固态相变 网络课件4.doc

第四章 贝氏体相变第一节 贝氏体(B)转变的基本特征一.贝氏体转变温度范围 在A1以下，MS以上，有一转变的上限温度BS和下限温度Bf，碳钢的BS约为550左右。二.贝氏体转变产物 一般地，贝氏体转变产物为相与碳化物的二相混合物，为非层片状组织。相形态类似于M而不同于珠光体中的F。三.转变动力学 由形核与长大完成，等温转变动力学图是C形。四.转变的不完全性 转变结束时总有一部分未转变的A，继续冷却AM，形成B+M+AR组织，其中AR为残余A。五.扩散性 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。六.晶体学特征 贝氏体形成时，有表面浮突，位向关系和惯习面接近于M。总之，贝氏体转变的某些特征与P相似，某些方面又与M相似。第二节 贝氏体组织形态和晶体学贝氏体有下列主要的组织形态：一.无碳化物贝氏体 在靠近BS的温度处形成这种贝氏体，是由F+A组成。是在A晶界上形成了F核后，向晶内一侧成束长大，形成的平行的板条束，条间为富碳的A，板条宽度随转变温度下降而变窄。继续冷却，A可能转变为M，P，B (其他类型)或保留至室温。F条形成时在抛光表面会形成浮凸。B与A的位向关系为K-S关系，惯习面为111A。二.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(见图4-2-1)。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(见图4-2-1)。F内亚结构为位错，惯习面为111A，与A之间的位向接近K-S关系，碳化物惯习面为227 A，与A有确定位向关系。三.下贝氏体B下 在B转变的低温转变区形成，大致在350，组织为(F+碳化物)的二相混合物。F的形态与A碳含量有关：碳量低时呈板条状(见图4-2-2)。碳量高时，呈片状(见图4-2-2)。片内存在细小碳化物，呈短杆状与F的长轴成55-60度，成分为Fe3C或Fe2-3C。四.粒状贝氏体 在一定的冷速范围内连续冷却得到的，组织为(F+A)的二相混合物。其形态为F基体上分布着小岛状的A(见图4-2-3)。富碳的A小岛在随后的冷却过程中有三种可能：第三节 贝氏体转变动力学一.贝氏体等温转变动力学曲线 贝氏体等温转变动力学曲线也呈S形，但与珠光体转变不同，贝氏体等温转变不能继续到终了。根据贝氏体转变动力学曲线，可作出等温转变动力学图，如图4-3-1。可见，此动力学图也呈C形。转变在BS温度以下才能实行，转变速度先增后减。近年来，由于测试灵敏度的提高，人们发现贝氏体转变的C曲线是由二个独立的曲线，即上贝氏体转变和下贝氏体转变合并而成，如图4-3-2。 二.转变时碳的扩散 贝氏体转变时，由于温度较高，会存在碳原子的扩散。根据钢中含碳量的不同，A中碳量(或点阵参数)会随时间的不同而发生不同的变化，如图4-3-3。由上图可见，对于中碳钢，在等温转变孕育期期间，奥氏体的碳含量已经有了明显的提高，这意味着在奥氏体中已出现了局部小范围的低碳区，为形成低碳的贝氏体铁素体作好了准备。以后随贝氏体转变的进行，奥氏体碳含量不断升高。由图b可见，碳含量为1.18%时，在孕育期及转变初期，奥氏体碳含量基本不变，以后随着转变的进行，奥氏体碳含量显著下降，这是因为自奥氏体中析出了碳化物。当碳含量高达1.39%时，由图c可见，在孕育期，奥氏体碳含量就有了明显的下降，这表明，等温一开始就自奥氏体析出了碳化物。三.影响贝氏体转变的动力学的主要因素 1.碳含量的影响 A中碳含量的增加，转变时需扩散的原子量增加，转变速度下降。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。第四节 贝氏体转变热力学及转变机制一.贝氏体转变热力学 贝氏体转变可有三种可能：(1)奥氏体分解为平衡浓度的+Fe3C，即+Fe3C(2)奥氏体先析出先共析铁素体，即+1,1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(过饱和)，然后分解成Fe3C及低饱和度，即(过饱和)，+ Fe3C，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1和都是热力学不稳定的，最终要分解为平衡相和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1扩散方式进行。 二.贝氏体转变过程 1.无碳化物贝氏体 (高温范围转变)，组织为F+A(富碳)。 (1) A中形成贫碳及富碳区，首先是在贫碳区形成F核；(2)由于转变温度较高，碳原子可在F中越过F/A界面向A扩散，直至达到平衡浓度； (3) A，F界面上的碳原子向A中远离界面处扩散；(4)继续形成F核，并长大成条；(5) A继续富化，当达到Fe3C浓度时会析出Fe3C，在继续冷却或保温过程中A也能发生转变，成为P、M、其它类型B或保留至室温成为残余奥氏体AR。整个过程可见图4-4-1a。2.上贝氏体转变 (中温范围转变，在350550之间)，组织为F+ Fe3C。(1)在A中贫碳区形成F核；(2)碳越过F/A界面向A扩散；(3)由于温度降低，碳不能进行远程扩散，而在A界面附近堆积， 形成Fe3C；(4)同时F长大，形成羽毛状上贝氏体。 可见,上贝氏体的转变速度受碳在A中扩散控制。 整个过程可见图4-4-1b。 3下贝氏体转变 (低温范围转变，低于350) (1)在贫碳区形成F核，具有过饱和的碳；(2)由于温度低，碳原子不能越过F/A界面扩散至A中；(3)碳原子在F内扩散； (4)在F内一定晶面上析出Fe3C，以降低能量,同时铁素体长大。可见,下贝氏体转变速度受碳在F中的扩散所控制。整个过程可见图4-4-1c。冷却过程中的几种转变的主要特征见下表。第五节 贝氏体的力学性能一.贝氏体的强度(硬度) 一般地，贝氏体的强度随形成温度的降低而提高,如图4-5-1。贝氏体的硬度与形成温度的关系与此相似。影响贝氏体强度的因素：(1)F条(片)的粗细：F条(片)越细，晶界越多，贝氏体强度越高。由于F条(片)的粗细决定于形成温度，也可认为，形成温度越低，条(片)越细，强度越高。 (2)碳化物质点的大小与分布：根据弥散强化理论，碳化物颗粒愈小，分布越弥散，贝氏体强度越高。下贝氏体中碳化物颗粒小，颗粒量多，故下贝氏体强度高于上贝氏体。贝氏体形成温度愈低时，碳化物颗粒愈小、越多，强度越高。 (3) F的过饱和度，位错亚结构密度：贝氏体形成温度低时，碳原子不易通过界面扩散，F的过饱和增加，位错密度增加，强度增加。 总之，贝氏体形成温度越低，强度越高。 二.贝氏体的韧性 在350以上时，组