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1、第五章第五章贝氏体相变贝氏体相变 过冷奥氏体转变过冷奥氏体转变高温高温中温中温低温低温共析钢过冷奥氏体等温转变曲线A：奥氏体：奥氏体P：珠光体：珠光体：贝氏体：贝氏体：马氏体：马氏体共析钢：共析钢：概述钢经奥氏体化后过冷到珠光体相变与马氏体相变之间的中温区时，将发生贝氏体相变，亦称为中温转变。Fe原子难以扩散，C原子尚能扩散相变产物：铁素体+碳化物（非层状组织）贝氏体相变：切变共格型相变+扩散型相变的特征 贝氏体（Bainite）-由来为了纪念著名美国为了纪念著名美国物理冶金学家物理冶金学家E.C.Bain在中温转在中温转变探讨方面的突出变探讨方面的突出成果，成果，20世纪世纪40年年头末将中
2、温转变称头末将中温转变称为贝氏体相变，将为贝氏体相变，将相变所得到的产物相变所得到的产物称为贝氏体（称为贝氏体（Bainite）。）。E.C.Bain等等人人与与1930年年首首次次发发表表了了这这种种中中温温转转变变产产物物金金相相照片；照片；1939年，年，R.F.Mehl把贝氏体分为上贝氏体和下贝氏体；把贝氏体分为上贝氏体和下贝氏体；1952年年，柯柯俊俊和和Conttrell发发觉觉贝贝氏氏体体相相变变产产生生表表面面浮浮凸凸效效应，提出相变的切变机制，形成应，提出相变的切变机制，形成“切变学派切变学派”；20世世纪纪60年年头头末末，美美国国冶冶金金学学家家Aaronson等等认认为
3、为贝贝氏氏体体相变是共析转变的变种，形成了相变是共析转变的变种，形成了“扩散学派扩散学派”；后后来来人人们们相相继继在在Cu-Zn、Cu-Al、Ag-Zn等等合合金金，甚甚至至在在陶瓷中也发觉了贝氏体转变。陶瓷中也发觉了贝氏体转变。贝氏体相变的发展历史5.1 贝氏体相变的基本特征1.贝氏体相变的温度范围贝贝氏氏体体转转变变温温度度在在A1以以下下，MS以以上上，有有一一转转变变的的上上限限温温度度BS和和下下限限温温度度Bf，过过冷冷奥奥氏氏体体必必需需冷冷到到BS以以下下才才能能发发生生贝贝氏氏体体转转变变。碳碳钢钢的的BS约约为为550左右。左右。1.贝氏体相变的温度范围与马氏体相变一样，
4、贝氏体相变在等温过程中也不能进行完全，总有残余奥氏体存在。等温温度愈靠近Bs点，能够形成的贝氏体量就愈少。2.贝氏体相变的产物贝氏体相变产物：铁素体+碳化物与珠光体不同，贝氏体不是层片状组织，且组织形态与形成温度亲密相关。较高温度形成的上贝氏体，其碳化物是渗碳体，一般分布在铁素体条之间;较低温度形成的下贝氏体，其碳化物既可以是渗碳体，也可以是-碳化物，主要分布在铁素体条内部；在低、中碳钢中，当贝氏体形成温度较高 时，也可能形成不含碳化物的无碳化物贝氏体。碳化物的分布、状态随形成温度不同而异。随贝氏体的形成温度下降，贝氏体中铁素体的碳含量上升。3.贝氏体相变动力学贝氏体相变也是一种形核和长大过程
5、。与珠光体相变一样，贝氏体可以在确定温度范围内等温形成，也可以在某一冷却速度范围内连续冷却转变。贝氏体等温形成时，须要确定的孕育期，其等温转变动力学曲线也呈“C字形。4.贝氏体相变的扩散性 贝氏体相变：奥氏体()铁素体（）+碳化物相变过程必需有扩散C原子的碳原子的扩散对贝氏体相变起限制作用上贝氏体的相变速度取决于C在-Fe中的扩散下贝氏体的相变速度取决于C在-Fe中的扩散影响碳原子扩散的全部因素都会影响到贝氏体的相变速度。5.贝氏体相变的晶体学特征 表面上产生浮突现象-说明铁素体是按切变共格方式长大的。贝氏体中铁素体存在惯习面：上贝氏体的惯习面为111，下贝氏体的惯习面一般为225。贝氏体中铁
6、素体与奥氏体之间存在K-S位向关系。贝氏体中渗碳体与奥氏体以及贝氏体中渗碳体与铁素体之间亦存在确定的晶体学位向关系。5.2 钢中贝氏体的组织形态贝氏体组织形态随钢的化学成分以及形成温度不同而异，其主要形态为上贝氏体、下贝氏体、粒状贝氏体、无碳贝氏体等。1.上贝氏体在贝氏体相变区较高温度范围内形成的贝氏体称为上贝氏体。对于中、高碳钢来说，上贝氏体大约在350-550的温度区间形成。1.上贝氏体典型的上贝氏体组织在光镜下视察时呈羽毛状、条状或针状，少数呈椭圆形或矩形 光镜下:条状F自晶界向晶内生长，形似羽毛羽毛状贝氏体，条间Fe3C无法辨别。1.上贝氏体电镜下：上贝氏体组织为一束大致平电镜下：上贝
7、氏体组织为一束大致平行分布的条状铁素体和夹于条间的断行分布的条状铁素体和夹于条间的断续条状碳化物的混合物。在条状铁素续条状碳化物的混合物。在条状铁素体中有位错缠结存在。体中有位错缠结存在。条状铁素体多在奥氏体的晶界形核，条状铁素体多在奥氏体的晶界形核，自晶界的一侧或两侧向奥氏体晶内长自晶界的一侧或两侧向奥氏体晶内长大。条状铁素体束与板条马氏体束很大。条状铁素体束与板条马氏体束很相近，束内相邻铁素体板条之间的位相近，束内相邻铁素体板条之间的位向差很小，束与束之间则有较大的位向差很小，束与束之间则有较大的位向差。向差。条状铁素体的碳含量接近平衡浓度，条状铁素体的碳含量接近平衡浓度，而条间碳化物均为
8、渗碳体型碳化物。而条间碳化物均为渗碳体型碳化物。特点特点:铁素体条宽取决于转变温度和成分铁素体条宽取决于转变温度和成分-C，T宽度宽度，板，板条宽度大于相同温度下形成的条宽度大于相同温度下形成的P铁素体片；铁素体片；条间位向差小，束间位向差大；条间位向差小，束间位向差大；碳化物形态受含碳量影响碳化物形态受含碳量影响-C，粒状，粒状链珠状链珠状短杆状，短杆状，不仅分布于不仅分布于F板条间，还可能分布在板条间，还可能分布在F板条内部；板条内部；Si、Al具有延缓渗碳体沉淀的作用，使具有延缓渗碳体沉淀的作用，使F条之间的条之间的A为碳所为碳所富集而趋于稳定，并保留到室温成为一种特殊的上贝氏体富集而趋
9、于稳定，并保留到室温成为一种特殊的上贝氏体准上贝氏体；准上贝氏体；T渗碳体更细密渗碳体更细密1.上贝氏体亚结构：位错亚结构：位错说明切变以滑移方式进行，形成温度说明切变以滑移方式进行，形成温度位错密度位错密度；具有确定晶体学取向关系和表面浮突效应；上贝氏体具有确定晶体学取向关系和表面浮突效应；上贝氏体铁素体的惯习面为铁素体的惯习面为111，与奥氏体之间的位相关系，与奥氏体之间的位相关系为为K-S关系。碳化物的惯习面为关系。碳化物的惯习面为227，与奥氏体之，与奥氏体之间存在间存在Pitsch关系。关系。1.上贝氏体2.下贝氏体在贝氏体相变区较低温度范围内形成的贝氏体称为下贝氏体。对于中、高碳钢
10、，下贝氏体大约在350-Ms之间形成。碳含量很低时，其形成温度可能高于3502.下贝氏体光镜下：典型的下贝氏体组织呈光镜下：典型的下贝氏体组织呈暗黑色针状或片状，而且各个片暗黑色针状或片状，而且各个片之间都有确定的交角，其立体形之间都有确定的交角，其立体形态为透镜状，与试样磨面相交而态为透镜状，与试样磨面相交而呈片状或针状。呈片状或针状。下贝氏体既可以在奥氏体晶界上下贝氏体既可以在奥氏体晶界上形核，也可以在奥氏体晶粒内部形核，也可以在奥氏体晶粒内部形核。形核。电镜下：下贝氏体铁素体片中分电镜下：下贝氏体铁素体片中分布着排列成行的细片状或粒状碳布着排列成行的细片状或粒状碳化物，并以化物，并以55
11、-60的角度与铁的角度与铁素体针长轴相交，素体针长轴相交，下贝氏体的碳化物仅分布在铁素下贝氏体的碳化物仅分布在铁素体片的内部体片的内部2.下贝氏体在光滑试样表面产生浮突，但其形态与上贝氏体组织不同。上贝氏体的表面浮突大致平行，从奥氏体晶界的一侧或两侧向晶粒内部伸展;下贝氏体的表面浮突往往相交呈形，而且还有一些较小的浮突在先形成的较大浮突的两侧形成 2.下贝氏体F中C含量：下贝氏体中铁素体的碳含量远远高于平衡碳含量。亚结构：下贝氏体铁素体的亚结构与板条马氏体和上贝氏体铁素体相像，也是缠结位错，但位错密度往往高于上贝体铁素体，而且未发觉有孪晶亚结构存在 2.下贝氏体位向关系与惯习面：下贝氏体中铁素
12、体与奥氏体之间的位向关系为K-S关系。下贝氏体中铁素体的惯习面比较困难，有人测得为111,也有人测得为254及569。碳化物：下贝氏体中的碳化物也可是渗碳体。但当温度较低时，初期形成-碳化物，随时间延长，-碳化物转变为-碳化物。由于下贝氏体中铁素体与-碳化物及-碳化物之间均存在确定的位向关系，因此一般认为碳化物是从过饱和铁素体中析出的。低、中碳合金钢低、中碳合金钢形成条件：形成条件：连续冷却（正火、热轧空冷、焊缝热影响连续冷却（正火、热轧空冷、焊缝热影响区）区）在上贝氏体相变区高温范围内等温转变在上贝氏体相变区高温范围内等温转变3.粒状贝氏体形态：块状F+其内一些孤立小岛，呈粒状的富碳的A区。
13、光镜：较难识别粒状贝氏体的组织形貌 电镜：可看出粒状(岛状)物大都分布在铁素体之中，常常具有确定的方向性 富C-ABF3.粒状贝氏体形成时：3.粒状贝氏体贝氏体组织的基体是由条状铁素体合并而成的，铁素体的碳含量很低，接近平衡浓度，而富碳奥氏体区的碳含量则很高。铁素体与富碳奥氏体区的合金元素含量与钢的平均含量相同，这表明在粒状贝氏体形成过程中有碳的扩散而无合金元素的扩散。3.粒状贝氏体富碳奥氏体区在随后冷却过程中可能发生以下三种状况:部分或全部分解为铁素体和碳化物的混合物;部分转变为马氏体，这种马氏体的碳含量很高，孪晶马氏体，故岛状物是由+所组成;或者全部保留下来，成为残余奥氏体。4.无碳贝氏体
14、一般形成于低碳钢中形成温度：在贝氏体相变区最高温度范围内形成的。形态：由大致平行的单相条状铁素体所组成，所以也称为铁素体贝氏体或无碳贝氏体。条状铁素体之间有确定的距离，条间一般为由富碳奥氏体转变而成的马氏体，有时是富碳奥氏体的分解产物或者全部是未转变的残余奥氏体。钢中通常不能形成单一的无碳贝氏体组织，而是形成与其他组织共存的混合组织。4.无碳贝氏体无碳化物贝氏体形成时也会出现表面浮突铁素体中也有确定数量的位错。条状铁素体与奥氏体之间的位向关系为K-S关系，惯习面为1115.低碳低合金钢中的贝氏体BIBIIBIII600-500等温500-450等温上贝氏体无碳贝氏体下贝氏体450-Ms等温慢速
15、 连续冷却中速 连续冷却快速 连续冷却机械性能好5.3 贝氏体相变机制贝氏体形成铁素体与母相奥氏体之间保持其次类共格关系具有确定的晶体学位向关系在光滑试样表面产生浮突*说明贝氏体中铁素体的形成是马氏体型相变由单相的奥氏体分解为碳浓度不同的双相铁素体加碳化物，即+Fe3C，*说明贝氏体相变过程中伴随有碳原子的扩散。因此，一般认为贝氏体相变过程是马氏体相变加碳原子的扩散。包括过冷奥氏体向贝氏体铁素体的转变以及贝氏体碳化物包括过冷奥氏体向贝氏体铁素体的转变以及贝氏体碳化物析出两个基本过程。析出两个基本过程。转变机制两种：切变机制与台阶机制转变机制两种：切变机制与台阶机制一、切变机理一、切变机理贝氏体
16、转变的温度比马氏体转变时为高，此时碳原子贝氏体转变的温度比马氏体转变时为高，此时碳原子尚有确定的扩散实力，因为当贝氏体中铁素体在以切变共格尚有确定的扩散实力，因为当贝氏体中铁素体在以切变共格方式长大的同时还伴随着碳的扩散和碳化物从铁素体中脱溶方式长大的同时还伴随着碳的扩散和碳化物从铁素体中脱溶沉淀的过程，故整个转变过程的速度是受碳原子的扩散过程沉淀的过程，故整个转变过程的速度是受碳原子的扩散过程所限制的。所限制的。贝氏体转变机理的概述贝氏体转变机理的概述台台阶阶机机理理认认为为贝贝氏氏体体转转变变的的浮浮突突与与马马氏氏体体转转变变的的不不同同，前前者者是是由由于于转转变变产产物物的的体体积积
17、变变更更造造成成的的，并并非非由由切切变变所所致致。提提出出贝贝氏氏体体铁铁素素体体的的长长大大是是按按台台阶阶机机理理进进行行，并并受受碳原子的扩散所限制。碳原子的扩散所限制。其其示示意意图图如如图图所所示示，台台阶阶的的水水平平面面为为-的的半半共共格格界界面面，但但是是台台阶阶的的垂垂直直面面为为无无序序结结构构（非非共共格格面面），其其原原子子处处于于较较高高的的能能量量，因因此此这这一一界界面面具具有有较较高高的的活活动动性性，易易于于实实现现迁迁移移，使使台台阶阶侧侧向向移移动动，从从而而导导致致台台阶阶宽宽面面对对前推动。前推动。二、台阶机理二、台阶机理二、台阶机理二、台阶机理B
18、F 1.恩金贝氏体相变假说探讨中发觉:0.23%C钢奥氏体化后在250等温形成下贝氏体，测得下贝氏体中铁素体的碳浓度为0.15，远远超过该温度下铁素体的饱和碳浓度。据此认为这种铁素体实质上是低碳马氏体;中碳钢(0.5 C-3.5 Cr)在300等温形成下贝氏体，随贝氏体转变量增加，剩余奥氏体中的碳浓度上升。说明在贝氏体相变过程中碳原子不断地由相通过/界面对相中扩散，导致剩余相中的碳浓度上升;电解分别贝氏体中碳化物，测得碳化物中合金元素含量与钢的原始含量相同。在贝氏体相变过程中铁及合金元素原子不发生扩散。1.恩金贝氏体相变假说在贝氏体相变发生之前奥氏体中已经发生了碳的扩散重新安排，形成了贫碳区和
19、富碳区。在贫碳区发生马氏体相变而形成低碳马氏体，然后马氏体快速回火形成过饱和铁素体和渗碳体的机械棍合物，即贝氏体。在富碳区中首先析出渗碳体，使其碳浓度下降成为贫碳区，然后从新的贫碳区通过马氏体相变形成马氏体，尔后又通过回火成为铁素体加渗碳体的两相机械混合物(贝氏体)。在相变过程中铁及合金元素的原子是不发生扩散的 1.恩金贝氏体相变假说但为什么在Ms点以上会有马氏体型相变发生?CC1MsT11.恩金贝氏体相变假说+说明贝氏体的形成、Bs点的意义和贝氏体中铁素体的碳浓度随等温温度变更而变更等现象局限性：-没有说明贝氏体的形态变更和组织结构等问题。2.柯俊贝氏体相变假说 G=-VGv+S+E Gv：
20、单位体积奥氏体与马氏体的化学自由能差 V：参与相变体积 S：新相表面积 ：奥氏体与马氏体之间的表面张力 E：弹性能2.柯俊贝氏体相变假说2.柯俊贝氏体相变假说该假说认为，贝氏体相变时，相的不断长大和碳从相中的不断脱溶这两个过程是同时发生的，相长大时与奥氏体保持其次类共格关系。贝氏体的长大速度远比同类共格切变型的马氏体的长大速度低，这是因为贝氏体的长大速度受碳原子的扩散脱溶所限制。贝氏体相变的主要驱动力是因碳脱溶而增加的化学自由能差。碳从相中的脱溶可以有两种方式:碳通过相界面从相扩散到相中;碳在相内脱溶沉淀为碳化物。2.柯俊贝氏体相变假说柯俊贝氏体相变假说能够说明:在Ms点以上温度相可以通过马氏
21、体型相变机制形成;按马氏体型相变机制形成的贝氏体的长大速度远低于马氏体的长大速度;在不同温度下形成的贝氏体有着迥然不同的组织形态。不能够说明为何上、下贝氏体都有独立的转变动力学曲线和不同的转变激活能。3.贝氏体的形成过程（1 1）高温区的贝氏体相变）高温区的贝氏体相变 （无碳贝氏体）（无碳贝氏体）在亚共析钢中，由于形成温度高，过冷度小，相变驱动力较小，在亚共析钢中，由于形成温度高，过冷度小，相变驱动力较小，所形成的铁素体板条数量就较少，且宽度较大。所形成的铁素体板条数量就较少，且宽度较大。C C原子在原子在F F中、在中、在A A中都能顺当扩散中都能顺当扩散（2）中温区的贝氏体相变）中温区的贝
22、氏体相变（上贝氏体的形成）（上贝氏体的形成）转变温度转变温度C原子在原子在F中顺当扩散，在中顺当扩散，在A中扩散不充分，进入板条间脱溶析出中扩散不充分，进入板条间脱溶析出 T相变驱动力相变驱动力rKB中中F的量的量板条密集板条密集由于碳在铁素体中的扩散速度大于在奥氏体中的扩散速度，此时碳在由于碳在铁素体中的扩散速度大于在奥氏体中的扩散速度，此时碳在奥氏体中的扩散已经很困难，因而晶界旁边的奥氏体，尤其是两个条状铁奥氏体中的扩散已经很困难，因而晶界旁边的奥氏体，尤其是两个条状铁素体之间的奥氏体中的碳含量将随铁素体的长大而显著上升。当碳浓度上素体之间的奥氏体中的碳含量将随铁素体的长大而显著上升。当碳
23、浓度上升到确定程度时，将在条状铁素体之间析出渗碳体而转变为典型的上贝氏升到确定程度时，将在条状铁素体之间析出渗碳体而转变为典型的上贝氏体组织。由于得不到奥氏体中碳原子的不断补充，这些在铁素体条间析出体组织。由于得不到奥氏体中碳原子的不断补充，这些在铁素体条间析出的渗碳体是不连续的。的渗碳体是不连续的。3.贝氏体的形成过程Fe3C3.贝氏体的形成过程（3）低温区的贝氏体相变（下贝氏体转变）低温区的贝氏体相变（下贝氏体转变）中、高碳钢中、高碳钢奥氏体晶界或晶内贫碳区形成铁素体晶核，按切变奥氏体晶界或晶内贫碳区形成铁素体晶核，按切变共格方式长大成片状或透镜状。共格方式长大成片状或透镜状。T，C不能在
24、奥氏体中扩散，在铁素体中尚有确定不能在奥氏体中扩散，在铁素体中尚有确定的扩散实力的扩散实力在铁素体长大时，碳原子在铁素体晶内沿确定晶面在铁素体长大时，碳原子在铁素体晶内沿确定晶面或亚晶界偏聚，继而析出细片状碳化物。或亚晶界偏聚，继而析出细片状碳化物。与马氏体相变类似，当一片铁素体长大时，会促发与马氏体相变类似，当一片铁素体长大时，会促发其他方向形成片状铁素体，因而形成典型的下贝其他方向形成片状铁素体，因而形成典型的下贝氏体氏体3.贝氏体的形成过程（4）粒状贝氏体的形成）粒状贝氏体的形成粒状粒状B的形成的形成略高于典型上略高于典型上B形成温度形成温度碳的再安排碳的再安排贫碳区贫碳区板条板条F（大
25、致平行）（大致平行）C从从F中通过中通过F/A向向A中扩散中扩散F纵、侧向长大纵、侧向长大推动速度不同推动速度不同F/A相界面凹凸相界面凹凸不平不平侧侧向不匀整长大，彼此向不匀整长大，彼此靠拢靠拢将富将富C的的A区包围区包围5.4 贝氏体相变动力学及其影响因素1.贝氏体等温相变动力学1.贝氏体等温相变动力学2.贝氏体相变时碳的扩散贝氏体相变是在碳原子还能进行扩散的中温区发生的。贝氏体相变主要受碳的扩散所限制，相变速度与相变温度T之间存在下列关系：扩散激活能波尔兹曼常数常数达到确定相变量所需时间*贝氏体转变50%所需时间 的对数与1/T呈直线关系*斜率：计算贝氏体相变的激活能*在上、下贝氏体的分
26、界处(约350左右)直线都有一个转折，这表明限制上、下贝氏体相变的扩散过程激活能是不同的 2.贝氏体相变时碳的扩散1000/T/K-1上、下贝氏体相变分别受碳在奥氏体中和铁素体中的扩散速度所限制上、下贝氏体相变分别受碳在奥氏体中和铁素体中的扩散速度所限制2.贝氏体相变时碳的扩散上贝氏体铁素体的长大速度主要取决于其上贝氏体铁素体的长大速度主要取决于其前沿奥氏体中碳的扩散速度前沿奥氏体中碳的扩散速度;而下贝氏体相变的速度，则主要确定于铁而下贝氏体相变的速度，则主要确定于铁素体内碳化物沉淀的速度素体内碳化物沉淀的速度3.影响贝氏体相变动力学的因素（1）化学成分的影响：C ，C曲线右移（孕育期增加）C
27、o、Al Mn、Ni、Cr、Cu、Mo、W、Si、V和少量的B ，贝氏体相变的温度范围下降，Mn、Ni、Cr影响最显著同时存在，交互作用困难3.影响贝氏体相变动力学的因素（2）奥氏体晶粒大小奥氏体晶界是贝氏体的优先形核部位，奥氏体晶粒，晶界面积，形核部位，贝氏体相变孕育期，形成确定数量贝氏体所需的时间，相变速度。3.影响贝氏体相变动力学的因素（3）奥氏体化温度的影响提高奥氏体化温度或延长时间，一方面使碳化物溶解趋于完全，使奥氏体成分匀整性提高，同时又使奥氏体晶粒长大，因而B相变速度减慢。但是，温度过高或保温时间过长时，又有加速贝氏体相变的作用，即形成确定数量贝氏体所需的时间缩短。3.影响贝氏体
28、相变动力学的因素（4）应力和塑性变形的影响拉应力使贝氏体相变加速。随应力增加，贝氏体相变速度提高。当应力超过其屈服强度时，贝氏体相变速度的提高尤为显著。在奥氏体状态下施加多向压应力，减慢贝氏体相变速度，C曲线右移。3.影响贝氏体相变动力学的因素（4）应力和塑性变形的影响在高温区(1000 800)对奥氏体进行塑性变形，将使贝氏体相变孕育期延长，相变速度减慢，相变不完全程度增加。缘由：高温变形时可能产生两种相反的作用:一方面，塑性变形使奥氏体的晶体缺陷密度增高，有利于碳的扩散，故使贝氏体相变加速;另一方面，奥氏体的塑变形会产生多边化亚结构，破坏晶粒取向的连续性，对铁素体的共格长大不利，故使贝氏体
29、相变减慢。当后者占优势时，贝氏体相变将减慢。在中温区(600 300)对奥氏体进行塑性变形，则贝氏体相变孕育期缩短，相变速度加快。缘由：中温塑性变形不仅使奥氏体中的缺陷密度增高，有利于碳的扩散，而且造成内应力，有利于贝氏体铁素体按切变机制形成，故加快贝氏体相变速度。中温塑性变形不仅促进碳化物析出，而且可以细化贝氏体铁素体晶粒。而高温塑性变形只能细化贝氏体铁素体晶粒。3.影响贝氏体相变动力学的因素（5）奥氏体冷却时在不同温度停留的影响在珠光体相变与贝氏体相变之间的过冷奥氏体稳定区停留(曲线1)时，会加速随后的贝氏体相变速度。由于碳化物析出降低了奥氏体中碳和合金元素的浓度，即降低了奥氏体的稳定性，
30、所以使贝氏体相变加速。3.影响贝氏体相变动力学的因素（5）奥氏体冷却时在不同温度停留的影响在贝氏体形成温度范围的高温区停留，形成部分上贝氏体后再冷却至贝氏体相变的低温区(曲线2)时，将使下贝氏体相变的孕育期延长，降低其转变速度，削减最终贝氏体转变量。这表明高温停留和发生部分贝氏体相变，增大了未转变奥氏体的稳定性。3.影响贝氏体相变动力学的因素（5）奥氏体冷却时在不同温度停留的影响在Ms点稍下温度或在贝氏体形成温度范围的低温区停留，先形成少量 的马氏体或下贝氏体后再上升至较高温度(曲线3)时，先形成的马氏体或下贝氏体都将使随后的贝氏体(下贝氏体或上贝氏体)相变加速。缘由：由于较低温度下的部分相变
31、使奥氏体点阵发生畸变(或应变)，从而加速了贝氏体的形核，即所谓应变促发形核，加速了贝氏体的形成。5.5 钢中贝氏体的机械性能1.影响贝氏体机械性能的主要因素（1）贝氏体中铁素体的影响 s=0+kd-1/2贝氏体的强度与贝氏体中铁素体的晶粒大小符合Hall-Petch公式，即贝氏体中铁素体晶粒(或亚晶粒)愈细小，贝氏体的强度就愈高。贝氏体中铁素体的晶粒大小主要取决于奥氏体晶粒大小(影响铁素体条的长度)和形成温度(影响铁素体条的厚度)，但以后者为主。贝氏体形成温度愈低，铁素体晶粒的整体尺寸就愈小，贝氏体的强度和硬度就愈高。1.影响贝氏体机械性能的主要因素（1）贝氏体中铁素体的影响贝氏体铁素体的过饱
32、和度主要受形成温度的影响，形成温度越低，碳的过饱和度就越大，其强度和硬度增高，但韧性和塑性降低较少。铁素体的亚结构主要是缠结位错。随相变温度降低，位错密度增大，强度和韧性增高。随F的亚结构尺寸减小，贝氏体强度和韧性也增高。1.影响贝氏体机械性能的主要因素（2）贝氏体中渗碳体的影响尺寸、密度：碳化物颗粒尺寸愈细小，数量愈多，对强度的贡献就愈大。在渗碳体尺寸相同状况下，贝氏体中渗碳体数量愈多，则硬度和强度，韧性和塑性。渗碳体的数量主要取决于钢中的碳含量。形态：贝氏体中渗碳体可以是片状、粒状、断续杆状或层状。一般来说渗碳体为粒状时贝氏体的韧性较高，为细小片状时其强度较高，为断续杆状或层状时其脆性较大
33、。1.影响贝氏体机械性能的主要因素（2）贝氏体中渗碳体的影响形态：当钢的成分确定时，随T，r渗碳体，数量，渗碳体形态也由断续杆状或层状向细片状变更，硬度和强度增高，韧性和塑性降低较少。随等温t或T回火，渗碳体将向粒状转化。分布：通常，渗碳体等向匀整弥散分布时，强度较高，韧性较好。若渗碳体定向不匀整分布，则强度较低，且脆性较大。上贝氏体中渗碳体易趋向不匀整分布，且颗粒较粗大，下贝氏体中渗碳体分布较为匀整，且颗粒较细小，所以下贝氏体的强度和韧性要比上贝氏体高很多。1.影响贝氏体机械性能的主要因素（3）其他因素的影响由于奥氏体化温度不同，引起奥氏体的化学成分及其晶粒度发生变更，也会影响贝氏体的性能。
34、由于贝氏体相变的不完全性，导致贝氏体铁素体条间出现残余奥氏体、珠光体以及马氏体(回火马氏体)等非贝氏体组织，也会影响贝氏体的性能。2.贝氏体的强度和硬度贝氏体的强度和硬度随相变温度降低而上升屈服强度的阅历公式：仅适用于细小弥散碳化物的分布状态，只有在碳化物间距小于贝氏体中条状铁素体厚度尺寸时，碳化物弥散度才成为有效的强化因素。所以，低碳上贝氏体的强度事实上完全由贝氏体铁素体的晶粒尺寸所限制。只有在下贝氏体或高碳上贝氏体中，碳化物的弥散强化才有比较明显的贡献。高碳钢的下贝氏体组织具有高的强度和韧性，因此可望具有高的耐磨性。钢中的下贝氏体是最耐磨的组织形态之一。贝氏体中铁素体晶粒尺寸碳化物的密度，
35、个/mm23.贝氏体的韧性韧性是高强度材料的一项重要的性能指标在低碳钢中，上贝氏体的冲击韧性比下贝氏体要低贝氏体组织从上贝氏体过渡到下贝氏体时脆性转变温度突然下降 3.贝氏体的韧性缘由：（1）在上贝氏体中存在粗大碳化物颗粒或断续条状碳化物，也可能存在高碳马氏体(由未转变奥氏体在冷却过程中形成)，所以简洁形成大于临界尺寸的裂纹，并且裂纹一旦扩展，便不能由贝氏体中铁素体之间的小角晶界来阻挡，而只能由大角贝氏体“束”界或原始奥氏体晶界来阻挡。因此上贝氏体组织中裂纹扩展快速快。3.贝氏体的韧性很多中碳合金钢经等温处理获得上贝氏体组织时，其冲击韧性急剧降低，这种现象称为贝氏体脆性。其产生缘由是由于上贝氏
36、体中铁素体条之间的碳化物分布不匀整。此外，在出现贝氏体脆性的相变温度范围内钢的宏观硬度增高，表明这种脆性也与过冷奥氏体在该温度范围内转变不完全，在随后冷却过程中部分转变为马氏体有关。3.贝氏体的韧性缘由：（2）在下贝氏体组织中，较小的碳化物颗粒不易形成裂纹，即使形成裂纹也难以达到临界尺寸，即使形成解理裂纹，其扩展也将受到大量弥散碳化物颗粒和位错的阻挡。因此，裂纹形成后也不易扩展，常常被抑制而必需形成新的裂纹，因而脆性转折温度降低。所以，下贝氏体组织不仅强度较高，而且冲击韧性要比强度稍低的上贝氏体组织要高得多。碳化物的形态和分布碳化物的形态和分布上上B：Fe3C分布分布F条间且粗大条间且粗大易在
37、易在F-Fe3C界面界面处产生裂纹处产生裂纹易传播易传播下下B：Fe3C分布分布F片内且细小片内且细小不易产生裂纹，不易产生裂纹，若存在也被若存在也被Fe3C和位错阻挡和位错阻挡3.贝氏体的韧性贝氏体的韧性珠光体转变、贝氏体转变、马氏体珠光体转变、贝氏体转变、马氏体转变比较转变比较内容内容珠光体珠光体转变转变贝贝氏体氏体转变转变马马氏体氏体转变转变温度范温度范围围高温高温中温中温低温低温转变转变上限温度上限温度A A1 1B Bs sM Ms s领领先相先相渗碳体或渗碳体或铁铁素体素体铁铁素体素体无无形核部位形核部位奥氏体晶界奥氏体晶界上上贝贝氏体在晶界氏体在晶界下下贝贝氏体大多在晶内氏体大多在晶内晶内晶内转变时转变时点点阵阵切切变变无无尚无定尚无定论论有有碳原子的碳原子的扩扩散散有有有有基本无基本无扩扩散散铁铁及合金元素原子的及合金元素原子的扩扩散散有有无无无无等温等温转变转变完全性完全性完全完全不完全不完全不完全不完全平衡平衡/非平衡非平衡平衡平衡转变转变非平衡非平衡转变转变非平衡非平衡转变转变转变产转变产物物+Fe+Fe3 3C C+Fe+Fe3 3C C（或（或）