贝氏体的形成

1、 职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库金属材料与热处理课程贝氏体的形成主讲教师：张恩耀西安航空职业技术学院贝氏体的形成一、贝氏体的组织形态贝氏体的组织形态随钢的化学成分及形成温度的变化而变化。贝氏体按组织形态的不同区分为无碳化物贝氏体，上贝氏体，下贝氏体，粒状贝氏体以及柱状贝氏体等。由于目前对贝氏体的组织形态的划分还没有统一的标准，所以还有一些其它贝氏体形态的报导。这里仅对最主要的无碳化物贝氏体，上贝氏体，下贝氏体以及粒状贝氏体等的组织形态进行讨论。 1.无碳化物贝氏体（B无） 无碳化物贝氏体在贝氏体转变的最高温度范围内形成，由板条铁素体束及未转变的奥氏体组成，在铁素体

2、之间为定富碳的奥氏体，铁素体与奥氏体内均无碳化物析出，故称为无碳化物贝氏体，是贝氏体的一种特殊形态。无碳化物贝氏体是一种单相组织，由大致平行的铁素体板条组成。铁素体板条自奥氏体晶界处形成，成束地向一侧晶粒内长大，铁素体板条较宽，板条之间的距离也较大。随着贝氏体的形成温度降低，铁素体板条变窄，板条之间的距离也变小。在铁素体板条之间分布着富碳的奥氏体。 富碳的奥氏体在随后的等温和冷却过程中还会发生相应的变化，可能转变为珠光体、其它类型的贝氏体或马氏体，也有可能保持奥氏体状态不变。所以说无碳化物贝氏体是不能单独存在的。2.上贝氏体（B上） 上贝氏体在贝氏体转变区的较高温度区域内形

3、成，对于中、高碳钢，上贝氏体大约在350550之间形成。因其形成在转变区的高温区，所以称为上贝氏体。 上贝氏体是一种两相组织，由铁素体和渗碳体组成。成束大致平行的铁素体板条自奥氏体晶界向一侧或两侧奥氏体晶内长入。渗碳体（有时还有残余奥氏体）分布于铁素体板之间，整体在光学显微镜下呈羽毛状，故可称上贝氏体为羽毛状贝氏体。3.下贝氏体（B下） 下贝氏体在贝氏体转变区域的低温范围内形成。下贝氏体大约在350以下形成。碳含量低时，下贝氏体形成温度有可能高于350。下贝氏体也是一种两相组织，是由铁素体和碳化物组成，但铁素体的形态及碳化物的分布均不同于上贝氏体。4.粒状贝氏体粒状贝氏体块状铁素体基

4、体和富碳奥氏体区所组成。由于其中的富碳奥氏体区一般呈颗粒状，因而得名。实际上富碳奥氏体区一般呈小岛状、小河状等，形状是很不规则，在铁素体基体呈不连续平行分布。5.反常贝氏体     这类贝氏体出现在过共析钢中，形成温度在350稍上，以渗碳体为领先相。6.柱状贝氏体  柱状贝氏体一般在高碳钢碳素钢或高碳中合金钢中，当等温温度处于下贝氏体形成温度范围时出现，在高压下，柱状贝氏体可在中碳钢中形成。二、贝氏体的转变特点1.贝氏体转变温度范围 对应于珠光体转变的A1点及马氏体转变的MS点，贝氏体转变也有一个上限温度BS点。奥

5、氏体必须过冷到BS以下才能发生贝氏体转变。合金钢的BS点比较容易测定，碳钢的BS点由于有珠光体转变的干扰，很难测定。贝氏体转变也有一个下限温度Bf点，但Bf与Mf无关，即，Bf可以高于MS，也可以低于MS。2.贝氏体转变产物 与珠光体转变一样，贝氏体转变产物也由相与碳化物组成的两相机械混合物，但与珠光体不同，贝氏体不是层片状组织，且组织形态与转变温度密切相关，其中包括相的形态、大小以及碳化物的类型及分布等均随转变温度而异，就相形态而言，更多地类似于马氏体而不同于珠光体。因此，Hehemann称贝氏体为铁素体与碳化物的非层状混合组织。Aaronson则称之为非层状共析反应产物或非层状珠

6、光体变态。可以看出，Aaronson强调的是贝氏体转变与珠光体转变一样，都是共析转变，只是因为转变温度不同而导致转变产物的形态不同。需要特别指出，在较高温度范围内转变时所得的产物中虽然无碳化物而只有相，但从转变机制考虑，仍被称为贝氏体。3.贝氏体转变动力学 贝氏体转变也是一个形核及长大的过程，可以等温形成，也可以连续冷却形成。贝氏体等温形需要孕育期，等温转变动力学曲线也呈S形，等温形成图也具有“C”字形。应当指出，精确测得的贝氏体转变的C曲线，明显地是由两条C曲线合并而成的，这表明，中温转变很可能包含着两种不同的转变机制。4.贝氏体转变的不完全性 贝氏体等温转变一般不能进行

7、到底，在贝氏体转变开始后，经过一定时间，形成一定数量的贝氏体后，转变会停下来。换言之，奥氏体不能百分之百地转变为贝氏体。这种现象被称为贝氏体转变的不完全性，也称为贝氏体转变的自制性。通常随着温度的升高，贝氏体转变的不完全程度增大。未转变的奥氏体，在随后的等温过程中，有可能发生珠光体转变，称之为二次“珠光体转变”。 5.贝氏体转变的扩散性 由于贝氏体转变是在中温区，在这个温度范围内尚可进行原子的扩散，因此，贝氏体转变中存在着原子的扩散。一般认为，在贝氏体转变过程中，只存在着碳原子的扩散，而铁及合金元素的原子是不能发生扩散的。碳原子可以在奥氏体中扩散，也可以在铁素体中扩散。由此

8、可见，贝氏体转变的扩散性是指碳原子的扩散。 6.贝氏体转变的晶体学 在贝氏体转变中，当铁素体形成时，也会在抛光的试样表面上产生“表面浮凸”。这说明铁素体的形成同样与母相奥氏体的宏观切变有关，母相奥氏体与新相之间维持第二类共格（切变共格）关系，贝氏体中的铁素体与母相奥氏体之间存在着一定的惯习面和位向关系。7.贝氏体中铁素体的碳含量 贝氏体中铁素体的碳含量一般也是过饱和的，而且随着贝氏体形成温度的降低，铁素体中碳的过饱和程度越大。 由上述主要特征可以看出，贝氏体转变在某些方面与珠光体转变相类似，而要某些方面又与马氏体转变相类似。三、贝氏体的转变过程1.高温范

9、围的转变在较高温度范围内，碳过饱和度较小，贝氏体铁素体形成后，过饱和的碳可以通过界面迅速进入奥氏体，并迅速向纵深扩散。若奥氏体的碳含量不高，不会析出碳化物，于是得到贝氏体铁素体及碳富化的奥氏体，即无碳化物贝氏体。2.中间温区的转变界面附近的奥氏体中的碳含量将伴随着贝氏体铁素体的生长而显著升高，当奥氏体中析出碳化物，形成羽毛状上贝氏体。3.低温范围的转变初形成的贝氏体铁素体过饱和度较大，形态由板条转变为凸透镜片状。四、影响贝氏体转变的因素1.碳的影响 随奥氏体中碳含量的增加，贝氏体转变速度下降。这是因为碳含量高，形成贝氏体时需要扩散的碳原子量增加。 2.合金元素的影响

10、0;除了Co、Al能加速贝氏体转变以外，其他合金元素如Mn、Cr、Ni等都会延缓贝氏体转变，不过作用均不如C显著。Si的作用更弱。Mo对奥氏体分解为珠光体有强烈的抑制作用，但对奥氏体分解为贝氏体却影响甚小，故使过冷奥氏体等温转变图的珠光体转变部分显著右移，而贝氏体转变部分却和碳钢的相近。结果使钢经奥氏体化后在连续冷却时（如正火后）即可获得贝氏体组织。B（硼）能降低奥氏体的晶界能，抑制先共析铁素体晶核的形成。所以有人把“0.5%Mo加微量B”作为低碳贝氏体钢的基本成分，国产低碳贝氏体钢14CrMnMoVB和12MnMoVB钢等大体上也是按照这个思想设计的。 至于多种合金元素的复合影响，

11、尚待进一步研究。一般说来，合金元素由于影响C在奥氏体和铁素体中的扩散速度，从而影响贝氏体的转变速度；同时，合金元素影响了体积（化学）自由能与温度之间的关系，从而提高或降低BS温度。 3.奥氏体晶粒大小和奥氏体温度的影响 一般来说，随奥氏体晶粒增大，贝氏体转变孕育期增长，转变速度减慢。随奥氏体温度升高，贝氏体转变速度先降后增。奥氏体化时间对贝氏体转变也有类似影响，亦即时间延长先降后增。4.应力的影响 拉应力能使贝氏体转变加速。5.塑性变形的影响 试验证明塑性变形对贝氏体转变的影响较为复杂。变形程度和变形温度都是有影响的，其中以变形温度的影响为最大。变形温度

12、的影响可以分为两种不同的情况：（1）在较高温度（1000800）范围内对奥氏体进行塑性变形，将使奥氏体向贝氏体转变的孕育期增长，转变速度减慢，转变的不完全程度增加；（2）在较低温度（350300）范围内对奥氏体进行塑性变形，则结果正好与之相反。 6.冷却时在不同温度下停留的影响1）在珠光体-贝氏体之间的亚稳区域进行等温停留会加速随后的贝氏体形成速度。这可能是由于在等温停留过程中自奥氏体中析出了碳化物，降低了奥氏体稳定性。2）过冷奥氏体在贝氏体形成温度区的高温区停留，形成部分上贝氏体后再冷至低温区域，则先形成的少量贝氏体将会降低下贝氏体转变速度。 3）先冷至低温形成少量马氏体或下贝氏体然后再升至

13、较高温度。则先形成的马氏体及少量贝氏体可以使随后的贝氏体转变速度加快。五、贝氏体的力学性能贝氏体的力学性能主要取决于其组织形态。一般来说，下贝氏体强度高，韧性好。而上贝氏体强度低，韧性差些。1.贝氏体的强度1）贝氏体铁素体条片越小，其强度越高。贝氏体条片的大小主要取决于贝氏体的形成温度。形成温度越低，贝氏体铁素体条片越小，贝氏体铁素体内的位错密度越高，因而强度越高。 2）根据弥散强化理论，碳化物颗粒直径越小，数量越多，强度越高。下贝氏体的碳化物颗粒细小，呈碳化物弥散分布于贝氏体铁素体的针片上，所以下贝氏体强度高。而上贝氏体中碳化物颗粒较为粗大，呈不连续的短棒状分别在铁素体条片间，分布不均匀，因此上贝氏体脆性大，强度低。3）溶质元素固溶强化。贝氏体铁素体的过饱和度主要受形成温度的影响，形成温度越低，碳的过饱和度就越大，其强度和硬度增高，但韧性和塑性降低较少。4）位错密度。贝氏体铁素体的亚结构主要是缠绕位错。随相变温度降低，位错密度增大，强度和韧性增