第五章 贝氏体转变  中温转变→产物多样 非平衡转变，淬火组织 机理不完善 Fe、合金元素不扩散，C扩散 特点介于P、M转变 铁素体、碳化物组成的复相组织（有时有少量残余A） 等温或连续冷却形成 §1 贝氏体的组织形态及亚结构  一、上贝氏体 形成温度：中、高温区 形成：A晶界形核，向晶内长大 形态： 金相→羽毛状 电镜→板条之间+碳化物，板条成束、大致平行 温度降低、C%增加→铁素体变薄 铁素体尺寸大小→影响强度、韧性 亚结构→位错 铁素体中C%近平衡 表面有浮凸 晶体学 F、碳化物与A均有不同取向 F/A惯习面{111} γ 成分→中、高碳钢容易出现，碳化物形态随碳含量变化 含Si、Al时，延缓碳化物析出，称准上B 二、下贝氏体 在B形成温度的低温区 一般在A晶界或晶内形成 形态 F+碳化物+有时残余A F金相：低碳→板条；高碳→针状；中碳→混合   电镜：F内有方向性分布的碳化物 表面有浮凸 亚结构→F中有大量位错 C%过饱和度大于上B F与母向有晶体学关系；惯习面复杂 C%↑→碳化物增多，有时有AR 成分→C%范围较宽 三、其他类型贝氏体 1、无碳贝氏体 形成温度→B区最上部；条束F组成的单相 形成→A晶界平行生长 形态→宽板条F+富碳A（冷却后→ 转变M或P或B），不单独存在 亚结构→位错；有浮凸 晶体学→K-S关系；{111}惯习面 成分→低、中碳或Si、Al%高的材料 2、粒状贝氏体 形成温度→接近Bs，高于上B转变温度 形态 板条F+富碳岛状A 冷却转变：F+K；M+残余A；残余A  有浮凸；C%接近平衡； F中有亚单元 成分：低、中碳合金钢（Cr、Ni 、Mo） 冷却：焊接、正火、热轧连续冷却出现 与粒状组织区别：块F+富C岛状A（无取向、无浮凸），与粒B共存 3、反常贝氏体 成分：过共析 形成：Bs以上，先共析Fe3C 形成→A贫碳→上B寄生在渗碳体上形成 领先相为渗碳体，而非F故得名 原因→冷却速度慢 4、柱状贝氏体 形成温度→低温区或高压时 成分→高合金钢；高碳钢；中碳钢 形成→晶粒内 形态→F放射状，其上分布碳化物 无浮凸 小结 无碳B、粒B、反常B等可以归属于上B 柱状B属于下B §2 贝氏体的转变特点和晶体学  一、贝氏体转变特点 1、形核、长大；有孕育期 2、一般F为领先相 3、转变在Bs~Bf之间 4、转变不完全，随转变温度升高趋势明显 5、有浮凸、新/母相存在取向关系 6、转变速度在M、P相变之间 二、晶体学 1、贝氏体中的F与A 上贝氏体→K-S关系、{111}γ惯习面 下贝氏体→K-S、西山关系等（比较复杂）、{225}γ等惯习面多种 2、贝氏体中的碳化物与F、A的关系 碳化物性质 上贝氏体→渗碳体型 下贝氏体→亚稳定碳化物（温度低、时间短）或+渗碳体 取向 上贝氏体→渗碳体从A中析出→与A有取向关系和惯习面 下贝氏体→渗碳体可能从F中析出，也可以从A中析出→结论不一致 §3 贝氏体转变过程及热力学  一、转变过程 1、F生长和碳化物析出两个过程→组织、性能变化 2、奥氏体中碳的再分配 俄歇分析→孕育期和转变期间→碳的再分配 晶界、晶内有贫碳区（有利于F形核） Fe、合金元素无再分配现象 碳%、合金%、转变温度影响碳的再分配（碳% 高→ 碳化物容易析出） 3、贝氏体中铁素体的形成及C% F切变方式形成 实验： F中的C%过饱和，与该温度下M转变时的C%相似 温度↓→ C%过饱和度↑ 结论：先从A贫碳区形成低碳M →随后析出碳化物 台阶方式形成 4、碳化物的成分和类型 合金在B转变中不进行再分配→碳化物与钢中的合金含量大致相同 碳化物类型为渗碳体或ε 碳化物类型与成分、转变温度、持续时间有关 温度低、时间短，形成ε 含Si高，延缓渗碳体析出，形成ε 二、热力学分析 驱动力 两相化学自由能差（与M转变相似） 阻力 表面能+弹性应变能+塑性应变能等 因为A中碳的再分配→F的C%降低→F的自由能降低；比容差小→通常Bs高于Ms Bs 相变所需要的最小过冷度对应的温度 合金元素→Bs降低（经验公式） §4 贝氏体转变机理  一、切变机理 浮凸效应 碳有扩散能力 F共格长大同时，伴有碳化物析出，B转变速度受碳扩散过程控制 F生长是不连续的，条片中的亚单元不断诱发形核、长大，F长大速度受碳扩散控制 碳的脱溶形式 1、温度较高 碳在A、F中扩散能力强 温度高→过冷度小→形核少→F宽、间距大 F生长时→C排到A中→无碳B 富碳区A随后可以转变为M或其他分解产物，也可以保留为AR 2、温度稍低 C在F中扩散→F中C%接近平衡 C在A中扩散不充分→沉淀在F板条束之间→形成上B 温度越低→组织越细 3、温度较低 C在A中长程扩散困难→ F中短程扩散→在F上析出碳化物（下B） 因过冷度大→晶界、晶内均可以形核 转变温度低→碳化物细；F中碳过饱和度↑ 4、在上B形成温度以上 C再分配→贫C区形成平行板条F  A区域C不均匀→F板条生长出现凹凸界面→ F合并→富C区被包围→残留的岛状A区富碳、富合金元素→稳定化→形成粒状B  关于F中的亚单元现象 B中的F板条内都有亚单元组成 先形成的亚单元诱发新的亚单元，不是连续生长 以切变共格方式长大，速度快，但 F板条长大受碳扩散影响，速度慢 切变理论的不足 无法解释上、下B具有不同的动力学曲线和转变激活能 无法解释上B中F内的浮凸与M的不同 B中无孪晶 碳化物析出形态与M不同（人字型） 二、台阶机理 认为浮凸不是切变的产物，是体积变化效应 与P转变机理相同，但组织非层片状 F按照台阶方式长大，受C在A中扩散控制 实验证实上B是此机理，但下B不是 台阶存在的原因不清楚 §5 贝氏体转变的动力学  一、B转变的动力学特点 1、上、下B转变机制不同 实验： 全激活能 上、下B转变全激活能不同 动力学测定数据（转变时间与温度关系）结果也证实 2、转变不完全性原因 领先相F形成→A富碳→相变阻力大 B比容大于A →转变后→机械稳定化 当Bf   Ms时→先转变的M→机械稳定化→不完全性↑ B转变温度↑→转变不完全性↑ 过冷度小→驱动力小 碳容易扩散→柯氏气团多→A稳定性好 二、B等温转变动力学图 C曲线(P135) 存在“鼻子”温度 与P的C曲线可部分重叠，也可以彼此分离 在一个温度区间完成 Bf可以低于Ms(P135)   1、成分 C%↑ →B转变慢 除Co、Al外，其他合金→ B转变慢，Mn、Cr、Ni明显 降低碳在A、F中的扩散速度 降低Bs 碳化物形成元素→形成原子集体→界面迁移困难 2、A晶粒及A化温度 A晶粒粗→转变慢，影响不明显 A化温度高→成分均匀→C再分配难→转变慢 3、应力及塑性变形 拉应力→形核加速（加速扩散、提供形核区） A高温塑性形变→破坏A晶粒取向→ 转变慢 低、中温B区形变→位错↑→扩散通道多→转变快 4、A冷却时不同温度停留 在P与B亚稳定区停留→碳化物析出→加速B形成 在上B区停留→低温区B形成慢；B%↓ 在B低温区或M区停留→部分A转变→产生应力→温度回升B转变区后→加速后续B的转变  §6贝氏体的力学性能  同一强度级别下，B的韧性大于M 连续冷却或等温淬火可以得到B 通常B以混合类型存在 B性能与其形态、粗细、分布、亚结构有关  B的强度 下B高，因为： F板条细 位错密度高 碳化物弥散 C的过饱和度大  B的韧性 下B冲击韧度大于上B 下B的
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