制
应力状态对贝氏体转变也有一定影响。在热处理过程 中施加应力可以改变材料的热膨胀和收缩行为，从而 影响贝氏体的相变过程和组织结构。
在某些情况下，施加适当的应力可以促进贝氏体转变 的进行，提高材料的机械性能。然而，应力的引入也 可能导致材料变形或开裂，因此应谨慎控制。
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贝氏体转变的控制方法
温度控制
温度是影响贝氏体转变的重要因素。 通过控制加热和冷却温度，可以调节 贝氏体的形貌、相组成和机械性能。
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时间控制也是贝氏体转变的重要参数。加热和冷却时间对贝氏体的形成和转变有显著影响。
有色金属如铜、铝、钛等在贝氏体转 变过程中表现出良好的塑性和韧性， 使得它们在航空航天、石油化工、医 疗器械等领域得到广泛应用。
通过贝氏体转变处理，有色金属的耐 腐蚀性能和高温稳定性得到提高，为 各种极端环境下的应用提供了可靠的 材料保障。
在陶瓷材料中的应用
陶瓷材料具有高硬度、高耐磨性和耐高温等特性，但在断裂韧性和塑性方面存在不足。通过引入贝氏 体转变，可以改善陶瓷材料的韧性和延展性。
贝氏体转变的主要特征(3篇)
第1篇一、贝氏体转变的概述贝氏体转变是指金属在一定的温度范围内，从奥氏体向贝氏体转变的过程。
在这个过程中，金属的组织结构发生了显著的变化，从而导致金属的性能发生改变。
贝氏体转变主要发生在低碳钢、低合金钢和某些高合金钢中。
二、贝氏体转变的主要特征1. 温度范围贝氏体转变的温度范围较窄，大约在280℃至550℃之间。
在这个温度范围内，奥氏体晶粒开始发生转变，形成贝氏体。
当温度低于280℃时，贝氏体转变速率会显著降低，甚至停止；当温度高于550℃时，贝氏体转变会逐渐向马氏体转变过渡。
2. 组织结构贝氏体转变后，金属的组织结构发生了显著的变化。
具体表现为：（1）奥氏体晶粒细化：在贝氏体转变过程中，奥氏体晶粒逐渐细化，晶粒尺寸减小，有利于提高金属的强度和硬度。
（2）贝氏体形态：贝氏体由贝氏体铁素体和渗碳体（或碳化物）组成。
贝氏体铁素体以片状、针状或羽毛状形态出现，渗碳体以细小的片状或针状形态存在。
（3）贝氏体晶粒尺寸：贝氏体晶粒尺寸与奥氏体晶粒尺寸密切相关。
一般来说，奥氏体晶粒越细，贝氏体晶粒也越细。
3. 性能变化贝氏体转变后，金属的性能发生了显著的变化，具体表现在以下方面：（1）强度和硬度：贝氏体转变后，金属的强度和硬度显著提高。
这是由于贝氏体组织中的贝氏体铁素体和渗碳体相互作用，使得金属的晶粒尺寸减小，晶界增多，从而提高了金属的强度和硬度。
（2）韧性：贝氏体转变后，金属的韧性也得到一定程度的提高。
这是因为贝氏体转变过程中，部分奥氏体晶粒转变为贝氏体铁素体，使金属的组织结构更加均匀，有利于提高金属的韧性。
（3）疲劳性能：贝氏体转变后，金属的疲劳性能得到显著提高。
这是因为贝氏体组织中的贝氏体铁素体和渗碳体相互作用，使得金属的晶粒尺寸减小，晶界增多，从而提高了金属的疲劳性能。
4. 热处理工艺贝氏体转变的热处理工艺主要包括以下两个方面：（1）贝氏体转变温度：贝氏体转变温度对金属的组织结构和性能具有重要影响。
一般来说，贝氏体转变温度越高，贝氏体晶粒越细，金属的强度和硬度越高。
贝氏体转变
四. 贝氏体转变动力学
A1
P转变
转变的孕育期 鼻子尖温度 独立的C曲线 转变的不完全性
共析碳钢 C曲线示意图
五. 贝氏体转变的学术争论
贝氏体的定义 预相变 热力学 形核机理 长大机理
碳化物源
六. 贝氏体的力学性能
主要取决于其组织形态。贝氏体混合组织中铁素体、 渗碳体及其他相的相对含量、形态、大小和分布以及与位 错的交互作用等会影响贝氏体的性能。 下贝氏体——下贝氏体中BF细小且分布较均匀，BF内 位错密度较高而且弥散分布着细小的ε-碳化物，这种组织 状态使得下贝氏体不仅强度高，而且韧性好，具有良好的 综合力学性能，相当于回火低碳马氏体。 上贝氏体——BF晶粒与碳化物颗粒较粗大，且碳化物呈 短杆状平行地分布于BF板条之间，BF和碳化物分布有明 显的方向性使铁素体条间易产生脆断，因此上贝氏体强度 较低、韧性也较差
贝氏体铁素体
碳化物
下贝氏体组织示意图
3. 其他贝氏体
（1）粒状贝氏体：低中碳合金钢中，稍高于上贝氏体温 度形成。由条状BF和岛状组织组成，岛状组织为富碳奥氏 体及其转变产物，通常为A+M。
（2）无碳化物贝氏体：低中碳合金钢中，上贝氏体温度 区间形成。晶体形貌与上贝氏体类似，中间为富碳奥氏体。 （3）柱状贝氏体：出现在高碳钢中，BF呈柱状，碳化物 规则排列。 （4）反常贝氏体：出现在过共析钢中，碳化物代替了BF。 （5）准贝氏体：在上、下贝氏体中，残余奥氏体代替了 碳化物。
有
切变 不完全 无 单相组织 M
高温
中温
低温
Mf
共析碳钢 C 曲线
Thanks
合金元素对C曲线位置及形状的影响
二. 过冷奥氏体连续冷却转变图
CCT 曲线—— Continuous Cooling Transformation 一般采用快速膨胀仪 测定。
贝氏体转变(六)
过饱和碳 α-Fe竹叶状 Fe3C细片状 竹叶状
B下 =过饱和碳 α-Fe竹叶状 + Fe3C细片状 过饱和碳
4. 粒状贝氏体
（1）形成温度 ）
低、中碳及其合金钢在上贝氏体转 中碳及其合金钢在上贝氏体转 变区的上部， 以下。所以， 变区的上部，BS以下。所以，粒状贝 氏体是由无碳化物贝氏体演变而来的 氏体是由无碳化物贝氏体演变而来的 。 是由无碳化物贝氏体
这些富碳奥氏体， 这些富碳奥氏体，如延长等温时 富碳奥氏体 间及进一步降低温度， 间及进一步降低温度，岛状奥氏 有可能分解为珠光体或转变为 珠光体 体有可能分解为珠光体或转变为 马氏体， 马氏体，也有可能保留到室 温 ！！！
5.柱状贝氏体 柱状贝氏体
柱状贝氏体的概念是基于贝 柱状贝氏体的概念是基于贝 氏体中铁素体的形态提出的。 氏体中铁素体的形态提出的。 柱状贝氏体中的铁素体呈放 射状， 射状，碳化物沿一定方向分布 排列，与下贝氏体相似。柱状 排列，与下贝氏体相似。 贝氏体不产生表面浮凸。 贝氏体不产生表面浮凸。 产生于高碳及其合金钢中， 产生于高碳及其合金钢中， 在贝氏体转变的较低温度转变 区形成的。 区形成的。
铁素体和渗碳体。 组织：铁素体和渗碳体。 稍低温度时贝氏体的形成化学驱动力增大，碳的扩散能力下降， 原因：稍低温度时贝氏体的形成化学驱动力增大，碳的扩散能力下降， 碳仍能通过奥氏体与铁素体界面由铁素体向奥氏体扩散，扩散不充分， 碳仍能通过奥氏体与铁素体界面由铁素体向奥氏体扩散，扩散不充分，在 铁素体板条间沉淀出渗碳体，得到羽毛状上贝氏体。 铁素体板条间沉淀出渗碳体，得到羽毛状上贝氏体。 上贝氏体的转变速度受碳在奥氏体中扩散控制
过饱和碳α-Fe条状 过饱和碳 羽毛状
Fe3C细条状
B上 =过饱和碳 α-Fe条状 + Fe3C细条状 过饱和碳
第六章 贝氏体转变
△G
因此， 转变不需要 转变不需要M转变 因此，B转变不需要 转变 那样大的过冷度 BS点表示 和B自由能差达到相变 点表示A和 自由能差达到相变 所需最小化学驱动力值时的温度。 所需最小化学驱动力值时的温度。
固态相变, SMSE,CUMT
H L MS MS
HL MS
T/℃ ℃
高碳A→高碳 ， △GvH 高碳M， 高碳 高碳 ＝ △ GV 低碳A 低碳 低碳M， 低碳 →低碳 ， △GvL △ 高碳A 低碳 低碳M， 高碳 →低碳 ，△GvHL >△GV
原理篇——6 贝氏体转变 原理篇
第六章 贝氏体转变
6.1、 6.1、贝氏体相变的基本特征 6.2、贝氏体的组织形态和亚结构 6.2、 6.3、贝氏体相变热力学和相变机制 6.3、贝氏体相变热力学和相变机制 6.4、 6.4、贝氏体转变动力学 6.5、 6.5、贝氏体转变影响因素 6.6、 6.6、贝氏体力学性能
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区; 区 区
区 400 A 300 Ms 200 100 0 Mf -100 0 1
区; 区
M+AR
; 区 (s)
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, SMSE,CUMT
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原理篇——6 贝氏体转变 原理篇
T/℃ ℃ • 奥氏体化后过冷到珠 光体与马氏体相变的中 间温度相变。 间温度相变。 • 兼有珠光体相变扩散 特点和马氏体相变共格 切变特征。 切变特征。 • 贝氏体（B）组织由 贝氏体（ ） 铁素体＋渗碳体组成。 铁素体＋渗碳体组成。 (BF) M A M t/s
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原理篇——6 贝氏体转变 原理篇
组织形态： 组织形态： 由成束的、大致平行的F板条加碳化物组成 板条加碳化物组成。 由成束的、大致平行的 板条加碳化物组成。 铁素体（羽毛状） 铁素体（羽毛状） 束内相邻F位向差很小，束与束之间位向差较大； 束内相邻 位向差很小，束与束之间位向差较大； 位向差很小 亚结构是位错； 亚结构是位错； C％<0.03%，接近平衡浓度； ％ ，接近平衡浓度； BF有浮凸 有浮凸; 有浮凸 BF惯习面{111},与A位向关系接近K—S。 {111},与 位向关系接近K S F惯习面{111},
6xiugai贝氏体转变
经计算后发现： 以方式(1)机制转变的相变驱动力最大，这就表示(2)、(3)中
的γ1和α'都是热力学不稳定的，最终要分解为平衡相α和Fe3C. 以(3)中的切变方式转变，驱动力为180J/mol，而在BS时相变
的阻力在600 J/mol以上, 阻力大于驱动力, 所以至少在贝氏体转变 的上限温度(3)中的方式不可能而以(2)中的γ→α＋γ1扩散方式进行 。
观点：贝氏体转变是含过饱和碳的铁素体的切变形成过程
2、扩散机制 20世纪60年代末，美国冶金学家H．I．Aaronson及其合作者 从能量上否定了贝氏体转变的切变可转变温度区间，相变驱 动力不能满足切变所需要的能量水平。他们认为，贝氏体转 变是共析转变的变种。这个学说被我国金属学家徐祖跃及 ronson的学生们所继承，形成“扩散学派”。 观点：贝氏体由铁素体和碳化物组成，二者由奥氏体直接分解
3、转变动力学 由形核与长大完成，等温转变动力学图是C形。
4、扩散性 B相变是A分解（A→α+Fe3C） 、有孕育期和领先相。转变
形成高碳相和低碳相，故有碳原子扩散，但合金元素和铁原子不 扩散或不作长程扩散。B长大和碳化物析出受碳扩散控制。上贝 氏体长大速度取决于碳在A中的扩散，下贝氏体长大速度取决于 碳在F中的扩散。B相变比M相变慢。
1、上贝氏体B上 B上在B转变的较高温度区域内形成，对于中、高碳钢, 此温度 约在350550 ℃区间。组织为(F+碳化物)的二相混合物。 其形态在光镜下为羽毛状 。在电镜下为一束平行的自A晶界 长入晶内的F条。束内F有小位向差，束间有大角度差，F条 与M板条相近。碳化物分布在铁素体条间，随A中含碳量增 高，其形态由粒状向链状甚至杆状发展。
电
金
子
相
显
的γ1和α'都是热力学不稳定的，最终要分解为平衡相α和Fe3C. 以(3)中的切变方式转变，驱动力为180J/mol，而在BS时相变
的阻力在600 J/mol以上, 阻力大于驱动力, 所以至少在贝氏体转变 的上限温度(3)中的方式不可能而以(2)中的γ→α＋γ1扩散方式进行 。
观点：贝氏体转变是含过饱和碳的铁素体的切变形成过程
2、扩散机制 20世纪60年代末，美国冶金学家H．I．Aaronson及其合作者 从能量上否定了贝氏体转变的切变可转变温度区间，相变驱 动力不能满足切变所需要的能量水平。他们认为，贝氏体转 变是共析转变的变种。这个学说被我国金属学家徐祖跃及 ronson的学生们所继承，形成“扩散学派”。 观点：贝氏体由铁素体和碳化物组成，二者由奥氏体直接分解
3、转变动力学 由形核与长大完成，等温转变动力学图是C形。
4、扩散性 B相变是A分解（A→α+Fe3C） 、有孕育期和领先相。转变
形成高碳相和低碳相，故有碳原子扩散，但合金元素和铁原子不 扩散或不作长程扩散。B长大和碳化物析出受碳扩散控制。上贝 氏体长大速度取决于碳在A中的扩散，下贝氏体长大速度取决于 碳在F中的扩散。B相变比M相变慢。
1、上贝氏体B上 B上在B转变的较高温度区域内形成，对于中、高碳钢, 此温度 约在350550 ℃区间。组织为(F+碳化物)的二相混合物。 其形态在光镜下为羽毛状 。在电镜下为一束平行的自A晶界 长入晶内的F条。束内F有小位向差，束间有大角度差，F条 与M板条相近。碳化物分布在铁素体条间，随A中含碳量增 高，其形态由粒状向链状甚至杆状发展。
电
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贝氏体转变的说明
第四页，编辑于星期五：二十点 三十四分。
第五页，编辑于星期五：二十点 三十四分。
富碳的A在随后的冷却过程中可能转变为P、B、M或保持不 变。所以说无碳化物贝氏体不能单独存在。
3、晶体学特征及亚结构
惯习面为{111}，位向关系为K—S关系；F内有一定数 量的位错。
（二）上贝氏体
1、形成温度范围
在B转变区的较高温度范围内形成，对于中、高碳钢约在 350~550℃范围内形成，所以上贝氏体也称高温贝氏体。 2、组织形态
第三十页，编辑于星期五：二十点 三十四分。
4、应力的影响
拉应力使B转变速度增加，尤其对下B更显著。压应 力的作用不清楚。 5、塑性变形
（1）在较高温度（1000~800 ℃ ）范围内对A进行塑性变形， 将使A向B转变的孕育期增长，转变速度下降，转变的不完全 程度增大。
原因：一方面变形使A中的缺陷密度增加，有利于C原 子的扩散，有利于B转变的进行；而另一方面，A形变 后会产生多边化亚结构，这对B中F的共格生长是不利 的。通常以后者的作用为主。
形态呈片状（或透镜片状），在光学显微镜下呈针状，与片 状M相似。形核部位大多在A晶界上，也有相当数量位于A晶 内，碳化物为Cem或ε-碳化物，碳化物呈细片状或颗粒状， 排列成行，约以55°~60°角度与下贝氏体的长轴相交，并且 仅分布在F片内部。钢的化学成份、A晶粒度和均匀化程度对 下贝氏体的组织形态影响较小。
在B转变过程中A的C%有可能升高，也有可能降低，具体 情况取决于A的成份及转变温度而定。
第二十五页，编辑于星期五：二十点 三十四分。
第二十六页，编辑于星期五：二十点 三十四分。
2、贝氏体中铁素体内碳的扩散
F形成初期C含量是过饱和的，而B转变温度范围较 M转变高，故B中F在形成后必然要发生分解，以碳化物 的形式由B中的F内析出过饱和的碳，从而使F的C%下降。
第五页，编辑于星期五：二十点 三十四分。
富碳的A在随后的冷却过程中可能转变为P、B、M或保持不 变。所以说无碳化物贝氏体不能单独存在。
3、晶体学特征及亚结构
惯习面为{111}，位向关系为K—S关系；F内有一定数 量的位错。
（二）上贝氏体
1、形成温度范围
在B转变区的较高温度范围内形成，对于中、高碳钢约在 350~550℃范围内形成，所以上贝氏体也称高温贝氏体。 2、组织形态
第三十页，编辑于星期五：二十点 三十四分。
4、应力的影响
拉应力使B转变速度增加，尤其对下B更显著。压应 力的作用不清楚。 5、塑性变形
（1）在较高温度（1000~800 ℃ ）范围内对A进行塑性变形， 将使A向B转变的孕育期增长，转变速度下降，转变的不完全 程度增大。
原因：一方面变形使A中的缺陷密度增加，有利于C原 子的扩散，有利于B转变的进行；而另一方面，A形变 后会产生多边化亚结构，这对B中F的共格生长是不利 的。通常以后者的作用为主。
形态呈片状（或透镜片状），在光学显微镜下呈针状，与片 状M相似。形核部位大多在A晶界上，也有相当数量位于A晶 内，碳化物为Cem或ε-碳化物，碳化物呈细片状或颗粒状， 排列成行，约以55°~60°角度与下贝氏体的长轴相交，并且 仅分布在F片内部。钢的化学成份、A晶粒度和均匀化程度对 下贝氏体的组织形态影响较小。
在B转变过程中A的C%有可能升高，也有可能降低，具体 情况取决于A的成份及转变温度而定。
第二十五页，编辑于星期五：二十点 三十四分。
第二十六页，编辑于星期五：二十点 三十四分。
2、贝氏体中铁素体内碳的扩散
F形成初期C含量是过饱和的，而B转变温度范围较 M转变高，故B中F在形成后必然要发生分解，以碳化物 的形式由B中的F内析出过饱和的碳，从而使F的C%下降。
贝氏体相变
• （三）羽毛状上贝氏体 三 • 组织形态： 组织形态： 板条状铁素体和条间分布的碳化物组成。 板条状铁素体和条间分布的碳化物组成。 贝氏体铁素体片条间的碳化物是片状形态 的细小的渗碳体，组织形貌呈现羽毛状， 的细小的渗碳体，组织形貌呈现羽毛状， 的整合组织。 是BF+ θ -M3C的整合组织。 的整合组织
3、其它因素的强化作用
对贝氏体的强化， 对贝氏体的强化，铁素体晶粒的细化强化和碳化 物的弥散强化是主要的。 物的弥散强化是主要的。其它如碳和合金元素的固溶 强化和位错亚结构的强化，也有一定的作用。 强化和位错亚结构的强化，也有一定的作用。 综上所述，影响 贝氏体强度的几种因 素都与贝氏体形成温 度有关，并且都随形 成温度降低，作用增 强。所以贝氏体的强 度随形成温度降低而 增强。 增强。
珠光体、贝氏体、马氏体转变主要特征 珠光体、贝氏体、
内 温度范围 转变上限温度 领先相 形核部位 转变时点阵切变 碳原子的扩散 铁及合金元素原子的扩散 等温转变完全性 转变产物 容 珠光体转变 高温 A1 渗碳体或铁素体 奥氏体晶界 无 有 有 完全 α+Fe3C 贝氏体转变 中温 BS 铁素体 上贝氏体在晶界 下贝氏体大多在晶 内 ？ 有 无 视转变温度定 α+Fe3C(ε) ε 有 基本上无 无 不完全 α′ 马氏体转变 低温 MS
（二）粒状贝氏体 粒状贝氏体也属于上贝氏体。 粒状贝氏体也属于上贝氏体 。 当奥氏体冷却 到上贝氏体温度区， 析出贝氏体铁素体后， 到上贝氏体温度区 ， 析出贝氏体铁素体后 ， 由于 碳扩散到A体中 体中， 不均匀地富碳， 碳扩散到 体中，使A不均匀地富碳，不再转变为 不均匀地富碳 贝氏体。 这些奥氏体区域一般呈粒状或长条状， 贝氏体 。 这些奥氏体区域一般呈粒状或长条状 ， 分布在铁素体基体上。 分布在铁素体基体上 。 这种富碳地奥氏体在冷却 或等温过程中， 可以部分地发生转变， 或等温过程中 ， 可以部分地发生转变 ， 形成所谓 这种由BF+(M-A)构成的整合组织称 （M-A）岛。这种由 ） 构成的整合组织称 为粒状贝氏体。 为粒状贝氏体。
6-1材料科学与工程专业《金属热处理原理及工艺》课件-第六章--贝氏体转变
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T/℃ • 奥氏体化后过冷到珠 光体与马氏体相变的中 间温度相变。 • 兼有珠光体相变扩散 特点和马氏体相变共格 切变特征。 • 贝氏体（B）组织由 铁素体＋渗碳体组成。 M
A+ P
A
A+ B
A
A
M
A1
p
B
t/s
6.1、贝氏体相变的基本特征
A
F + 碳化物
贝氏体转变兼有珠光体与马氏体转变的特点。
+
产
A
A向产物 转变终止线
产 物 区
体 区 A向产
物
Ms 物转变开始线
区
M+AR Mf
A1 A1～550℃;高温转变区; 扩散型转变;P 转变区。
550～230℃;中温转变 区;半扩散型转变;
贝氏体( B ) 转变区;
230～ - 50℃;低温转 变区;非扩散型转变; 马氏体 ( M ) 转变区。
-100 0
由成束的、大致平行的F板条加碳化物组成。
组织形态： 由成束的、大致平行的F板条加碳化物组成。
铁素体（羽毛状） 束内相邻F位向差很小，束与束之间位向差较大； 亚结构是位错； C％<0.03%，接近平衡浓度； F有浮凸; F惯习面{111},与A位向关系接近K—S。
上
F
贝
氏
羽毛状
体
Fe3C
组织形态： 由成束的、大致平行的F板条加碳化物组成。
1、转变有BS和Bf 温度 2、转变产物(α＋碳化物） 3、转变动力学（形核＋长大，可等温转变） 4、转变不完全性 5、转变的扩散性（C扩散，Fe、Me不扩散） 6、有浮凸效应，新、旧相有一定晶体学取向关系
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扩散性：Fe原子不能扩散，C原子能扩散
晶体学特征：有表面浮凸→转变以切变的方式完成晶格重构
贝氏体中的铁素体以切变形式形成
B转变动力学
������ 目的：为弄清贝氏体转变机制提供线索，同时 为制定与贝氏体转变有关的热处理工艺提供依据。 6.3.1等温转变动力学
B转变时C的扩散
与M不同，B转变的进行依赖于碳原子的扩散。为了在A 中形成低C的F，C必将向A富集，当A的C含量超过Fe3C在A中 的溶解度曲线ES及其延长线时，C又将以Fe3C形式析出，使 A含C量下降。 中碳时，等温开始后，B转变前，A中C含量就发生了明显 变化，表明在A中已出现了局部小范围的低碳区，为形成低碳 的B作好了准备。以后随B转变的进行，A碳含量不断升高。
������
B转变机制
B转变包括B中F的形成与K析出 Hehemann模型 切变理论
Bhadashia模型
台阶扩散理论
（Aaronson，美国冶金学家）
切变理论——Hehemann模型
在贝氏体形成过程，Fe和臵换式原子不发生扩散， 贝氏体铁素体以切变相变方式形核长大，完成面心立方 结构向体心立方结构的点阵改组。 ������ 铁素体长大速度高于碳的扩散速度，导致碳在铁 素体中过饱和。随后多余的碳以碳化物形式从过饱和的 铁素体中析出，或扩散到奥氏体中，再从奥氏体中以碳
的富碳奥氏体中析出。
台阶扩散理论
台阶的水平面为α－γ的半共格界面，界面两侧的α、γ 有一定的位向关系，在半共格界面上存在柏氏矢量与界面 平行的刃形位错；台阶的端面（垂面）为非共格面，其原 子处于较高的能量状态，因此有较高的活动性，易于实现 迁移，使台阶侧向移动，从而导致台阶宽面向前推进。
台阶扩散理论
6.6 等温淬火及其应用
工件淬火加热后，若长期保持在下贝氏体转变区 的温度，使之完成奥氏体的等温转变，获得下贝 氏体组织，这种淬火称为等温淬火
①、等温淬火一般用于中碳以上的钢，低碳钢一般不采用等温淬火；
②、等温淬火适用于尺寸较小的工件；
③、等温淬火适合于处理形状复杂、尺寸精度要求较高的工具和重要 的机器零件，如模具、刀具、齿轮等。
4) 应力
拉应力加快B转变。
5) 塑性变形
在较高温度的形变，使B转变变慢； 在较低温度的形变，使B转变加快。
影响B转变动力学的因素
6） 冷却时在不同温度下的停留时间
曲线1：在P与B转变区之间的稳 定区域内的停留会加速随后的转变。 因为析出了K，降低了A稳定性。 曲线2：在B形成温度区域的高温 区停留，形成部分B上后再冷至低温 区，先形成的B会降低B转变速度。 曲线3：先冷至Ms以下形成少量M 或B下再升至较高温度，可使B转变速 度加快。
够高时不形成上贝氏体，而合金中的碳含量足够低时不 形成下贝氏体。
切变理论——Bhadashia模型
贝氏体相变过程示意图− Bhadeshia模型
台阶扩散理论
核心思想为：贝氏体是非层状共析产物，在贝氏体相 变过程包括了铁和臵换式原子及碳原子的扩散过程。 ������ ������ 贝氏体铁素体的形核和长大通过台阶的激发形核 在贝氏体铁素体宽面上存在生长台阶，在台阶前 -台阶长大机制进行，长大过程受碳的扩散控制。 沿的残留奥氏体中碳富集程度高，碳化物在台阶前沿
������ C为1.18％时，孕育期和转变初期，A中C含量基本不变，随后，C含量显著下 降，因为自奥氏体中析出了碳化物。 ������ C为1.39％时，在孕育期，奥氏体碳含量就有了明显下降，表明自等温一开 始就析出了碳化物。
影响B转变动力学的因素
1）碳含量
随A中C含量的增加，B转变速度下降。因为C含量高， 形成B时需要扩散的C原子量增加。
6、影响贝氏体强度的主要因素是什么？上、下贝氏体的性能有何不同？
1、贝氏体的定义为（ 2、根据碳化物分布不同，贝氏体可分为：（ （ ）。
）。 ）、（ ）、
3、上贝氏体微观组织形貌为（
），由铁素体板条和分布于 ），由片状铁
板条间的渗碳体；下贝氏体微观组织形貌为（
素体和分布于铁素体内部的碳化物组成。
4、贝氏体转变机制有：（ 7、（ ）、（ ）。 ）强度低，韧性很差。
（亚结构）
强化机理
固溶强化 C的固溶强化 随着形成温度的降低，贝氏体（包括无碳B、上B和下B） 铁素体中碳的过饱和程度增加，碳的固溶强化的作用也越 来越显著。但与M相比，贝氏体铁素体中的碳含量要低许 多，所以C的固溶强化对强度的贡献要小许多。 合金元素的固溶强化 与碳的固溶强化相比作用小一些。
位错强化
化物析出。
切变理论——Hehemann模型
钢中贝氏体相变过程示意图− Hehemann 模型
切变理论——Bhadashia模型
观点：贝氏体铁素体通过亚单元的应力应变诱发形核和 长大。贝氏体的形成经历了三个过程，即亚单元的重复 形核、长大及碳化物的析出。
������
切变理论的一个重要推论是当合金中的碳含量足
相变动力学
贝氏体力学性能
贝氏体分类
贝氏体组织和性能
贝氏体转变是过冷奥氏体在 “鼻温” 至 Ms 点范围内进 行的转变，又称为中温转变。 上贝氏体
共析钢上贝氏体大约在550℃（“鼻温” ）至350℃之间形成
光学显微镜观察，典型上贝氏体组织形态呈羽毛状
贝氏体是碳化物（渗碳体） 分布在碳过饱和的铁素体基 体上的两相混合物。
体铁素体亚单元之间时，延伸率最大
贝氏体的冲击韧性
合金组织为单相时，韧性主要决定于晶粒大小，当
有第二相时，韧性还与第二相大小，形状和数量有关。
������ 强度高的下贝氏体的韧性比上贝氏体高，韧脆转 变温度也比较低，这是因为下贝氏体中碳化物比较细小、 弥散造成的。 ������ 随着B形成温度的降低，强度的逐渐增加，韧性并
）强度较高，韧性也较好。（
贝氏体性能变化趋势：随着B形成温度的降低，强度和硬度（ 塑性和韧性（ ）。
），
8、简述等温转变动力学曲线特点。
作业
与一般铁素体相比，无碳B、上B和下B的铁素体的位错密 度都比较高，其中下B中铁素体的位错密度最大，因此强 化效果最明显。
贝氏体的塑性
��体，即
使在相同强度条件下。可以通过降低碳含量来提
高贝氏体的塑性，而通过合金元素的臵换固溶强
化来保证强度。
������ 当残余奥氏体主要以薄膜形式存在于贝氏
粒状贝氏体
贝氏体的力学性能
贝氏体的力学性能由组织形态决定 上贝氏体的强度较低、韧性较差 下贝氏体不仅强度高，而且韧性也好，表现为 具有较好的综合力学性能，是一种很有应用价值
的组织
贝氏体的力学性能
B的强度的影响因素 1．B的F条或片的粗细－晶粒细化 B晶粒（板条）直径愈小，强度愈高。 强度决定于形成温度，温度愈低，强度愈高。 2．弥散K质点 B下中K颗粒小，颗粒数量多，对B下的贡献大； B上中K颗粒粗，且分布在F条间，分布极不均匀， 所以B上的强度比B下低得多。 3．其它因素的强化作用－固溶强化（程度低于M），位错强化
④、等温淬火适合于形状复杂，要求变形小，处理后具有高硬度和强
韧性的塑性和韧性的工件。 ⑤、常用于合金钢、高碳钢小尺寸零件及球墨铸铁件。
总结
T/℃
共析钢过冷A等温转变的C曲线
A A1 S T B上
贝氏体
HRC45～55 HRC45～65
鼻温
过 冷 A
P
珠光体
<HRC25 HRC25～35 HRC35～40
相是——— 。
(a)渗碳体(b)铁素体(c)奥氏体(d)渗碳体和铁素体 3、随着贝氏体形成温度的降低，强度逐渐———，韧性——— 。 (a) 降低，降低(b) 增加，增加(c) 降低，增加(d) 增加，降低 4、上贝氏体转变的形成温度范围是——— 。 (a)550℃以上(b) 350～550℃ (c) 350℃以下(d) Ms点以下 5、请画出普通碳钢的TTT图，并在其上标出上、下贝氏体的形成温度范围。
贝氏体组织和性能
下贝氏体
共析钢下贝氏体大约在350℃至Ms之间形成 光学显微镜观察，下贝氏体呈黑色针状或竹叶状。针与针之间 呈一定的角度
下贝氏体中的碳化物呈粒状或短条状弥散分布，与铁素体长 轴呈55～600
金相
TEM
贝氏体组织和性能
无碳化物贝氏体
Si、Al等抑制碳化物析出元素延迟碳化物形成
台阶移动的速度受碳原子的扩散控制。在原有 台阶消失后，必须待新的台阶形成后，长大才 能继续进行。
������
������ 著
关于台阶的来源至今还未完全弄清楚。
《贝氏体相变理论》－俞德刚、王世道
上海交通大学出版社，1998年出版。
如何采用尽可能简单的热处理工艺获得综合性 能优异的金属材料？
将钢件奥氏体化，使之快冷到贝氏体转变温度 区间等温保持，使奥氏体转变为下贝氏体的淬 火工艺----等温淬火。
2）合金元素（Me)
除Al、Co外，Me都或多或少地降低B转变速度，同时 使B转变的温度范围下降，从而使P与B的C曲线分开。
影响B转变动力学的因素
3) A晶粒大小与A化温度
⑴晶粒大小 随A晶粒增大，B转变孕育期增长，转变速度变慢。 这表明A晶界是B形核的优先部位。 ⑵A化温度和时间 随奥氏体化温度升高，时间延长，B转变速度先升后降？
低碳合金钢，形成贝氏体铁素体后，渗碳体尚未析出，奥氏体稳定化 当上贝氏体组织中只有贝氏体铁素体和残余奥氏体而不存在碳化物时， 称为无碳化物贝氏体 贝氏体铁素体片条平行排列，片条间是富碳奥氏体或冷却产物
无碳化物贝氏体
贝氏体组织和性能
粒状贝氏体
F（铁素体）基体上分布着孤立的M/A（马氏体/奥氏 体）小岛 形成条件：低碳或中碳合金钢在一定的冷速范围内连 续冷却时获得的
不降低，反而有所增加－这是B组织力学性能变化的重