碳钢中贝氏体转变及性能分析

1、碳钢中贝氏体转变与性能分析姓名：施海龙班级：0919001学号：1091900119摘要：碳钢中贝氏体是过冷奥氏体在中温区域分解的产物，贝氏体转变是钢经奥氏体化后，过 冷到珠光体转变和马氏体转变zi'可的中温区域发生的，故称为屮温转变。这种转变的动力学 特征和产物的组织性能兼具有扩散性转变和非扩散型转变的特征。并且，贝氏体常常具有优良的综合力学性能，其强度和韧性都比较高。并具有较高的耐 磨性、耐热性和抗回火性。一、成份、相、结构、组织贝氏体珠光体马氏体成分含有fe和c两种合金元素。c%有一定的范 围。含有fe和 c两种合 金元素。c% 二 0.77%含有fe和c两种合金元 素。c%有一

2、定的范围。相含有两相，分别是铁素体和渗碳体。含有两 相，分別 是铁素体 和渗碳 体。含有一相，马氏体m结构铁素体是体心立方铁素体是 体心立方体心正方渗碳体是斜方复杂结构渗碳体是 斜方复杂 结构(亚结构)铁素体为位错铁素体为 位错板条状片状位错李晶组织上贝氏体下贝氏体无碳化物 贝氏体铁素体片 与渗碳体 fegc片交 替堆叠而 成。板条状片状平行的过饱 和条状铁素 体及夹于其 间的断续条 状渗碳体(fe3c)的混 合物。过饱和的片状 铁素体和其内 部沉淀的渗碳 体(fe3c )的 混合物。平行的国 宝的条状 铁素体及 夹t*其间 的富碳奥 氏体的混 合物。板条束、板 条块，稠密 的板条体 及夹t-

3、 k 间的连续 的高度变 形的残余 奥氏体c相互间成 一定角度 的马氏体 片，初牛者 贯穿整个 晶粒，次生 者小。mstopo 書-ml二.转变热力学条件下图是奥氏体、珠光体、贝氏体、马氏体不同温度时对应的口由能。从图中可以看出贝 氏体的口由能曲线正好介丁珠光体和马氏体z间，这一特点影响直接影响着贝氏体转变的特 点。bsboan ai温度，9驱动力阻力贝氏体转变与母相的体积自山能差4g新相表面能、母相与转变产物 因比容不同而产主的应变能、 维持贝氏体与奥氏体之间的 共格关系的弹性应变能。珠光体转变与母相的体积自山能差4g新相表面能、母相与转变产物 因比容不同而产生的应变能。马氏体转变与母相的体

4、积自由能差ag新相表面能、母相与转变产物 因比容不同而产生的应变能、 维持贝氏体与奥氏体z间的 共格关系的弹性应变能。三.动力学及影响因素贝氏体珠光体马氏体等温转变图“c”型曲线“c”型曲线转变与其它相重叠高温转变时与珠光体转 变重叠,低温转变时与马 氏体转变重叠。低温转变时与贝氏体转 变重叠。高温转变时与贝氏 体转变重叠。动力学曲线具有扩散型相变特点。开 始阶段形成速度较小，继 而迅速增人，转变量达到 某一范围时，形成速度趋 于定值，随后乂逐渐减 小。典型“s”曲线，开始阶 段形成速度较小，随着 时间增长，转变速度越 来越人，转变量超过50% 时速度乂逐渐降低，直 至转变完成。到温即转变。影

5、响因素影响因索影响机理珠光体1.碳含量亚共析钢中碳含量增高，珠光体育孕期增长，析出速度减慢过共析钢中碳含量增高，珠光体育孕期缩短，析出速度增人2.奥氏体成份的 均匀性和过剩向 溶解情况奥氏体成分不均匀和未溶碳化物加速珠光体转变速度3 .奥氏体晶粒度奥氏体晶粒细小，单位体积内晶界面积增大，珠光体成核部位增大，转变 速度加快4.奥氏体化温度 和时间提高奥氏体化温度和延长保温时间减少了成核速率和长大速度，延迟了珠 光体转变5.应力和犁性变 形拉应力加速珠光体转变 压应力减慢珠光体转变6.合金元素mo ni mn si增大过冷奥氏体的稳定性，减慢了转变速度。co减小过冷奥氏休的稳定性，加快转变速度。v

6、 ti zr nb ta在钢屮形成难熔碳化物，如在加热时能够溶入奥氏 体中则增大奥氏体的稳定性，降低转变速率。如果 加热时不能完全溶入奥氏体中时则作川相反。b钢中加入微量的b可以抑制珠光体的形成贝氏体1.化学成份1、加入c、mn、ni等稳定奥氏体的元素，降低了相变驱动力，从而降低 了形核率和长大速度，减慢贝氏体转变速度2、加入cr、mo. w、等形成碳化物的元素，使碳在奥氏体中扩散速度降 低，进而减慢贝氏体转变速度3、不形成碳化物而乂降低奥氏体稳定性的元索可以加速贝氏体的形成2.奥氏体晶粒度奥氏体晶粒越人，转变速度越慢3.奥氏体化温度提高奥氏体化温度，转变速度减慢4.转变温度转变温度降低，长大

7、速度降低5 应力和塑性变 形拉应力使贝氏体转变加速较高温度下对奥氏体进行变形，减慢贝氏体转变速度，较低温度下变形， 加快转变速度6.奥氏体冷却时 在不同温度停留 及以及部分发生 相变在珠光体与贝氏体转变区域之间稳定 区域停留500度以上停留加速随后在较低 温度贝氏体的转变在贝氏体转变区域上部停留对较低温 度贝氏休转变的影响在较高温度停留或部分发牛贝氏 休转变降低以后在低温进行的贝 氏体传变。在贝氏体转变区域下部或ms点稍下部 分发牛转变对随后在鮫高温度的贝氏 体的转变影响加速在较高温度进行的贝氏体转 变马氏体1.转变温度由于马氏体转变速度非常快，只要温度降低到马氏体形成所需要的过冷度， 马氏体

8、瞬间形成，所以它的形成速度只与温度有关。四、转变过程由于贝氏体相变即具有共格切变的特点又具有扩散型相变的特点。其转变各 个方面与珠光体和马氏体比较具有如下所示特点。贝氏体珠光体马氏体11贝氏 体下贝氏 体板条状马氏体片状马氏体形核位置原奥氏体晶界原奥氏体晶界晶体缺陷、内表而等结构不均匀区 域领先相无铁素体或渗碳 体无惯习面<111)(225)(111)(225)(259)位向关系铁素体与奥氏体有k-s位向关系(110)y/(112)a(lll)y/(110)ak-s关系，西 山关系k-s 关 系西山关 系孕育期有有无长大速度很快较慢极快上下限温度bs、bf无ms、mf长大方式共格切变依靠

9、c原子及 fe原了的扩散 长大共格切变相变类型有共格有扩散型相 变扩散型相变共格型相变此外，贝氏体转变还有其独特的特点:一、在转变过程中钢中贝氏体碳化物的分布状态随形成温度不同而异，较高温度形成的 上贝氏体中碳化物一般分布在铁素体条间，较低温度形成的下贝氏体中碳化物主要分布在铁 素体条内部。二、由于贝氏体相变是有共格有扩散型相变，贝氏体相变中c原子的扩散对贝氏体的相 变起控制作用。五、机械性能贝氏体珠光体马氏体影响因素铁素体的形状、尺寸片层间距so马氏体中的碳含量铁素体中碳的含杲珠光体团尺寸马氏体的亚结构铁素体中位错密度铁索体亚结构渗碳体数量、尺寸、形状、分布硬度上贝氏体下贝氏体位错型李晶型较

10、低较高低高强度较低较髙低高塑性较好较好好差韧性较差较好良好差综合力学性能弟好好较好总z,上述所有关于贝氏体转变及贝氏体组织的特点决定了贝氏体具有强度韧性兼优的特点。此外，贝氏体还具有较高的耐磨性、耐热性和抗回火性。六、贝氏体的应用由丁贝氏体具有较高的强韧性配合。而且在便度相同的情况下贝氏体组织的耐磨性明显 优于马氏体，因此在钢铁材料中基体组织获得贝氏体是人们追求的目标。并且，贝氏体转变的过程中会生成两相，即在贝氏体转变温度偏高区域转变产物为上贝 氏体(350°c550c)。它是由许多从奥氏体晶界向晶内平行牛长的条状铁素体和在相邻恢 素体条间存在的断续的，短杆状的渗碳体组成。其冲击韧性

11、较差，牛产上力求避免。在贝氏 体转变温度下端偏低温度区域转变产物为下贝氏体(ms350°c)。它是ft!含碳过饱和的片 状铁素体和其内部析出的微细的碳化物组成。其冲击韧性较好。为提高韧性，牛产上通过热 处理控制获得下贝氏体。贝氏体钢发展至今，在简化工艺、节省能源的基础上.乂具有高强度高韧性兼优的特 点，其应用前景是十分广阔的。(1) 可作为工程构件用钢(板材、棒材、型钢)，用于桥粱、建筑、起亜运输机攘、压力容 器、石油管线、钢筋等方面，由于其强度高、焊接性好，既无制造上的困难，乂可节约大量 钢材，特别对于大型掏件，焊后无法热处理，则贝氏体钢更具优越性。(2) 可代替中碳舍金调质钢，用于轴、杆、齿轮等零件，山于贝氏体钢淬透性好、特别适 用于大截面零件。(3) 可作为大塑塑料模具用钢，rtr丁空冷淬硬，淬透性好，避免了淬火变形。(4) 可作为热绕成型弹簧或热挤压成型螺栓用钢，热成型后空冷即可达到要