固态相变4.ppt

1、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F相与碳化物的二相混 合物，为非层片状组织。 F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

2、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 P120 在靠近BS的温度处形成这种贝氏体，是由F+A组 成。其形态可见图5-2，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

3、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5-4)。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。 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。碳量高时，呈片状(见图5-5)。片内

4、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(见图5-3)。 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

5、，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 贝氏体转变时，由于温度较高，会存在碳原子的扩散。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。,由图a可见,对于碳含量为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. 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

6、%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，奥氏体化时间越长，转变速度先降后增。,第四节 贝氏体转变热力学及转

7、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 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(

8、3)中的方式不可能进行，必须以扩散的方式进行相变。,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。,2. 上贝氏体转变 (中温范围转变，在350550之间)，组织

9、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。,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。,珠光体

10、、贝氏体、马氏体转变主要特征,冷却过程中的几种转变的主要特征见下表。,贝氏体转变不完全的原因 贝氏体转变机制尚无定论：以切变机制为例 在相变过程中，随着可滑移界面的不断推移，界面处应变能逐步增加，最终导致相变驱动力低于贝氏体切变所需要的最低值，B相变停滞； 显然，等温温度离Bs温度越近，奥氏体的过冷度越小，相变驱动力越小，因而，相变停滞时未转变的奥氏体数量就越多。 因此，贝氏体转变为变温相变，其等温转变量视转变温度而定。,第五节 贝氏体的力学性能 P188 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。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:

11、 (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，组织中大部分为上贝

12、氏体时，冲击韧性会 大大下降，如图。上贝氏体的冲击韧性低于下贝氏体的原 因有: (1) 脆性Fe3C分布于F条间，造成脆性通道; (2) 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, 所以上贝氏体的有效晶粒直径远远大于下贝氏体。,第四章 习 题 (1) 一般地， 贝氏体转变产物为_的二相混合物， 为非层片状组织。 a. A与F b. A与碳化物 c. A与P d. 相与碳化物 (2) 贝氏体形成时， 有_，位向共系和惯习面接近于M。 a.表面浮凸 b.切变 c.孪晶 d.层错 (3) 简述无碳化物贝氏体形成过程。 (4) 简

13、述上贝氏体在光镜和电镜下形态。 (5) 简述下贝氏体在光镜和电镜下形态。 (6) 简述粒状贝氏体的形成过程及形态。 (7) 近年来， 人们发现贝氏体转变的C曲线是由二个独立的曲线， 即_和_合并而成的。 a. P转变， B转变 b. B转变， P转变 c. B上转变， B下转变 d. P转变， P转变 (8) 贝氏体转变时， 由于温度较高， 会存在_的扩散。 a.铁原子 b.碳原子 c.铁和碳原子 d.合金元素 (9) 随A中碳含量增加， A晶粒增大， B转变速度_。 a.下降 b.上升 c.不变 d.先降后增 (10) 贝氏体转变有几种可能， 试用热力学观点加以分析。,(11) 试图解叙述无碳化物贝氏体的转变过程。 (12) 试图解叙述上贝氏体