第5章贝氏体转变.pptx

贝氏体转变 中温转变中温转变产物多样产物多样非平衡转变，淬火组织非平衡转变，淬火组织机理不完善机理不完善Fe、合金元素不扩散，、合金元素不扩散，C扩散扩散特点介于特点介于P、M转变转变铁素体、碳化物组成的复相组织（有时有铁素体、碳化物组成的复相组织（有时有少量残余少量残余A）等温或连续冷却形成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、上贝氏体上贝氏体形成温度形成温度：中、高温区中、高温区形成：形成：A晶界形核，向晶内长大晶界形核，向晶内长大形态：形态：F成束的、大体平行的板条状；渗成束的、大体平行的板条状；渗碳体分布在碳体分布在F条间，呈粒状或条状。条间，呈粒状或条状。金相金相羽毛状羽毛状电镜电镜板条之间板条之间+碳化物，板条成束、大致碳化物，板条成束、大致平行平行温度降低、温度降低、C%增加增加铁素体变薄铁素体变薄铁素体尺寸大小铁素体尺寸大小影响强度、韧性影响强度、韧性亚结构：铁素体中存在位错亚结构：铁素体中存在位错铁素体中铁素体中C%近平衡近平衡表面有浮凸表面有浮凸晶体学晶体学F、碳化物与、碳化物与A均有不同取向均有不同取向F/A惯习面惯习面111 成分成分中、高碳钢容易出现，碳化物形中、高碳钢容易出现，碳化物形态随碳含量变化态随碳含量变化含含Si、Al时，延缓碳化物析出，称准上时，延缓碳化物析出，称准上B二、下贝氏体在在B形成温度的低温区形成温度的低温区一般在一般在A晶界或晶内形成晶界或晶内形成形态形态：F形态与马氏体相似，亦与碳含量形态与马氏体相似，亦与碳含量有关。碳化物有关。碳化物分布在F内，由于极细，无内，由于极细，无法在光镜下分辨，电镜下呈短杆状，沿着法在光镜下分辨，电镜下呈短杆状，沿着F长轴成长轴成5560角的方向整齐排列。角的方向整齐排列。F+碳化物碳化物+有时残余有时残余AF金相：低碳金相：低碳板条；高碳板条；高碳针状；中碳针状；中碳混合混合 电镜：电镜：F内有方向性分布的碳化物内有方向性分布的碳化物表面有浮凸表面有浮凸亚亚结结构构F中中有有大大量量位位错错，不不存存在在孪孪晶晶（与（与M不同）不同）C%过过饱饱和和度度大大于于上上BF与与母母向向有有晶晶体体学学关系；惯习面复杂关系；惯习面复杂C%碳碳化化物物增增多多，有时有有时有AR成分成分C%范围较宽范围较宽在贝氏体铁素体长大过在贝氏体铁素体长大过程，在铁素体和奥氏体程，在铁素体和奥氏体界面处和附近形成高密界面处和附近形成高密度的位错度的位错三、其他类型贝氏体1、无碳贝氏体、无碳贝氏体 形成温度形成温度B区最上部；当钢中含有较区最上部；当钢中含有较多抑制碳化物析出元素，如多抑制碳化物析出元素，如Si和和Al等，等，或钢中碳含量很低时，在转变初期和中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，称为无体和残余奥氏体或马氏体组成，称为无碳化物贝氏体。碳化物贝氏体。形态：由板条形态：由板条F束及未转变的奥氏体所组束及未转变的奥氏体所组成，在成，在F束之间为富束之间为富C的奥氏体。的奥氏体。F与与A内内均无碳化物析出，故称为无碳化物均无碳化物析出，故称为无碳化物B。形成形成F在在A晶界平行生长晶界平行生长形态形态宽板条宽板条F+富碳富碳A（冷却后（冷却后 转变转变M或或P或或B或保留到室温），不单独存在或保留到室温），不单独存在亚结构亚结构位错；有浮凸位错；有浮凸晶体学晶体学K-S关系；关系；111惯习面惯习面成分成分低、中碳或低、中碳或Si、Al%高的材料高的材料2、粒状贝氏体形成温度形成温度接近接近Bs，高于上，高于上B转变温度转变温度形态形态板条板条F+富碳岛状富碳岛状A冷却转变：冷却转变：F+K；M+残余残余A；残余；残余A 有浮凸；有浮凸；C%接近平衡；接近平衡；F中有亚单元中有亚单元成分：低、中碳合金钢（成分：低、中碳合金钢（Cr、Ni、Mo）冷却：焊接、正火、热轧钢在冷却：焊接、正火、热轧钢在一定的冷一定的冷速速范围范围连续冷却连续冷却出现出现与粒状组织区别：块与粒状组织区别：块F+富富C岛状岛状A（无取（无取向、无浮凸），与粒向、无浮凸），与粒B共存共存3、反常贝氏体成分：过共析成分：过共析形成：形成：Bs以上，以上，先共析先共析Fe3C 形成形成A贫碳贫碳上上B寄生寄生在渗碳体上形成在渗碳体上形成领先相为渗碳体，领先相为渗碳体，而非而非F故得名故得名原因原因冷却速度慢冷却速度慢4、柱状贝氏体形成温度形成温度低温低温区或高压时区或高压时成分成分高合金钢；高合金钢；高碳钢；中碳钢高碳钢；中碳钢形成形成晶粒内晶粒内形态形态F放射状，放射状，其上分布碳化物其上分布碳化物无浮凸无浮凸小结2 贝氏体的转变特点和晶体学 一、贝氏体转变特点一、贝氏体转变特点1、形核、长大；有孕育期形核、长大；有孕育期2、一般、一般F为领先相为领先相3、转变在、转变在BsBf之间之间4、转变不完全，随转变温度升高趋势、转变不完全，随转变温度升高趋势明显明显5、有浮凸、新、有浮凸、新/母相存在取向关系母相存在取向关系6、转变速度在、转变速度在M、P相变之间相变之间二、晶体学1、贝氏体中的贝氏体中的F与与A上贝氏体上贝氏体K-S关系、关系、111惯习面惯习面下贝氏体下贝氏体K-S、西山关系等（比较、西山关系等（比较复杂）复杂）、225等惯习面多种等惯习面多种2、贝氏体中的碳化物与F、A的关系碳化物性质碳化物性质上贝氏体上贝氏体渗碳体型渗碳体型下贝氏体下贝氏体亚稳定碳化物（温度低、时间短）亚稳定碳化物（温度低、时间短）或或+渗碳体渗碳体取向取向上贝氏体上贝氏体渗碳体从渗碳体从A中析出中析出与与A有取向关系有取向关系和惯习面和惯习面下贝氏体下贝氏体渗碳体可能从渗碳体可能从F中析出，也可以从中析出，也可以从A中析出中析出结论不一致结论不一致3 贝氏体转变过程及热力学 一、转变过程转变过程1、F生长和碳化物析出两个过程生长和碳化物析出两个过程组织、性能组织、性能变化变化在贝氏体形成过程，在贝氏体形成过程，Fe和置换式原子不发生和置换式原子不发生扩散，贝氏体铁素体以切变相变方式形核长扩散，贝氏体铁素体以切变相变方式形核长大，完成面心立方结构向体心立方结构的点大，完成面心立方结构向体心立方结构的点阵改组。阵改组。铁素体长大速度高于碳的扩散速度，导致碳铁素体长大速度高于碳的扩散速度，导致碳在铁素体中过饱和。随后多余的碳以碳化物在铁素体中过饱和随后多余的碳以碳化物形式从过饱和的铁素体中析出，或扩散到奥形式从过饱和的铁素体中析出，或扩散到奥氏体中，再从奥氏体中以碳化物析出。氏体中，再从奥氏体中以碳化物析出。2、奥氏体中碳的再分配俄歇分析俄歇分析孕育期和转变期间孕育期和转变期间碳的再分碳的再分配配晶界、晶内有贫碳区（有利于晶界、晶内有贫碳区（有利于F形核）形核）Fe、合金元素无再分配现象、合金元素无再分配现象碳碳%、合金、合金%、转变温度影响碳的再分配、转变温度影响碳的再分配（碳（碳%高高 碳化物容易析出）碳化物容易析出）3、贝氏体中铁素体的形成及C%F切变方式形成切变方式形成实验：实验：F中的中的C%过饱和，与该温度下过饱和，与该温度下M转变时的转变时的C%相似相似温度温度 C%过饱和度过饱和度结论：先从结论：先从A贫碳区形成低碳贫碳区形成低碳M 随后等温分随后等温分解析出碳化物解析出碳化物得到得到B台阶方式形成台阶方式形成4、碳化物的成分和类型合金在合金在B转变中不进行再分配转变中不进行再分配碳化碳化物与钢中的合金含量大致相同物与钢中的合金含量大致相同碳化物类型为渗碳体或碳化物类型为渗碳体或碳化物类型与成分、转变温度、持续碳化物类型与成分、转变温度、持续时间有关时间有关温度低、时间短，形成温度低、时间短，形成含含Si高，延缓渗碳体析出，形成高，延缓渗碳体析出，形成二、热力学分析驱动力驱动力两相化学自由能差（与两相化学自由能差（与M转变相似）转变相似）阻力阻力表面能表面能+弹性应变能弹性应变能+塑性应变能等塑性应变能等因为因为A中碳的再分配中碳的再分配F的的C%降低降低F的自的自由能降低；比容差小由能降低；比容差小通常通常Bs高于高于MsBs相变所需要的最小过冷度对应的温度相变所需要的最小过冷度对应的温度合金元素合金元素Bs降低（经验公式）降低（经验公式）4 贝氏体转变机理 一、切变机理一、切变机理浮凸效应浮凸效应碳有扩散能力碳有扩散能力F共格长大同时，伴有碳化物析出，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，条片中的亚单生长是不连续的，条片中的亚单元不断诱发形核、长大，元不断诱发形核、长大，F长大速度长大速度受碳扩散控制受碳扩散控制碳的脱溶形式1、温度较高、温度较高碳在碳在A、F中扩散能力强中扩散能力强温度高温度高过冷度小过冷度小形核少形核少F宽、宽、间距大间距大F生长时生长时C排到排到A中中无碳无碳B富碳区富碳区A随后可以转变为随后可以转变为M或其他或其他分解产物，也可以保留为分解产物，也可以保留为AR2、温度稍低C在在F中扩散中扩散F中中C%接近平衡接近平衡C在在A中扩散不充分中扩散不充分沉淀在沉淀在F板板条束之间条束之间形成上形成上B温度越低温度越低组织越细组织越细3、温度较低C在在A中长程扩散困难中长程扩散困难 F中短中短程扩散程扩散在在F上析出碳化物（下上析出碳化物（下B）因过冷度大因过冷度大晶界、晶内均可以晶界、晶内均可以形核形核转变温度低转变温度低碳化物细；碳化物细；F中碳中碳过饱和度过饱和度4、在上B形成温度以上C再分配再分配贫贫C区形成平行板条区形成平行板条F A区域区域C不均匀不均匀F板条生长出现板条生长出现凹凸界面凹凸界面 F合并合并富富C区被包区被包围围残留的岛状残留的岛状A区富碳、富合区富碳、富合金元素金元素稳定化稳定化形成形成粒状粒状B 关于F中的亚单元现象B中的中的F板条内都有板条内都有亚单元组成亚单元组成先形成的亚单元诱先形成的亚单元诱发新的亚单元，不发新的亚单元，不是连续生长是连续生长以切变共格方式长以切变共格方式长大，速度快，但大，速度快，但 F板条长大受碳扩散板条长大受碳扩散影响，速度慢影响，速度慢贝氏体铁素体亚片条、亚单元和超亚单元的扫描隧道显微图像在光学显微镜下显示的单个贝氏体铁素体实际上由许在光学显微镜下显示的单个贝氏体铁素体实际上由许多铁素体亚片条（亚单元）构成铁素体束。这些亚单多铁素体亚片条（亚单元）构成铁素体束。这些亚单元之间的位向差别很小，亚单元之间的晶界为小角度元之间的位向差别很小，亚单元之间的晶界为小角度晶界。晶界。切变理论的不足无法解释上、下无法解释上、下B具有不同的动具有不同的动力学曲线和转变激活能力学曲线和转变激活能无法解释上无法解释上B中中F内的浮凸（帐内的浮凸（帐篷型或倒篷型或倒V 型）与型）与M的不同的不同B中无孪晶中无孪晶碳化物析出形态与碳化物析出形态与M不同（人字不同（人字型）型）二、台阶机理认为浮凸不是切变的产物，是体积认为浮凸不是切变的产物，是体积变化效应变化效应与与P转变机理相同，但组织非层片状转变机理相同，但组织非层片状F按按照照台台阶阶方方式式长长大大，受受C在在A中中扩扩散散控控制制。在在台台阶阶前前沿沿的的残残留留奥奥氏氏体体中中碳碳富富集集程程度度高高，碳碳化化物物在在台台阶阶前前沿的富碳奥氏体中析出。沿的富碳奥氏体中析出。实验证实上实验证实上B是此机理，但下是此机理，但下B不是不是台阶存在的原因不清楚台阶存在的原因不清楚5 贝氏体转变的动力学 一、一、B转变的动力学特点转变的动力学特点1、上、下、上、下B转变机制不同转变机制不同实验：实验：全激活能：形核全激活能：形核+长大激活能长大激活能上、下上、下B转变全激活能不同转变全激活能不同动力学测定数据（转变时间与温度动力学测定数据（转变时间与温度关系）结果也证实关系）结果也证实2、转变不完全性原因、转变不完全性原因领先相领先相F形成形成A富碳富碳相变阻力大相变阻力大B比容大于比容大于A 转变后转变后机械稳定化机械稳定化当当Bf 0.6%容易伪共析容易伪共析W难出现难出现Cr、Mo、Si 阻碍阻碍W；Mn 促进促进W细晶细晶C从晶界到晶内短程扩散从晶界到晶内短程扩散 形成网状形成网状F Ws随随Wc%升高升高Ws低；晶粒细低；晶粒细Ws低低Ws Ac32、转变机理与与B相似相似与无碳与无碳B相当相当F切变、共格切变、共格 Ws小于小于A3 A细晶细晶F容易形核容易形核F形成后形成后A中中C%A3、Ws W不容易形成不容易形成还有其他机理还有其他机理三、性能1、强度、塑性、韧性差、强度、塑性、韧性差2、脆性转化温度高、脆性转化温度高3、属于缺陷组织、属于缺陷组织4、正火、退火可以消除、正火、退火可以消除(性能变性能变化化P147)小结贝贝氏氏体体形形态态与与形形成成温温度度有有关关，常常见见的的贝贝氏氏体体形形态态有有多多种种形形式式，其其中中钢钢中中常常见见的的贝贝氏氏体形态主要为上、下贝氏体和粒状贝氏体。体形态主要为上、下贝氏体和粒状贝氏体。下下贝贝氏氏体体由由于于形形貌貌特特点点具具有有较较好好的的强强韧韧性性能能，而而上上贝贝氏氏体体韧韧性性较较差差，在在工工程程上上没没有有使用价值。使用价值。对贝氏体的转变机理研究目前还在进行，对贝氏体的转变机理研究目前还在进行，台阶机制与切变机制都得到实验的证实，台阶机制与切变机制都得到实验的证实，但又不能解释所有贝氏体转变。但又不能解释所有贝氏体转变。作业：作业：P147：1、3、4、7返回返回返回返回返回