固态相变-第四章

第四章贝氏体相变p148 第一节贝氏体 B 转变的基本特征一 贝氏体转变温度范围二 贝氏体转变产物三 转变动力学四 转变的不完全性贝氏体等温转变量视转变温度而定五 扩散性六 晶体学特征 第二节贝氏体组织形态和晶体学一 无碳化物贝氏体P149在靠近BS的温度处形成这种贝氏体 是由F A组成 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 BF与A的位向关系为K S关系 惯习面为 111 A 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350 550 区间 组织为 F 碳化物 的二相混合物 光镜下为羽毛状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 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 BF内亚结构为位错 惯习面为 111 A 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 碳量高时 呈片状 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 区分哪些在光镜下观察 哪些在电镜下观察 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 富碳的A小岛在随后的冷却过程中有三种可能 分解为F与碳化物 转变为M 以A态保留至室温 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 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 二 转变时碳的扩散有研究测得了不同碳含量的钢在某一温度下贝氏体等温转变动力学曲线以及与之对应的奥氏体点阵常数的变化 即奥氏体碳含量的变化 碳含量 0 48 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 随贝氏体转变的进行 奥氏体碳含量不断升高 孕育期 碳含量 1 18 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 孕育期 碳含量 1 39 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 贝氏体转变时 由于温度较高 会存在碳原子的扩散 根据基体碳含量不同 扩散情况不同 孕育期 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 奥氏体化时间越长 转变速度先降后增 G GV V 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 相变驱动力最大 以切变方式进行 驱动力为180J mol 而在BS时相变的阻力在600J mol以上 计算表明 后两种情况不可能 即 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 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 贫碳区F形核 碳向A中扩散可远离界面 温度高碳越过界面扩散可至平衡浓度 C F长大 F继续形核 A富化析出渗碳体 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 2 上贝氏体转变 中温范围转变 在350 550 之间 组织为F Fe3C 贫碳区F形核 C 温度较高碳越过界面扩散可至平衡浓度 碳不能远程扩散界面堆积析出Fe3C F长大呈羽毛状 上贝氏体的转变速度受碳在A中扩散控制 3下贝氏体转变 低温范围转变 低于350 贫碳区F形核碳过饱和 温度低碳不能越过界面在F内部扩散 F长大 一定晶面上析出Fe3C 降低能量 下贝氏体转变速度受碳在F中的扩散所控制 珠光体 贝氏体 马氏体转变主要特征 第五节贝氏体的力学性能P236一 贝氏体的强度 硬度 贝氏体的强度随形成温度的降低而提高 如图 贝氏体的硬度与形成温度的关系与此相似 影响强度的因素 F条 片 的粗细 2 碳化物质点的大小与分布 3 F的过饱和度 位错亚结构密度 形成温度越低 条 片 越细 强度越高原因 F条 片 越细 晶界越多 贝氏体强度越高形成温度愈低时 碳化物颗粒愈小 越多 强度越高原因 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 形成温度低时 过饱和度增加 强度增高原因 贝氏体形成温度低 碳原子不易通过界面扩散 F的过饱和度随之增加 位错密度增加 强度增加 因此 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 组织中大部分为上贝氏体时 冲击韧性会大大下降 如图 原因 脆性Fe3C分布于F条间 造成脆性通道 2 上贝氏体的有效晶粒直径远大于下贝氏体 上贝氏体由彼此平行的F条构成 好似一个晶粒 而下贝氏体铁素体片彼此位向差很大 能看作一个晶粒的部位尺寸很小 上贝氏体 上贝氏体 40Cr钢的化学成分 AC1 723 25Si 7Mn 15Cr 40Mo 15Ni 30W 50V AC3 854 180C 44Si 14Mn 1 7Cr 17 8Ni 判定40Cr不同温度淬火后的组织 习题 亚共析钢不同温度加热 淬火后的硬度变化 根据经验公式AC1 742 AC3 783 答案 20钢 940 加热 淬冰盐水组织 M 12钢 780 加热 淬火组织 M Fe3C T8钢