(热处理设备课件）1-5贝氏体相变

美国冶金学家Edgar C. Bain(Sept. 14, 1891 - Nov. 27, 1971) United States Steel Corporation贝氏体 - Bainite,第五章 贝氏体相变,奥氏体：austenite珠光体：pearlite马氏体：martensite贝氏体：bainite铁素体：ferrite渗碳体：cementite,中温转变：550MS 下贝氏体-良好的综合力学性能。,5.1 贝氏体转变的基本特征,1. 贝氏体转变有上、下限温度 在A1以下，MS以上，有一转变的上限温度BS点和下限温度Bf 点，碳钢的BS点约为550。,贝氏体转变产物为相与碳化物的两相混合物，为非层片状组织。相（即贝氏体铁素体BF）形态类似于马氏体而不同于珠光体中的铁素体。,2. 转变产物为非层片状,相变时C扩散重新分配，相长大速度受钢中C的扩散控制，因而很慢。,3. 贝氏体转变通过形核及长大方式进行,通过形核与长大进行，等温转变动力学图是C形。,贝氏体长大时，在平滑试样表面有浮凸现象发生，这说明-Fe可能按共格切变方式长大。,4. 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。,5. 转变的扩散性,碳原子可扩散,铁及合金元素的原子不可扩散,碳原子可在奥氏体中扩散，也可 在铁素体中扩散,6. 转变的晶体学特征,贝氏体形成时，有表面浮凸，位向关系和惯习面接近于马氏体。,铁素体的碳含量一般均为过饱和；过饱和度随形成温度的降低而增加；低于马氏体的过饱和度，,7. 贝氏体铁素体也为碳过饱和固溶体,（1）形成温度范围在贝氏体相变的较高温度区域形成，对于中、高碳钢, 大约在350550 区间。,1. 上贝氏体,5. 2 贝氏体的组织形态,（2）组织形态,其形态在光镜下为羽毛状，也叫羽毛状贝氏体。组织为一束平行的自A晶界长入晶内的BF板条。BF板条与M板条相近，但在铁素体板条之间分布有不连续碳化物。,在贝氏体相变的低温转变区形成，大约在350以下。,2.下贝氏体,（1）形成温度范围,（2）组织形态,贝氏体铁素体呈板条状或透镜片状，形态与片状马氏体很相似。但下贝氏体铁素体中的亚结构为位错，不存在孪晶。片内存在排列整齐的细小碳化物。,在靠近BS的温度处形成，由平行板条铁素体束及板条间未转变的富碳奥氏体组成。,3. 无碳化物贝氏体,5.3贝氏体转变的特点,（1）贝氏体转变速度比马氏体转变速度慢得多。,（2）贝氏体转变的不完全性等温温度降至某一温度时，奥氏体可以全部转变为贝氏体；等温温度即使降到很低的温度，仍不能完全转变，仍有部分奥氏体残留下来。,残留奥氏体在继续保温过程中可能发生的转变：随等温时间延长，残留奥氏体一直保持不变（如4340钢在510等温）；等温温度较高时，残留下来的奥氏体可能转化为珠光体。,（3）可能与珠光体转变或与马氏体转变重叠珠光体转变先于贝氏体转变：贝氏体转变先于珠光体转变：在MsMf温度范围的某一温度并保持恒定后，奥氏体有一部分先转变为马氏体，以后其余部分发生贝氏体转变。,奥氏体中碳含量的增加，转变时需要扩散的原子数量增加，转变速度下降。,5.4 影响贝氏体转变的因素,（一）碳含量及合金元素的影响,除Al、Co外，合金元素都或多或少地降低贝氏体转变速度，同时也使贝氏体转变的温度范围下降，从而使珠光体与贝氏体转变的C曲线分开。,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。,（二）奥氏体晶粒大小和奥氏体化温度的影响,随奥氏体化温度和保温时间的增加，贝氏体转变速度先降后增。,（三）应力和塑性变形的影响,拉应力加快贝氏体转变。 在较高温度的形变使贝氏体转变速度减慢；而在较低温度的形变却使转变速度加快。,（四）冷却时在不同温度下停留的影响,图5-13 冷却时不同温度停留的三种情况, 曲线1：在珠光体相变与贝氏体相变之间的过冷奥氏体稳定区停留，会加速随后的贝氏体转变速度。, 曲线1：,原因：在等温停留时从奥氏体中析出了碳化物，降低了奥氏体中碳和合金元素的浓度，即降低了奥氏体的稳定性，所以使贝氏体转变加速。, 曲线2：在贝氏体形成温度的高温区停留，形成部分上贝氏体，然后再冷至贝氏体相变的低温区，将降低贝氏体转变的速度，即奥氏体发生了稳定化。, 曲线3：先冷至低温，形成少量马氏体或下贝氏体，然后再升至较高温度，则先形成的少量马氏体和下贝氏体将加速随后的贝氏体转变速度。,原因：由于较低温度的预先部分转变使奥氏体点阵发生畸变（或应变），从而加速了贝氏体的成核，即所谓应变促发成核加速了贝氏体的形成。,等温淬火：将奥氏体化的钢淬入温度稍高于Ms点的盐浴或碱浴中，停留一定时间后取出空冷，即可获得下贝氏体组织。优点： 具有良好的综合力学性能淬火应力小，适用于形状复杂及要求较高的小型件。,5.3.3 钢中贝氏体组织的获得,5.5 贝氏体的力学性能,（一）贝氏体的强度,贝氏体的强度随形成温度的降低而提高。, 贝氏体铁素体的粗细（细化强化）形成温度越低，贝氏体铁素体越细，晶界越多，强度越高。,影响贝氏体强度的因素：,碳化物颗粒越小，分布越弥散，贝氏体强度越高。下贝氏体中碳化物颗粒较小，颗粒数量较多，且分布均匀，故下贝氏体的强度高于上贝氏体。 贝氏体形成温度越低，碳化物颗粒越小、越多，强度越高。, 碳化物颗粒大小与分布（弥散强化）, 铁素体过饱和度及位错密度随贝氏体形成温度的降低，BF的碳过饱和度及位错密度均增加，导致强度增加。,贝氏体形成温度越低，强度越高,（二）贝氏体的韧性,在350以上，组织中大部分为上贝氏体时，冲击韧性大大下降。,1. 贝氏体的冲击韧性和脆性转变温度,上贝氏体的韧性大大低于下贝氏体的原因：,上贝氏体由彼此平行的BF板条构成，好似一个晶粒；而下贝氏体的BF片彼此位向差很大，即上贝氏体的有效晶粒直径远远大于下贝氏体。上贝氏体碳化物分布在BF板条间，形成脆性通道。,总之，随着贝氏体形成温度的降低，强度逐渐增加，韧性并不降低，反而有所增加，使下贝氏体具有优良的综合力学性能。,2. 影响冲击韧性的因素,（1）铁素体板条及其束的尺寸 板条越厚，板条束的直径越大，脆性转变温度越高。（2）碳化物的形态及分布上贝氏体：碳化物与铁素体的界面处易于萌生微裂纹病迅速传播。下贝氏体：不易产生裂纹，一旦产生裂纹，又被大量碳化物及高密度位错所阻止。,（3）奥氏体晶粒度上贝氏体：晶粒细化将有助于提高韧性。下贝氏体：细化奥氏体晶粒对韧性的提高不明显。,（1）在较高强度水平，当强度相同时： 下贝氏体淬火+回火钢（2）强度相同时 低碳钢贝氏体回火后板条马氏体 高碳钢中：下贝氏体回火孪晶马氏体（3）工业上，马氏体+贝氏体,3. 贝氏体和马氏体回火组织冲击韧性的对比,较淬火回火组织具有更高的抗疲劳性能； 原因：贝氏体组织有最佳的强韧性配合，疲劳裂纹的产生和扩展都比较困难。具有优良的耐磨性能