1、四四. 轉變的不完全性轉變的不完全性 轉變結束時總有一部分未轉變的轉變結束時總有一部分未轉變的A，繼續冷卻，繼續冷卻AM，形成，形成B+M+AR組織，其中組織，其中AR為殘余為殘余A。五五. 擴散性擴散性 轉變形成高碳相和低碳相，故有碳原子擴散，轉變形成高碳相和低碳相，故有碳原子擴散，但合金元素和鐵原子不擴散或不作長程擴散。但合金元素和鐵原子不擴散或不作長程擴散。六六. 晶體學特征晶體學特征 貝氏體形成時，有表面浮突，位向關系和慣習貝氏體形成時，有表面浮突，位向關系和慣習面接近于面接近于M。總之，貝氏體轉變的某些特征與。總之，貝氏體轉變的某些特征與P相似，某些方面又與相似，某些方面又與M相似。

2、相似。第1頁/共28頁一一. 上貝氏體上貝氏體B上上 B上上在在B轉變的較高溫度區域內形成，對于中、轉變的較高溫度區域內形成，對于中、高碳鋼高碳鋼, 此溫度約在此溫度約在350 550 區間。組織為區間。組織為(F+碳化碳化物物)的二相混合物。其形態在光鏡下為的二相混合物。其形態在光鏡下為羽毛狀羽毛狀 (見圖見圖 )。在電鏡下為一束平行的自在電鏡下為一束平行的自A晶界長入晶內的晶界長入晶內的F條。束條。束內內F有小位向差，束間有大角度差，有小位向差，束間有大角度差，F條與條與M板條相板條相近。碳化物分布在鐵素體條間，隨近。碳化物分布在鐵素體條間，隨A中含碳量增高，中含碳量增高，其形態由粒狀向鏈

3、狀甚至桿狀發展其形態由粒狀向鏈狀甚至桿狀發展(見圖見圖)。 F內亞結構為位錯，慣習面為內亞結構為位錯，慣習面為111A，與，與A之間的位向接近之間的位向接近K-S關系，碳化物慣習面為關系，碳化物慣習面為227 A，與，與A有確定位向關系。有確定位向關系。貝氏體有下列主要的組織形態：貝氏體有下列主要的組織形態：第2頁/共28頁上貝氏體 形態第3頁/共28頁二二. 下貝氏體下貝氏體B下下 在在B轉變的低溫轉變區形成，大致在轉變的低溫轉變區形成，大致在350，組織為組織為(F+碳化物碳化物)的二相混合物。的二相混合物。F的形態與的形態與A碳含量有關碳含量有關：碳量低時呈板條狀碳量低時呈板條狀(見圖見

4、圖)。碳量。碳量高時，呈片狀高時，呈片狀(見圖見圖)。片內存在細小碳化物，。片內存在細小碳化物，呈短桿狀與呈短桿狀與F的長軸成的長軸成55-60度，成分為度，成分為Fe3C或或Fe2-3C。第4頁/共28頁鋼中典型下貝氏體組織示意圖鋼中典型下貝氏體組織示意圖第5頁/共28頁 粒狀貝氏體粒狀貝氏體 在一定的冷速范圍內連續冷卻得到的，組在一定的冷速范圍內連續冷卻得到的，組織為織為(F+A)的二相混合物。其形態為的二相混合物。其形態為F基體上分基體上分布著小島狀的布著小島狀的A(見圖見圖)。富碳的。富碳的A小島在隨后的小島在隨后的冷卻過程中有三種可能冷卻過程中有三種可能： 分解為分解為F與碳化物；與

5、碳化物； 轉變為轉變為M； 以以A態保留至室溫。態保留至室溫。第6頁/共28頁 無碳化物貝氏體無碳化物貝氏體 在靠近在靠近BS的溫度處形成這種貝氏體，是由的溫度處形成這種貝氏體，是由F+A組成。是在組成。是在A晶界上形成了晶界上形成了F核后，向晶內核后，向晶內一側成束長大，形成的平行的板條束，條間為一側成束長大，形成的平行的板條束，條間為富碳的富碳的A，板條寬度隨轉變溫度下降而變窄，板條寬度隨轉變溫度下降而變窄。 繼續冷卻，繼續冷卻，A可能轉變為可能轉變為M，P，B (其他類型其他類型)或保留至室溫。或保留至室溫。F條形成時在拋光表面會形成條形成時在拋光表面會形成浮凸浮凸。B與與A的位向關系為

6、的位向關系為K-S關系，慣習面為關系，慣習面為111A。第7頁/共28頁5-3 貝氏體轉變熱力學及轉變機制貝氏體轉變熱力學及轉變機制一一. 貝氏體轉變過程貝氏體轉變過程貝氏體轉變可有三種可能貝氏體轉變可有三種可能： (1) 奧氏體分解為平衡濃度的奧氏體分解為平衡濃度的+Fe3C，即，即+Fe3C (2) 奧氏體先析出先共析鐵素體，即奧氏體先析出先共析鐵素體，即+1, 1在隨后的冷卻過在隨后的冷卻過程中進一步轉變程中進一步轉變。 (3) 奧氏體以馬氏體相變方式先形成同成分的奧氏體以馬氏體相變方式先形成同成分的(過飽和過飽和)，然后，然后分解成分解成Fe3C及低飽和度及低飽和度，即，即(過飽和過飽

7、和)，+ Fe3C，經計算后發現：經計算后發現： 以方式以方式(1)機制轉變的相變驅動力最大，這就表示機制轉變的相變驅動力最大，這就表示(2)、(3)中中的的1和和都是熱力學不穩定的，最終要分解為平衡相都是熱力學不穩定的，最終要分解為平衡相和和Fe3C. 以以(3)中的切變方式轉變，驅動力為中的切變方式轉變，驅動力為180J/mol，而在，而在BS時相變時相變的阻力在的阻力在600 J/mol以上以上, 阻力大于驅動力阻力大于驅動力, 所以至少在貝氏體轉變所以至少在貝氏體轉變的上限溫度的上限溫度(3)中的方式不可能而以中的方式不可能而以(2)中的中的1擴散方式進行擴散方式進行。 第8頁/共28

8、頁二二. 轉變時碳的擴散轉變時碳的擴散 貝氏體轉變時，由于溫度較高，會存在碳原子貝氏體轉變時，由于溫度較高，會存在碳原子的擴散。的擴散。根據鋼中含碳量的不同根據鋼中含碳量的不同，A中碳量中碳量(或點陣或點陣參數參數)會隨時間的不同而發生不同的變化，會隨時間的不同而發生不同的變化， A中形成中形成貧碳及富碳區貧碳及富碳區。如圖，由上圖可見。如圖，由上圖可見，對于中碳鋼對于中碳鋼，在等溫轉變孕育期期間在等溫轉變孕育期期間， 奧氏體的碳含量已經有了奧氏體的碳含量已經有了明顯的提高明顯的提高，這意味著在奧氏體中已出現了局部小這意味著在奧氏體中已出現了局部小范圍的低碳區范圍的低碳區，為形成低碳的貝氏體鐵

9、素體作好了為形成低碳的貝氏體鐵素體作好了準備準備。以后隨貝氏體轉變的進行以后隨貝氏體轉變的進行，奧氏體碳含量不奧氏體碳含量不斷升高斷升高。 由圖由圖b可見可見，碳含量為碳含量為1.18%時時，在孕育期在孕育期及轉變初期及轉變初期，奧氏體碳含量基本不變奧氏體碳含量基本不變，以后隨著轉以后隨著轉變的進行變的進行， 奧氏體碳含量顯著下降奧氏體碳含量顯著下降，這是因為自奧這是因為自奧氏體中析出了碳化物氏體中析出了碳化物。 當碳含量高達當碳含量高達1.39%時時， 由由圖圖c可見可見，在孕育期在孕育期，奧氏體碳含量就有了明顯的下奧氏體碳含量就有了明顯的下降降，這表明這表明，等溫一開始就自奧氏體析出了碳化

10、物等溫一開始就自奧氏體析出了碳化物第9頁/共28頁等溫轉變量（曲線等溫轉變量（曲線1）及奧氏體點陣常數（曲線）及奧氏體點陣常數（曲線2） 與等溫時間的關系與等溫時間的關系 第10頁/共28頁5-4 貝氏體轉變過程貝氏體轉變過程 1. 無碳化物貝氏體無碳化物貝氏體 (高溫范圍轉變高溫范圍轉變)，組織為，組織為F+A(富碳富碳)。 (1) A中形成貧碳及富碳區，首先是在貧碳區形成中形成貧碳及富碳區，首先是在貧碳區形成F核核；(2) 由于轉變溫度較高，碳原子可在由于轉變溫度較高，碳原子可在F中越過中越過F/A界面向界面向A擴擴散，直至達到平衡濃度散，直至達到平衡濃度； (3) A，F界面上的碳原子向

11、界面上的碳原子向A中遠離界面處擴散中遠離界面處擴散；(4) 繼續形成繼續形成F核，并長大成條核，并長大成條；(5) A繼續富化，當達到繼續富化，當達到Fe3C濃度時會析出濃度時會析出Fe3C，在繼續冷，在繼續冷卻或保溫過程中卻或保溫過程中A也能發生轉變，成為也能發生轉變，成為P、M、其它類型、其它類型B或保留至室溫成為殘余奧氏體或保留至室溫成為殘余奧氏體AR。整個過程可見圖。整個過程可見圖。第11頁/共28頁2. 上貝氏體轉變上貝氏體轉變 (中溫范圍轉變，在中溫范圍轉變，在350 550之間之間)，組織為，組織為F+ Fe3C。(1) 在在A中貧碳區形成中貧碳區形成F核核；(2) 碳越過碳越過

12、F/A界面向界面向A擴散擴散；(3) 由于溫度降低，碳不能進由于溫度降低，碳不能進行遠程擴散，而在行遠程擴散，而在A界面附近界面附近堆積，堆積， 形成形成Fe3C；(4) 同時同時F長大，形成羽毛狀上長大，形成羽毛狀上貝氏體貝氏體。 可見可見, 上貝氏體的轉變上貝氏體的轉變速度受碳在速度受碳在A中擴散控制。中擴散控制。 整整個過程可見圖。個過程可見圖。 第12頁/共28頁3 下貝氏體轉變下貝氏體轉變 (低溫范圍轉變，低低溫范圍轉變，低 于于350) (1) 在貧碳區形成在貧碳區形成F核，具有過飽和核，具有過飽和的碳的碳；(2) 由于溫度低，碳原子不能越過由于溫度低，碳原子不能越過F/A界面擴散

13、至界面擴散至A中中；(3) 碳原子在碳原子在F內擴散內擴散； (4) 在在F內一定晶面上析出內一定晶面上析出Fe3C，以降低能量以降低能量, 同時鐵素體長大同時鐵素體長大。 可見可見,下貝氏體轉變速度受碳下貝氏體轉變速度受碳在在F中的擴散所控制。整個過程可中的擴散所控制。整個過程可見圖。見圖。 冷卻過程中的幾種轉變的主要冷卻過程中的幾種轉變的主要特征見下表。特征見下表。第13頁/共28頁不同溫度的貝氏體形成示意圖不同溫度的貝氏體形成示意圖 第14頁/共28頁 綜上所述，不同形態貝氏體中的鐵素體綜上所述，不同形態貝氏體中的鐵素體都是通過都是通過切變機制切變機制形成的，只是因為形成溫形成的，只是因

14、為形成溫度不同，使鐵素體中的碳脫溶以及碳化物的度不同，使鐵素體中的碳脫溶以及碳化物的形成方式不同而導致貝氏體組織形態的不同。形成方式不同而導致貝氏體組織形態的不同。 碳的碳的擴散及脫溶沉淀擴散及脫溶沉淀是控制貝氏體相變是控制貝氏體相變及其組織形態的基本因素。阻礙碳的擴散或及其組織形態的基本因素。阻礙碳的擴散或碳化物沉淀的合金元素都會提高富碳奧氏體碳化物沉淀的合金元素都會提高富碳奧氏體的碳濃度而提高其穩定性。的碳濃度而提高其穩定性。第15頁/共28頁珠光體、貝氏體、馬氏體轉變主要特征珠光體、貝氏體、馬氏體轉變主要特征內內 容容珠光體轉變珠光體轉變貝氏體轉變貝氏體轉變馬氏體轉變馬氏體轉變溫度范圍溫

15、度范圍高高 溫溫中中 溫溫低低 溫溫轉變上限溫度轉變上限溫度A1BSMS領先相領先相滲碳體或鐵素體滲碳體或鐵素體鐵素體鐵素體形核部位形核部位奧氏體晶界奧氏體晶界上貝氏體在晶界上貝氏體在晶界,下下貝氏體大多在晶內貝氏體大多在晶內在晶內在晶內轉變時點陣切變轉變時點陣切變無無？有有碳原子的擴散碳原子的擴散有有有有基本上無基本上無鐵及合金元素原子的鐵及合金元素原子的擴散擴散有有無無無無等溫轉變完全性等溫轉變完全性完完 全全視轉變溫度定視轉變溫度定不完全不完全轉變產物轉變產物+Fe3C+Fe3C 或或-Fe2-3C第16頁/共28頁5-5 貝氏體轉變動力學貝氏體轉變動力學一一. 貝氏體等溫轉變動力學曲線

16、貝氏體等溫轉變動力學曲線 貝氏體等溫轉變動力學曲線也呈貝氏體等溫轉變動力學曲線也呈S形，但與珠光體形，但與珠光體轉變不同，貝氏體等溫轉變不能繼續到終了。根據貝氏轉變不同，貝氏體等溫轉變不能繼續到終了。根據貝氏體轉變動力學曲線，可作出等溫轉變動力學圖，如圖。體轉變動力學曲線，可作出等溫轉變動力學圖，如圖。可見，此動力學圖也呈可見，此動力學圖也呈C形。轉變在形。轉變在BS溫度以下才能實溫度以下才能實行，轉變速度先增后減行，轉變速度先增后減。 近年來，由于測試靈敏度的提高，人們發近年來，由于測試靈敏度的提高，人們發現貝氏體轉變的現貝氏體轉變的C曲線是由二個獨立的曲線，曲線是由二個獨立的曲線，即上貝氏

17、體轉變和下貝氏體轉變合并而成，如即上貝氏體轉變和下貝氏體轉變合并而成，如下圖。下圖。 第17頁/共28頁碳鋼等溫轉變動力學圖碳鋼等溫轉變動力學圖 共析碳鋼等溫轉變動力學示意圖共析碳鋼等溫轉變動力學示意圖 第18頁/共28頁三三. 影響貝氏體轉變的動力學的主要因影響貝氏體轉變的動力學的主要因素素 碳含量的影響及合金元素碳含量的影響及合金元素 A A中碳含量的增加，轉變時需擴散的原子量增加，轉中碳含量的增加，轉變時需擴散的原子量增加，轉變速度下降。變速度下降。 鋼的常用合金元素中，除了鋼的常用合金元素中，除了CoCo和和AlAl加速貝氏體相變加速貝氏體相變速度以外，其他合金元素如速度以外，其他合金

18、元素如MnMn、NiNi、CuCu、CrCr、MoMo、W W、SiSi、V V以及少量以及少量B B都都延緩延緩貝氏體的形成，同時也使貝氏體相變溫貝氏體的形成，同時也使貝氏體相變溫度范圍下降，其中以度范圍下降，其中以MnMn、CrCr、NiNi的影響最為的影響最為顯著顯著。鋼中同。鋼中同時加入多種合金元素，其相互影響比較復雜。時加入多種合金元素，其相互影響比較復雜。2. 奧氏體晶粒大小和奧氏體化溫度的影響奧氏體晶粒大小和奧氏體化溫度的影響 奧氏體晶粒越大，晶界面積越少，形核部位越少奧氏體晶粒越大，晶界面積越少，形核部位越少，孕育孕育期越長期越長，貝氏體轉變速度下降貝氏體轉變速度下降；奧氏體化

19、溫度越高，奧氏奧氏體化溫度越高，奧氏體晶粒越大，轉變速度先降后增。體晶粒越大，轉變速度先降后增。 第19頁/共28頁3 3 應力和塑性變形的影響應力和塑性變形的影響 拉應力拉應力使貝氏體相變使貝氏體相變加速加速。隨應力增加，。隨應力增加，貝氏體相變速度提高。當應力超過其屈服強度貝氏體相變速度提高。當應力超過其屈服強度時，貝氏體相變速度的提高尤為顯著。時，貝氏體相變速度的提高尤為顯著。 在高溫區（在高溫區（10001000800800）對奧氏體進行）對奧氏體進行塑塑性變形性變形，將使貝氏體相變孕育期延長，相變速，將使貝氏體相變孕育期延長，相變速度減慢，相變不完全程度增加。度減慢，相變不完全程度增

20、加。 在中溫區（在中溫區（600600300300）對奧氏體進行）對奧氏體進行塑塑性變形性變形，則貝氏體相變孕育期縮短，相變速度，則貝氏體相變孕育期縮短，相變速度加快。加快。 第20頁/共28頁4 4 奧氏體冷卻時在不同溫度停留的影響奧氏體冷卻時在不同溫度停留的影響 過冷奧氏體在冷卻過程中在不同溫度下過冷奧氏體在冷卻過程中在不同溫度下停留時對貝氏體相變的影響，可以分為以下停留時對貝氏體相變的影響，可以分為以下三種的情況，如圖三種的情況，如圖第21頁/共28頁（1 1）在珠光體相變與貝氏體相變之間的過冷）在珠光體相變與貝氏體相變之間的過冷奧氏體奧氏體穩定區停留穩定區停留（曲線（曲線1 1）時會）

21、時會加速加速隨后的隨后的貝氏體相變速度。貝氏體相變速度。 實驗發現在過冷奧氏體穩定區停留后有碳實驗發現在過冷奧氏體穩定區停留后有碳化物析出，因此認為，由于碳化物析出降低了化物析出，因此認為，由于碳化物析出降低了奧氏體中碳和合金元素的濃度，即降低了奧氏奧氏體中碳和合金元素的濃度，即降低了奧氏體的穩定性，所以使貝氏體相變加速。體的穩定性，所以使貝氏體相變加速。第22頁/共28頁（2 2）在貝氏體形成溫度范圍的高溫區停留，形）在貝氏體形成溫度范圍的高溫區停留，形成部分上貝氏體后再冷卻至貝氏體相變的低溫成部分上貝氏體后再冷卻至貝氏體相變的低溫區（曲線區（曲線2 2）時，將使下貝氏體相變的孕育期延）時，

22、將使下貝氏體相變的孕育期延長，長，降低降低其轉變速度，減少最終貝氏體轉變量。其轉變速度，減少最終貝氏體轉變量。這表明高溫停留和發生部分貝氏體相變，增大這表明高溫停留和發生部分貝氏體相變，增大了未轉變奧氏體的穩定性。了未轉變奧氏體的穩定性。 （3 3） 在在MsMs點稍下溫度或在貝氏體形成溫度范點稍下溫度或在貝氏體形成溫度范圍的低溫區停留，先形成少量的馬氏體或下貝圍的低溫區停留，先形成少量的馬氏體或下貝氏體后再升高至較高溫度（曲線氏體后再升高至較高溫度（曲線3 3）時，使隨）時，使隨后的貝氏體相變后的貝氏體相變加速加速。 第23頁/共28頁5-6 貝氏體的力學性能貝氏體的力學性能一一.貝氏體的強度貝氏體的強度(硬度硬度) 一般地，貝氏體的強度隨形成溫度的降低而提高一般地，貝氏體的強度隨形成溫度的降低而提高,如圖。貝氏體的硬度與形成溫度的關系與此相似如圖。貝氏體的硬度與形成溫度的關系與此相似。 貝氏體抗拉強度與形成溫度的關系貝氏體抗拉強度與形成溫度的關系 第24頁/共28頁影響貝氏體強度的因素影響貝氏體強度的因素：(1)F條條(片片)的粗細的粗細：F條條(片片)越細，晶界越多，貝氏體越細，晶界越多，貝氏體強度越高。由于強度越高。由于F條條(片片)的粗細決定于形成溫度，也可的粗細決定于形成溫度，也可認為，形成溫度越低，條認為，形成溫度越低，條(片片)越細，強度越高。越細，強度越高。