热处理原理之贝氏体转变

1、热处理原理之贝氏体转变1 第七章 贝氏体转变 热处理原理之贝氏体转变2 为纪念美国著名冶为纪念美国著名冶 金学家金学家BainBain，中温，中温 转变被命名为贝氏转变被命名为贝氏 体转变，转变所得体转变，转变所得 产物则被称为贝氏产物则被称为贝氏 体。体。 英文英文BainiteBainite，用，用B B 表示表示 热处理原理之贝氏体转变3 7.1 7.1 贝氏体转变的基本特征贝氏体转变的基本特征 B B转变有一个温度范围转变有一个温度范围 B B转变产物是由转变产物是由相与碳化物组成的非层片状机相与碳化物组成的非层片状机 械混合物械混合物 B B转变也是一个形核和长大过程转变也是一个形核

2、和长大过程 B B转变过程中只有碳原子的扩散转变过程中只有碳原子的扩散 B B转变也能产生表面浮凸：转变也能产生表面浮凸：M M是是N N形，形，B B为为V V形形 B B中铁素体具有一定的惯习面，并与母相中铁素体具有一定的惯习面，并与母相A A之间之间 保持一定的晶体学位向关系（分歧重大）保持一定的晶体学位向关系（分歧重大） 热处理原理之贝氏体转变4 B转变的不完全性：一般不能进行到底；通常随转转变的不完全性：一般不能进行到底；通常随转 变温度的升高，转变的不完全程度增大变温度的升高，转变的不完全程度增大 随转变温度升高，转变的不完全程度增大：温度越随转变温度升高，转变的不完全程度增大：温

3、度越 高，高，A与与B之间的自由能差减小，从而使得转变的驱之间的自由能差减小，从而使得转变的驱 动力减小；温度越高，越有利于碳原子的扩散而形动力减小；温度越高，越有利于碳原子的扩散而形 成柯氏气团，从而增强未转变成柯氏气团，从而增强未转变A的热稳定性。的热稳定性。 B转变的不完全：一方面，转变的不完全：一方面，B总是优先在总是优先在A中贫碳区中贫碳区 形成，随着形成，随着B转变量的增加，碳不断向转变量的增加，碳不断向A中扩散而使中扩散而使 得未转变得未转变A中的碳浓度越来越高，从而增加中的碳浓度越来越高，从而增加A的化学的化学 稳定性而使稳定性而使B转变难于进行；另一方面，贝氏体的比转变难于进

4、行；另一方面，贝氏体的比 容比容比A大，产生一定的机械稳定化作用，也不利于大，产生一定的机械稳定化作用，也不利于B 转变的继续进行。转变的继续进行。 热处理原理之贝氏体转变5 珠光体、贝氏体、马氏体转变主要特征珠光体、贝氏体、马氏体转变主要特征 热处理原理之贝氏体转变6 7.2 7.2 贝氏体的组织形态和亚结构贝氏体的组织形态和亚结构 由于由于BF和碳化物的形态与分布情况多变，使和碳化物的形态与分布情况多变，使B显显 微组织呈现为多种形态。据此，通常将微组织呈现为多种形态。据此，通常将B分为：分为： 下贝氏体下贝氏体 上贝氏体上贝氏体 无碳化物贝氏体无碳化物贝氏体 粒状贝氏体粒状贝氏体 反常贝

5、氏体反常贝氏体 柱状贝氏体柱状贝氏体 贝贝 氏氏 体体 上贝氏体、下贝氏上贝氏体、下贝氏 体最常见，粒状贝体最常见，粒状贝 氏体次之，其余的氏体次之，其余的 较为少见。较为少见。 热处理原理之贝氏体转变7 是一种单相组织，由大致是一种单相组织，由大致 平行的平行的F F板条组成，板条组成，F F板条板条 自自A A晶界形成，成束地向晶界形成，成束地向 一侧晶粒内长大，在一侧晶粒内长大，在F F板板 条之间为富碳的条之间为富碳的A A。F F板条板条 较宽、间距较大，随转变较宽、间距较大，随转变 温度下降，温度下降，F F板条变窄、板条变窄、 间距缩小。间距缩小。 无碳化物贝氏体无碳化物贝氏体

6、形成温度范围形成温度范围 在在B转变的最高温度范围内形成。转变的最高温度范围内形成。 组织形态组织形态 热处理原理之贝氏体转变8 晶体学特征及亚结构晶体学特征及亚结构 无碳贝氏体形成时也具有浮凸效应，其铁素体的无碳贝氏体形成时也具有浮凸效应，其铁素体的 惯习面为惯习面为111，位向关系为，位向关系为KS关系；关系； 亚结构：铁素体内有一定数量的位错。亚结构：铁素体内有一定数量的位错。 在在F F板条之间的板条之间的富碳富碳 A，在随后的冷却过，在随后的冷却过 程中可能转变为程中可能转变为P、 B、M或保持不变。或保持不变。 所以说无碳化物贝氏所以说无碳化物贝氏 体不能单独存在。体不能单独存在。

7、 热处理原理之贝氏体转变9 在在B B转变区的较高温度范围内形成，对于中、高碳转变区的较高温度范围内形成，对于中、高碳 钢约在钢约在350350550550范围内形成，所以上贝氏体也范围内形成，所以上贝氏体也 称高温贝氏体。称高温贝氏体。 上贝氏体上贝氏体 形成温度范围形成温度范围 上贝氏体是一种两相上贝氏体是一种两相 组织，是由条状组织，是由条状相相 与粒状和条状碳化物与粒状和条状碳化物 组成的非层片状机械组成的非层片状机械 混合物混合物。 组织形态组织形态 热处理原理之贝氏体转变10 成束的大致平行的成束的大致平行的相板条，自相板条，自A A晶粒晶界的一侧晶粒晶界的一侧 或两侧向或两侧向A

8、 A晶粒内部长大，晶粒内部长大，粒状或条状粒状或条状渗碳体渗碳体( (有时有时 还有残余还有残余A)A)分布于分布于相板条之间，整体呈羽毛状。相板条之间，整体呈羽毛状。 热处理原理之贝氏体转变11 F F的惯习面为的惯习面为111111 ，位向关系接近于 ，位向关系接近于K KS S关系关系; ; 亚结构为位错，位错密度较高，能形成缠结。亚结构为位错，位错密度较高，能形成缠结。 碳含量：随碳含量的增加，碳含量：随碳含量的增加，B B上 上中的 中的相板条更多、相板条更多、 更薄，渗碳体的形态由粒状、链球状转变为短杆更薄，渗碳体的形态由粒状、链球状转变为短杆 状，渗碳体数量增多，不但分布于状，渗

9、碳体数量增多，不但分布于相之间，而相之间，而 且可能分布于各且可能分布于各相内部。相内部。 形成温度：随形成温度的降低，形成温度：随形成温度的降低，相变薄，渗碳相变薄，渗碳 体更小，且更密集。体更小，且更密集。 影响影响B上 上组织形态的因素 组织形态的因素 晶体学特征及亚结构晶体学特征及亚结构 热处理原理之贝氏体转变12 与上贝氏体一样，下贝氏与上贝氏体一样，下贝氏 体也是一种两相组织，由体也是一种两相组织，由 相与碳化物组成。相与碳化物组成。 下贝氏体下贝氏体 形成温度范围形成温度范围 一般在一般在350Ms之间的低温区。之间的低温区。 组织形态组织形态 热处理原理之贝氏体转变13 相的立

10、体形态，呈片相的立体形态，呈片 状或透镜片状，在光学状或透镜片状，在光学 显微镜下呈针状，与片显微镜下呈针状，与片 M M相似。形核部位大多相似。形核部位大多 在在A A晶界上，也有相当晶界上，也有相当 数量位于数量位于A A晶内。晶内。 碳化物为碳化物为CemCem或或-碳化物，碳化物呈细片状或颗粒碳化物，碳化物呈细片状或颗粒 状，排列成行，约以状，排列成行，约以55556060角度与角度与B下 下的长轴相 的长轴相 交，并且仅分布在交，并且仅分布在F F片内部。片内部。 钢的化学成份、钢的化学成份、A A晶粒度和均匀化程度，对晶粒度和均匀化程度，对B下 下的组织 的组织 形态影响较小。形态

11、影响较小。 热处理原理之贝氏体转变14 B下 下中 中相相的惯习面比较复杂，的惯习面比较复杂， 有人测得为有人测得为110110 ，有人测得 ，有人测得 为为254254 及 及569569 ； ； B B下 下中 中相与相与A A之间的位向关系之间的位向关系 为为K KS S关系；关系； 亚结构：为位错，无孪晶；亚结构：为位错，无孪晶； B下 下形成时也会产生表面浮凸 形成时也会产生表面浮凸 现象，但形状与现象，但形状与B B上 上不同。 不同。B B上 上 中浮凸大致平行，而中浮凸大致平行，而B B下 下中往往 中往往 相交呈相交呈“”形。形。 晶体学特征及亚结构晶体学特征及亚结构 热处理

12、原理之贝氏体转变15 其组织是由其组织是由F和和 富碳的富碳的A组成组成。 形成温度范围形成温度范围 稍高于稍高于B上 上的形成温度 的形成温度 组织形态组织形态 粒状贝氏体粒状贝氏体 主要存在于低、中碳合金钢中，以一定的速度连续主要存在于低、中碳合金钢中，以一定的速度连续 冷却获得，如正火、热轧后的空冷、焊缝的热影响冷却获得，如正火、热轧后的空冷、焊缝的热影响 区等，后来的研究发现等温也可以形成。区等，后来的研究发现等温也可以形成。 热处理原理之贝氏体转变16 F F呈块状呈块状( (由由F F针片组成针片组成) )； 富碳的富碳的A A呈条状，在呈条状，在F F基体上基体上 呈不连续分布。

13、呈不连续分布。 F F的的C%C%很低，接近平衡状态，很低，接近平衡状态， 而而A A的的C%C%却很高。却很高。 富碳富碳A A在随后的冷却过程中在随后的冷却过程中 可能发生三种不同的转变：可能发生三种不同的转变： l 部分或全部分解为部分或全部分解为F F和碳化物；和碳化物； l 可能部分转变为孪晶片状可能部分转变为孪晶片状M M，形，形 成成“M MA A”组织；组织； l 可能全部保留下来成为残余可能全部保留下来成为残余A A。 热处理原理之贝氏体转变17 可存在于过共析钢中可存在于过共析钢中 形成温度在形成温度在350350稍上稍上 呈现呈现F F夹在两片渗碳体夹在两片渗碳体 中间的

14、组织形态中间的组织形态 反常贝氏体反常贝氏体 热处理原理之贝氏体转变18 一般存在于高碳碳素钢或高碳中合金钢中一般存在于高碳碳素钢或高碳中合金钢中 当温度处于下贝氏体形成温度范围时出现当温度处于下贝氏体形成温度范围时出现 柱状贝氏体柱状贝氏体 F呈放射状，碳化物分布在呈放射状，碳化物分布在F内部；内部； 形成时不产生表面浮凸。形成时不产生表面浮凸。 热处理原理之贝氏体转变19 日本的大森在研究低碳低合金高强钢时发现，在某日本的大森在研究低碳低合金高强钢时发现，在某 些钢中的贝氏体可以明显地分为三类，分别把这三些钢中的贝氏体可以明显地分为三类，分别把这三 类类B B称为第一类、第二类和第三类贝氏

15、体，并用称为第一类、第二类和第三类贝氏体，并用B B 、 、 B B 、 、B B 分别表示。 分别表示。 低碳低合金钢中的低碳低合金钢中的B、B、B B B 约在 约在600600500500之间形成，无碳化物析出；之间形成，无碳化物析出； 热处理原理之贝氏体转变20 B B 约在 约在500500450450之间形成，碳化物在之间形成，碳化物在F F之间析出；之间析出； B B 约在 约在450450MsMs之间形成，碳化物分布在之间形成，碳化物分布在F F内部。内部。 热处理原理之贝氏体转变21 贝氏体转变过程贝氏体转变过程 贝氏体转变的两个基本过程贝氏体转变的两个基本过程 7.3 7.

16、3 贝氏体转变过程及其热力学分析贝氏体转变过程及其热力学分析 B上 上、 、B下 下均是由铁素体和 均是由铁素体和 碳化物组成的复相组织，碳化物组成的复相组织， 因此，贝氏体转变应当包因此，贝氏体转变应当包 含铁素体的成长和碳化物含铁素体的成长和碳化物 的析出这两个基本过程；的析出这两个基本过程； 铁素体是领先相。铁素体是领先相。 下贝氏体下贝氏体 上贝氏体上贝氏体 无碳化物贝氏体无碳化物贝氏体 粒状贝氏体粒状贝氏体 反常贝氏体反常贝氏体 柱状贝氏体柱状贝氏体 贝贝 氏氏 体体 两个基本过程决定了两个基本过程决定了B中两个基本组成相的形态、中两个基本组成相的形态、 分布和尺寸，进而决定整个分布

17、和尺寸，进而决定整个B的组织形态和性能。的组织形态和性能。 热处理原理之贝氏体转变22 奥氏体中碳的再分配奥氏体中碳的再分配 贝氏体贝氏体 铁素体铁素体碳化物碳化物 过冷奥氏体过冷奥氏体 贝氏体贝氏体 必须通过碳的扩散来形成富碳区和贫碳区，必须通过碳的扩散来形成富碳区和贫碳区， 以满足新相形核时所必需的浓度条件以满足新相形核时所必需的浓度条件 低碳相低碳相高碳相高碳相 热处理原理之贝氏体转变23 A点阵常数的点阵常数的 变化对应着碳变化对应着碳 含量的变化，含量的变化， 碳含量增大，碳含量增大， 奥氏体的点阵奥氏体的点阵 常数增大。常数增大。 说明等温处理说明等温处理 过程中贝氏体过程中贝氏体

18、 转变时发生了转变时发生了 碳的再分配。碳的再分配。 等温时等温时B 转变量与转变量与 持续时间持续时间 的关系的关系 等温时残等温时残A 的点阵常数的点阵常数 与持续时间与持续时间 的关系的关系 热处理原理之贝氏体转变24 铁素体铁素体碳化物碳化物贝氏体贝氏体 过冷过冷A必须通过碳的扩散来形成富碳区和贫必须通过碳的扩散来形成富碳区和贫 碳区，以满足新相形核时所必需的浓度条件碳区，以满足新相形核时所必需的浓度条件 低碳相低碳相高碳相高碳相 B中中F的形成及其碳含量的形成及其碳含量 如何形成贝氏体中的铁素体？如何形成贝氏体中的铁素体？ 长期以来有着种种见解长期以来有着种种见解 热处理原理之贝氏体

19、转变25 柯俊等人最早提出的柯俊等人最早提出的BFBF是按切变方式形成的理论是按切变方式形成的理论 持切变机理观点的人认为，持切变机理观点的人认为，BFBF中的中的C C含量是过饱和含量是过饱和 的，其含量与转变温度有关，在某一温度下形成的的，其含量与转变温度有关，在某一温度下形成的 BFBF中中的碳含量，应相当于以该温度为的碳含量，应相当于以该温度为M MS S点的奥氏体点的奥氏体 的含碳量。的含碳量。 奥氏体中贫碳区奥氏体中贫碳区 析出了碳化物析出了碳化物 保温过程保温过程 贝氏体中的铁素体贝氏体中的铁素体 切变方式切变方式 热处理原理之贝氏体转变26 若以亚共析钢为例：若以亚共析钢为例：

20、 当当C0成分的成分的A被过冷到被过冷到 低于低于BS点的点的 t 温度时，温度时， 它已处于它已处于Acm延长线的延长线的 下侧，这意味着碳在下侧，这意味着碳在A 中处于过饱和状态。中处于过饱和状态。 从热力学条件看，碳应具有从从热力学条件看，碳应具有从A中析出的倾向，因此中析出的倾向，因此A 中必将发生碳的再分配，从而形成贫碳区和富碳区。中必将发生碳的再分配，从而形成贫碳区和富碳区。 当贫碳区的碳含量降低到当贫碳区的碳含量降低到MS线以左时，于是便发生马线以左时，于是便发生马 氏体转变，从而形成氏体转变，从而形成BF。 热处理原理之贝氏体转变27 碳化物相的成分和类型碳化物相的成分和类型

21、当钢中当钢中Si较高时，由于较高时，由于Si强烈延缓渗碳体的沉淀，因而在强烈延缓渗碳体的沉淀，因而在 B下 下中很难形成渗碳体，而基本是 中很难形成渗碳体，而基本是-碳化物。在其它钢的碳化物。在其它钢的B下 下 中碳化物为渗碳体与中碳化物为渗碳体与-碳化物的混合物，或全为渗碳体；碳化物的混合物，或全为渗碳体； 一般地，形成温度越低、持续时间越短，出现一般地，形成温度越低、持续时间越短，出现-碳化物的可碳化物的可 能性越大。能性越大。 碳化物中合金元素的含量碳化物中合金元素的含量钢中合金元素的平均含量。钢中合金元素的平均含量。 碳化物相碳化物相 渗碳体渗碳体-碳化物碳化物 上贝氏体上贝氏体 钢的

22、成分钢的成分 形成温度形成温度 持续时间持续时间 下贝氏体下贝氏体 热处理原理之贝氏体转变28 B B转变的驱动力同样是新旧两相之间的自由能之差转变的驱动力同样是新旧两相之间的自由能之差 贝氏体转变的热力学分析贝氏体转变的热力学分析 贝氏体转变的驱动力贝氏体转变的驱动力 Vd GV GSVG 因而因而B转变不需要转变不需要M转变那样大的过冷度转变那样大的过冷度 B B转变时转变时A A中碳发生了中碳发生了 再分配，使再分配，使F F中碳含量中碳含量 降低导致降低导致F F的自由能降的自由能降 低，从而低，从而GGV V增大增大 B B与与A A的之间的比容差，的之间的比容差， 小于小于M M与

23、与A A之间的比容之间的比容 差，因此差，因此减小减小 热处理原理之贝氏体转变29 B BS S点及其与钢成分的关系点及其与钢成分的关系 Bs点就是点就是A和和B之间的自由能差达到相变所需要的之间的自由能差达到相变所需要的 最小驱动力值时的温度。高于最小驱动力值时的温度。高于Bs点则贝氏体转变不点则贝氏体转变不 能进行。能进行。 上式适用于下列成分的钢：上式适用于下列成分的钢：C=0.10.55%, Cr3.5%, Mn=0.21.7%, Mo1.0%, Ni5%。 钢中碳和合金元素对钢中碳和合金元素对BS点的影响，可用下面的经验点的影响，可用下面的经验 公式表示：公式表示： 钢中加入钢中加入

24、A稳定化元素，将使稳定化元素，将使Bs点降低。点降低。 热处理原理之贝氏体转变30 7.4 7.4 贝氏体转变机理贝氏体转变机理 铁素体铁素体碳化物碳化物贝氏体贝氏体 低碳相低碳相高碳相高碳相 说明说明B相变过程中伴随有碳原子的扩散相变过程中伴随有碳原子的扩散 B B形成时在形成时在 光滑试样表光滑试样表 面产生浮凸面产生浮凸 BFBF与母相与母相A A之间保持第二之间保持第二 类共格关系并具有一定类共格关系并具有一定 的晶体学位向关系的晶体学位向关系 说明说明BF的形成是的形成是M相变相变 热处理原理之贝氏体转变31 因此，一般认为因此，一般认为B相变是相变是M相变加碳原子的扩散。相变加碳原

25、子的扩散。 但为什么在但为什么在MS点以上会有点以上会有M相变发生，这是相变发生，这是B转变转变 机制必须首先回答的问题。目前存在两种假说：恩机制必须首先回答的问题。目前存在两种假说：恩 金金B相变假说和柯俊相变假说和柯俊B相变假说。相变假说。 恩金恩金B B相变假说相变假说 恩金认为恩金认为B B相变属于相变属于M M相变性质，由于在随后等温过相变性质，由于在随后等温过 程中析出碳化物而形成程中析出碳化物而形成B B，于是提出了贫富碳理论，于是提出了贫富碳理论 假说。假说。 该假说认为，在该假说认为，在B B发生之前，发生之前，A A中已经发生了中已经发生了C C原子原子 的扩散与再分布，形

26、成了富碳的扩散与再分布，形成了富碳A A区和贫碳区和贫碳A A区。区。 热处理原理之贝氏体转变32 在相变过程中铁和合金元素的原子都不发生扩散在相变过程中铁和合金元素的原子都不发生扩散 贫碳贫碳A区区富碳富碳A区区 Ms点点 等等 温温 过过 程程 中中 贫碳贫碳A达到达到Ms点点 温度则转变为温度则转变为M M再分解为低再分解为低C 的的F和碳化物所和碳化物所 组成的组成的B 碳化物碳化物贫碳贫碳A区区 转变为转变为M 分解为分解为B 热处理原理之贝氏体转变33 柯俊柯俊B B相变假说相变假说 恩金假说没有解释：恩金假说没有解释：B的形态变化和组织结构等问题的形态变化和组织结构等问题 恩金假

27、说能够解释恩金假说能够解释 贝氏体的形成贝氏体的形成 BS点的意义点的意义 BF的的C%随温度变化而变化随温度变化而变化 Vd GVGSVG 根据相变理论，形成马氏体时系统自由能的变化为根据相变理论，形成马氏体时系统自由能的变化为 根据热力学条件，马氏体相变只有根据热力学条件，马氏体相变只有G为负值，即在为负值，即在 M MS S点以下时才能进行。点以下时才能进行。 热处理原理之贝氏体转变34 那么，在那么，在M MS S点以上温度，以点以上温度，以M M相变机制进行转变的相变机制进行转变的B B 相变是如何满足热力学条件的呢？相变是如何满足热力学条件的呢？ 柯俊认为，在柯俊认为，在M MS

28、S点以上温度时，若相变的进行能够点以上温度时，若相变的进行能够 使使Gv值增大、使值增大、使V值减小，从而使值减小，从而使G达到负值，达到负值， 则则M相变也可以发生。相变也可以发生。 Vd GV GSVG B B转变时转变时A A中碳发生了再分配，中碳发生了再分配， 使使F F中碳含量降低导致中碳含量降低导致F F的自由的自由 能降低，从而能降低，从而GGV V增大增大 B B与与A A的之间的比容差小于的之间的比容差小于M M与与 A A之间的比容差，因此之间的比容差，因此减小减小 此外，形成温度高、长大速度慢、此外，形成温度高、长大速度慢、A强度低，都使强度低，都使A 塑变和共格界面移动

29、所需要克服的阻力减小。塑变和共格界面移动所需要克服的阻力减小。 热处理原理之贝氏体转变35 贝氏体转变包括贝氏体转变包括BFBF的形成以及碳化物的析出。长期的形成以及碳化物的析出。长期 以来，围绕着这两个问题进行着争论。在争论中最以来，围绕着这两个问题进行着争论。在争论中最 主要的是切变机制与台阶机制之争。主要的是切变机制与台阶机制之争。 贝氏体转变的机制贝氏体转变的机制 柯俊最先发现：柯俊最先发现：B B转变与转变与M M转变一样，在形成转变一样，在形成BFBF时也时也 能在抛光表面引起浮凸，以后又发现魏氏铁素体形能在抛光表面引起浮凸，以后又发现魏氏铁素体形 成时也能引起浮凸。成时也能引起浮

30、凸。 据此，认为魏氏铁素体即据此，认为魏氏铁素体即BFBF，BFBF与与M M一样，也是通一样，也是通 过切变机制形成的。过切变机制形成的。 贝氏体转变的切变机制贝氏体转变的切变机制 热处理原理之贝氏体转变36 但由于但由于B B转变时碳原子尚能扩散，这就导致转变时碳原子尚能扩散，这就导致B B转变转变 与与M M转变的不同、以及转变的不同、以及B B组织的多样性。组织的多样性。 热处理原理之贝氏体转变37 在在BFBF形成后，形成后，BFBF中过饱和碳可以通过界面很快进入中过饱和碳可以通过界面很快进入A A 中而使中而使BFBF的碳含量降低到平衡浓度。通过界面进入的碳含量降低到平衡浓度。通过

31、界面进入A A 中的碳也能很快地向中的碳也能很快地向A A纵深扩散，如果纵深扩散，如果A A的含碳量并的含碳量并 不高，不会因为不高，不会因为BFBF的形成而析出碳化物，因此得到的形成而析出碳化物，因此得到 的是的是BFBF及富碳及富碳A A，即无碳化物，即无碳化物B B，也包括魏氏，也包括魏氏F F。 高温范围的转变（无碳化物贝氏体）高温范围的转变（无碳化物贝氏体） 原原A晶界晶界 BF 富碳富碳A A 由于温度高，初形成的由于温度高，初形成的 F F中碳的过饱和度很小，中碳的过饱和度很小， 且碳在且碳在F F和和A A中的扩散能中的扩散能 力均很强。力均很强。 热处理原理之贝氏体转变38

32、通过界面由通过界面由BFBF扩散进入扩散进入A A中的碳原子已不可能向中的碳原子已不可能向A A中中 纵深扩散，尤其是两相邻纵深扩散，尤其是两相邻F F条之间的条之间的A A中的碳更不可中的碳更不可 能向外扩散。故界面附近的能向外扩散。故界面附近的A A，尤其是两，尤其是两F F条之间的条之间的A A 中的碳将随中的碳将随BFBF的长大而显著升高，当超过的长大而显著升高，当超过A A溶解度极溶解度极 限时，将自限时，将自A A中析出碳化物而形成羽毛状的中析出碳化物而形成羽毛状的B B上 上。 。 中温范围的转变（上贝氏体）中温范围的转变（上贝氏体） 在在350350550550的中温范围转的中

33、温范围转 变时，转变初期与高温范围变时，转变初期与高温范围 的转变基本一样，但此时的的转变基本一样，但此时的 温度已比较低，碳在温度已比较低，碳在A A中的中的 扩散已变得困难。扩散已变得困难。 热处理原理之贝氏体转变39 C C在在BFBF中的过饱和度很大，又不能通过界面进入中的过饱和度很大，又不能通过界面进入A A， 只能以碳化物形式在只能以碳化物形式在BFBF内部析出。随着碳含量降低，内部析出。随着碳含量降低， BFBF的自由能将下降以及比容缩小所导致的的自由能将下降以及比容缩小所导致的的下降，的下降， 将使已形成的将使已形成的BFBF片进一步长大而得到片进一步长大而得到B B下 下。

34、。 低温范围的转变（下贝氏体）低温范围的转变（下贝氏体） 在在350350以下转变时，由于温以下转变时，由于温 度低，初形成的度低，初形成的BFBF的的C%C%高，高， 故故BFBF的形态已由板条状转变的形态已由板条状转变 为透镜片状。此时，不仅为透镜片状。此时，不仅C C难难 以在以在A A中扩散，就是在中扩散，就是在BFBF中也中也 难以作较长距离的扩散。难以作较长距离的扩散。 热处理原理之贝氏体转变40 热处理原理之贝氏体转变41 一般认为，在某些低碳钢中出现的粒状一般认为，在某些低碳钢中出现的粒状B B，是由无，是由无 碳化物碳化物B B演变而来的。演变而来的。 当无碳化物当无碳化物B

35、 B针长大到彼此汇合时，剩下的岛状富针长大到彼此汇合时，剩下的岛状富 碳碳A A便为便为BFBF所包围，沿所包围，沿BFBF条间呈条状断续分布。因条间呈条状断续分布。因 钢的碳含量较低，剩余钢的碳含量较低，剩余A A中的碳含量也不超过其溶中的碳含量也不超过其溶 解度极限，故不会析出碳化物，因而形成粒状解度极限，故不会析出碳化物，因而形成粒状B B。 综上所述，不同形态的综上所述，不同形态的BF都是通过切变机制形成的，都是通过切变机制形成的， 只是因为形成温度不同，使只是因为形成温度不同，使BF中的碳脱溶及碳化物中的碳脱溶及碳化物 的形成方式不同而导致的形成方式不同而导致B组织形态的不同。组织形

36、态的不同。 粒状贝氏体的形成粒状贝氏体的形成 热处理原理之贝氏体转变42 为什么为什么B B转变所引起的浮凸不同于转变所引起的浮凸不同于M M转变所引起转变所引起 的浮凸？的浮凸？ 为什么为什么BFBF与与A A之间的晶体学位向关系不同于之间的晶体学位向关系不同于M M与与A A 之间的位向关系？之间的位向关系？ 为什么透镜片状为什么透镜片状BFBF中没有孪晶？中没有孪晶？ 为什么为什么B B下 下中的碳化物的分布与回火 中的碳化物的分布与回火M M中碳化物中碳化物 分布明显不同？分布明显不同？ 按切变机制，按切变机制，BFBF应是片状，但为什么上贝氏体应是片状，但为什么上贝氏体 中中BFBF

37、接近针状？接近针状？ 切变机制存在的问题切变机制存在的问题 热处理原理之贝氏体转变43 AaronsonAaronson等人强调，等人强调，B B是非层状共析反应产物，亦是非层状共析反应产物，亦 即即B B转变是一种特殊的共析反应。他们认为，转变是一种特殊的共析反应。他们认为，B B转变转变 与与P P转变或转变或M M转变不同，是通过台阶机制长大的。转变不同，是通过台阶机制长大的。 贝氏体转变的台阶机制贝氏体转变的台阶机制 台阶的水平面为台阶的水平面为- 的半共格界面，界面的半共格界面，界面 两侧的两侧的与与有一定有一定 的位向关系，在半共的位向关系，在半共 界面上存在着柏氏矢界面上存在着柏

38、氏矢 量与界面平行的刃型量与界面平行的刃型 位错。位错。 热处理原理之贝氏体转变44 界面由位错和台阶组织成。台阶的端面为非共格界面由位错和台阶组织成。台阶的端面为非共格 界面。这样的界面活动能力很高，易于向侧面移界面。这样的界面活动能力很高，易于向侧面移 动而使水平面向上推移。动而使水平面向上推移。 贝氏体长大的台阶机制中，关于台阶的来源，目贝氏体长大的台阶机制中，关于台阶的来源，目 前为止，尚未完全弄清。前为止，尚未完全弄清。 热处理原理之贝氏体转变45 与与P P转变相同，转变相同，B B的等温动力学曲线也具有的等温动力学曲线也具有S S形。形。 B的等温动力学曲线的等温动力学曲线 7.

39、5 7.5 贝氏体转变动力学贝氏体转变动力学 贝氏体转变动力学的特点贝氏体转变动力学的特点 贝氏体转变速度比马氏体转变速度慢很多贝氏体转变速度比马氏体转变速度慢很多 原因：一般认为原因：一般认为B长大速度受碳原子从长大速度受碳原子从F中脱溶速度控制。中脱溶速度控制。 热处理原理之贝氏体转变46 一般一般B B转变量随温度降低最大转变量增加。转变量随温度降低最大转变量增加。等温等温 温度愈高，愈接近温度愈高，愈接近Bs点，等温转变量愈少。点，等温转变量愈少。 贝氏体转变的不完全性贝氏体转变的不完全性 与与P P转变重叠：转变重叠：P P转变在先，转变在先，B B转变在后；转变在后； 与与M M转

40、变重叠：当转变重叠：当M Ms s较高时，在较高时，在M Ms s以下可先形成以下可先形成 一定数量的一定数量的M M，而后发生，而后发生B B转变。转变。 可能与珠光体和马氏体转变重叠可能与珠光体和马氏体转变重叠 B的等温动力学曲线的等温动力学曲线 热处理原理之贝氏体转变47 B B转变的等温形成图也具有转变的等温形成图也具有C C字形，在字形，在B Bs s温度以下，随温度以下，随 等温温度降低，孕育期先减后增，具有一个鼻子；等温温度降低，孕育期先减后增，具有一个鼻子； 对于碳钢，由于对于碳钢，由于P P转变与转变与B B转变转变C C曲线重叠在一起，因曲线重叠在一起，因 此合并成一个此合

41、并成一个C C曲线。曲线。 贝氏体等温形成图贝氏体等温形成图 热处理原理之贝氏体转变48 热处理原理之贝氏体转变49 影响贝氏体转变动力学的因素影响贝氏体转变动力学的因素 碳含量碳含量 合金元素合金元素 奥氏体晶粒大小和奥氏体化温度奥氏体晶粒大小和奥氏体化温度 应力的影响应力的影响 塑性变形的影响塑性变形的影响 冷却在不同温度下的停留冷却在不同温度下的停留 热处理原理之贝氏体转变50 规律：随规律：随A A中碳含量的增中碳含量的增 加，加，B B转变速度下降。转变速度下降。 原因：原因：C C含量高时，形成含量高时，形成 F F核心较困难，需要从核心较困难，需要从F F 中向外排出碳的数量增中

42、向外排出碳的数量增 多，从而增加了多，从而增加了B B的形成的形成 时间。时间。 碳含量的影响碳含量的影响 热处理原理之贝氏体转变51 因此，除因此，除CoCo、AlAl以外，都降低以外，都降低B B转变速度，使转变速度，使B B转变转变 的的C C曲线右移，但作用不如曲线右移，但作用不如C C显著；同时也使显著；同时也使B B转变温转变温 度范围下降，从而使度范围下降，从而使P P与与B B转变的转变的C C曲线分开。曲线分开。 合金元素的影响合金元素的影响 凡是降低凡是降低C C扩散速度、阻碍扩散速度、阻碍F F共格长大、阻碍碳化物形共格长大、阻碍碳化物形 成的元素，都使成的元素，都使B

43、B转变速度下降。转变速度下降。 热处理原理之贝氏体转变52 A A晶粒大小：随晶粒大小：随A A晶晶 粒增大，粒增大，B B转变孕转变孕 期延长，转变速度期延长，转变速度 下降。其原因是由下降。其原因是由 于晶粒大，晶界面于晶粒大，晶界面 积小，形成积小，形成F F核心核心 的几率小，同时碳的几率小，同时碳 的扩散距离长。的扩散距离长。 奥氏体晶粒大小和奥氏体化温度奥氏体晶粒大小和奥氏体化温度 A A化温度：化温度：A A化温度高，晶粒粗大，成份均匀，贫碳化温度高，晶粒粗大，成份均匀，贫碳 区少，这都影响区少，这都影响F F的形核，使的形核，使B B转变的孕育期延长，转变的孕育期延长， 转变速

44、度下降。转变速度下降。 热处理原理之贝氏体转变53 原因：一方面变，形使原因：一方面变，形使A A中的缺陷密度增加，有利于中的缺陷密度增加，有利于C C原原 子的扩散，有利于子的扩散，有利于B B转变的进行；而另一方面，转变的进行；而另一方面，A A形变后形变后 会产生多边化亚结构，破坏了会产生多边化亚结构，破坏了A A晶粒取向的连续性，这对晶粒取向的连续性，这对 BFBF的共格生长是不利的。通常以后者的作用为主。的共格生长是不利的。通常以后者的作用为主。 拉应力使拉应力使B B转变速度增加，尤其对下转变速度增加，尤其对下B B更显著。压更显著。压 应力的作用不清楚。应力的作用不清楚。 应力的

45、影响应力的影响 塑性变形的影响塑性变形的影响 在较高温度在较高温度(1000(1000800)800)范围内对范围内对A A进行塑性变进行塑性变 形，将使形，将使A A向向B B转变的孕育期增长，转变速度下转变的孕育期增长，转变速度下 降，转变的不完全程度增大。降，转变的不完全程度增大。 热处理原理之贝氏体转变54 在在P P与与B B转变区之间的亚稳定转变区之间的亚稳定 区域内停留会加速随后的区域内停留会加速随后的B B 转变。转变。 在较低温度在较低温度(350(350300)300)范围内对范围内对A A进行塑性变形进行塑性变形 将加速将加速B B的形成。的形成。 原因：原因：A A晶体

46、缺陷密度更大，促进晶体缺陷密度更大，促进C C的扩散，并且的扩散，并且 形变会使形变会使A A中的应力增加，有利于中的应力增加，有利于BFBF按按M M型转变机型转变机 制形成，结果使制形成，结果使B B转变速度加快。转变速度加快。 冷却在不同温度下停留冷却在不同温度下停留 原因：停留过程中原因：停留过程中A析出碳析出碳 氮化物，降低了氮化物，降低了A的稳定性的稳定性 热处理原理之贝氏体转变55 在高温区先进行部分上在高温区先进行部分上B B转变，将会使低温区下转变，将会使低温区下B B 的转变速度降低，孕育期延长，不完全程度增大的转变速度降低，孕育期延长，不完全程度增大. . 原因：可能是一

47、种原因：可能是一种A的稳定化现象，还不十分清楚的稳定化现象，还不十分清楚 热处理原理之贝氏体转变56 先在低温区形成少量先在低温区形成少量M M或下或下B B，将促进后续高温区，将促进后续高温区 的的B B形成，转变速度加快。形成，转变速度加快。 原因：可能是因为原因：可能是因为 在较低温度下进行在较低温度下进行 部分部分M M和下和下B B转变时，转变时， 所产生的应力会促所产生的应力会促 进以后在较高温度进以后在较高温度 下进行下进行B B转变的晶核转变的晶核 的形成。的形成。 热处理原理之贝氏体转变57 一般来说：一般来说： B B下 下的强度较高， 的强度较高， 韧性也较好；韧性也较好； B B上 上的强度低，韧 的强度低，韧 性差。性差。 7.6 7.6 贝氏体的力学性能贝氏体的力学性能 B的力学性能决定于其组织形态，但组织又受多种的力学性能决定于其组织形态，但组织又受多种 因素影响，所以对因素