贝氏体转变课件

第五章贝氏体转变研究B转变的意义优点：1）使钢得到良好的综合机械性能2）减少像一般淬火产生的变形和开裂倾向，对于改善钢的强韧性，具有重要的意义。贝氏体转变中温转变→产物多样非平衡转变，淬火组织机理不完善Fe、合金元素不扩散，C扩散特点介于P、M转变铁素体、碳化物组成的复相组织（有时有少量残余A）等温或连续冷却形成B是非层状、由铁素体和碳化物组成§1贝氏体的组织形态及亚结构

一、上贝氏体形成温度：中、高温区形成：A晶界形核，向晶内长大形态：F成束的、大体平行的板条状；渗碳体分布在F条间，呈粒状或条状。金相→羽毛状电镜→板条之间+碳化物，板条成束、大致平行温度降低、C%增加→铁素体变薄铁素体尺寸大小→影响强度、韧性二、下贝氏体在B形成温度的低温区一般在A晶界或晶内形成形态：F形态与马氏体相似，亦与碳含量有关。碳化物分布在F内，由于极细，无法在光镜下分辨，电镜下呈短杆状，沿着F长轴成55－60°角的方向整齐排列。F+碳化物+有时残余AF金相：低碳→板条；高碳→针状；中碳→混合电镜：F内有方向性分布的碳化物表面有浮凸亚结构→F中有大量位错，不存在孪晶（与M不同）C%过饱和度大于上BF与母向有晶体学关系；惯习面复杂C%↑→碳化物增多，有时有AR成分→C%范围较宽在贝氏体铁素体长大过程，在铁素体和奥氏体界面处和附近形成高密度的位错三、其他类型贝氏体1、无碳贝氏体形成温度→B区最上部；当钢中含有较多抑制碳化物析出元素，如Si和Al等，或钢中碳含量很低时，在转变初期和中期，碳化物来不及析出，贝氏体由铁素体和残余奥氏体或马氏体组成，称为无碳化物贝氏体。形态：由板条F束及未转变的奥氏体所组成，在F束之间为富C的奥氏体。F与A内均无碳化物析出，故称为无碳化物B。2、粒状贝氏体形成温度→接近Bs，高于上B转变温度形态板条F+富碳岛状A冷却转变：F+K；M+残余A；残余A有浮凸；C%接近平衡；F中有亚单元成分：低、中碳合金钢（Cr、Ni、Mo）冷却：焊接、正火、热轧钢在一定的冷速范围连续冷却出现与粒状组织区别：块F+富C岛状A（无取向、无浮凸），与粒B共存3、反常贝氏体成分：过共析形成：Bs以上，先共析Fe3C形成→A贫碳→上B寄生在渗碳体上形成领先相为渗碳体，而非F故得名原因→冷却速度慢4、柱状贝氏体形成温度→低温区或高压时成分→高合金钢；高碳钢；中碳钢形成→晶粒内形态→F放射状，其上分布碳化物无浮凸§2贝氏体的转变特点和晶体学

一、贝氏体转变特点1、形核、长大；有孕育期2、一般F为领先相3、转变在Bs~Bf之间4、转变不完全，随转变温度升高趋势明显5、有浮凸、新/母相存在取向关系6、转变速度在M、P相变之间二、晶体学1、贝氏体中的F与A上贝氏体→K-S关系、{111}γ惯习面下贝氏体→K-S、西山关系等（比较复杂）、{225}γ等惯习面多种2、贝氏体中的碳化物与F、A的关系碳化物性质上贝氏体→渗碳体型下贝氏体→亚稳定碳化物（温度低、时间短）或+渗碳体取向上贝氏体→渗碳体从A中析出→与A有取向关系和惯习面下贝氏体→渗碳体可能从F中析出，也可以从A中析出→结论不一致2、奥氏体中碳的再分配俄歇分析→孕育期和转变期间→碳的再分配晶界、晶内有贫碳区（有利于F形核）Fe、合金元素无再分配现象碳%、合金%、转变温度影响碳的再分配（碳%高→碳化物容易析出）3、贝氏体中铁素体的形成及C%F切变方式形成实验：F中的C%过饱和，与该温度下M转变时的C%相似温度↓→C%过饱和度↑结论：先从A贫碳区形成低碳M→随后等温分解析出碳化物→得到B台阶方式形成二、热力学分析驱动力两相化学自由能差（与M转变相似）阻力表面能+弹性应变能+塑性应变能等因为A中碳的再分配→F的C%降低→F的自由能降低；比容差小→通常Bs高于MsBs相变所需要的最小过冷度对应的温度合金元素→Bs降低（经验公式）§4贝氏体转变机理

一、切变机理浮凸效应碳有扩散能力F共格长大同时，伴有碳化物析出，B转变速度受碳扩散过程控制F生长是不连续的，条片中的亚单元不断诱发形核、长大，F长大速度受碳扩散控制碳的脱溶形式1、温度较高碳在A、F中扩散能力强温度高→过冷度小→形核少→F宽、间距大F生长时→C排到A中→无碳B富碳区A随后可以转变为M或其他分解产物，也可以保留为AR3、温度较低C在A中长程扩散困难→F中短程扩散→在F上析出碳化物（下B）因过冷度大→晶界、晶内均可以形核转变温度低→碳化物细；F中碳过饱和度↑4、在上B形成温度以上C再分配→贫C区形成平行板条FA区域C不均匀→F板条生长出现凹凸界面→F合并→富C区被包围→残留的岛状A区富碳、富合金元素→稳定化→形成粒状B切变理论的不足无法解释上、下B具有不同的动力学曲线和转变激活能无法解释上B中F内的浮凸（帐篷型或倒V型）与M的不同B中无孪晶碳化物析出形态与M不同（人字型）二、台阶机理认为浮凸不是切变的产物，是体积变化效应与P转变机理相同，但组织非层片状F按照台阶方式长大，受C在A中扩散控制。在台阶前沿的残留奥氏体中碳富集程度高，碳化物在台阶前沿的富碳奥氏体中析出。实验证实上B是此机理，但下B不是台阶存在的原因不清楚§5贝氏体转变的动力学一、B转变的动力学特点1、上、下B转变机制不同实验：全激活能：形核+长大激活能上、下B转变全激活能不同动力学测定数据（转变时间与温度关系）结果也证实2、转变不完全性原因领先相F形成→A富碳→相变阻力大B比容大于A→转变后→机械稳定化当Bf<Ms时→先转变的M→机械稳定化→不完全性↑B转变温度↑→转变不完全性↑过冷度小→驱动力小碳容易扩散→柯氏气团多→A稳定性好二、B等温转变动力学图也呈C形（与P转变C曲线一样）存在“鼻子”温度与P的C曲线可部分重叠，也可以彼此分离在一个温度区间完成Bf可以低于Ms(P135)

1、成分C%↑→B转变慢。因为C含高，形成B时需要扩散的C原子量增加。除Co、Al外，其他合金→B转变慢，Mn、Cr、Ni明显降低碳在A、F中的扩散速度降低Bs碳化物形成元素→形成原子集体→界面迁移困难三、影响因素2、A晶粒及A化温度A晶粒粗→转变慢，影响不明显A化温度高→成分均匀→C再分配难→转变慢3、应力及塑性变形拉应力→形核加速（加速扩散、提供形核区）A高温塑性形变→破坏A晶粒取向→转变慢低、中温B区形变→位错↑→扩散通道多→转变快4、A冷却时不同温度停留在P与B亚稳定区停留→碳化物析出→加速B形成在上B区停留→低温区B形成慢；B%↓在B低温区或M区停留→部分A转变→产生应力→温度回升B转变区后→加速后续B的转变§6贝氏体的力学性能同一强度级别下，B下的韧性大于M。在高碳钢中，回火M的韧性低于同强度贝氏体。连续冷却或等温淬火可以得到B通常B以混合类型存在B性能与其形态、粗细、分布、亚结构有关B的强度下B高，因为：F板条细位错密度高碳化物弥散C的过饱和度大B的韧性下B冲击韧度大于上B下B的韧脆转化温度低原因：下B中F的尺寸小→阻碍解理上B中F碳化物方向性分布粒B中的残余A→韧度↑；但残余A转变为孪晶M→韧脆转化温度升在硬度相同条件下，下B的冲击韧度比其它工艺好，但韧脆转化温度高例如：淬火+回火→回火脆性下B+M复合组织优于单一组织结论性能取决于组织……？下B强韧性好上B无工程使用价值获得B的工艺一般采用等温淬火通过控制等温淬火工艺获得B+M复合组织，其强韧性最佳；同时可以降低冷脆转化温度（下B的形成→分割→A晶粒→M细化）§7魏氏组织一、形态和特征1、魏氏F亚共析钢晶界形成针状、末端尖、羽毛状一定取向，{111}γ；K-S关系表面有浮凸形核、长大，时间↑→尺寸↑2、魏氏渗碳体过共析钢，晶界、晶内形成；针状二、形成条件和转变机理1、形成条件（魏氏F）等温、连续冷却均可以形成一定的冷却速度→W冷速快→C扩散难→短程→容易形成网状F冷速慢→形核率低→短程→容易形成块状过热、粗晶→形核少→网状F不容易→形成WWc%>0.6%→容易伪共析→W难出现Cr、Mo、Si→阻碍W；Mn→促进W细晶→C从晶界到晶内短程扩散→形成网状F→Ws↓随Wc%升高→Ws低；晶粒细→Ws低Ws<Ac32、转变机理与B相似与无碳B相当F切变、共格→Ws小于A3A细晶→F容易形核→F形成后→A中C%↑→A3↓、Ws↓→W不容易形成还有其他机理三、性能1、强度、塑性、韧性差2、脆性转化温度高3、属