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1、固态相变第四章第1页，本讲稿共24页第二节第二节 贝氏体组织形态和晶体学贝氏体组织形态和晶体学一.无碳化物贝氏体 P149在靠近BS的温度处形成这种贝氏体，是由F+A组成。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.BF与A的位向关系为K-S关系，惯习面为111A。第2页，本讲稿共24页二.上贝氏体(B上)B上在B转变的较高温度区域内形成，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。光镜下为羽毛状电镜下为一
2、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，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。BF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。第3页，本讲稿共24页三.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。片内存在细小碳化物，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？第4页，本讲稿共24页四.粒状贝
3、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。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5页，本讲稿共24页第三节第三节 贝氏体转变动力学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，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
4、，如图。第6页，本讲稿共24页 二二.转变时碳的扩散转变时碳的扩散 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。碳含量碳含量=0.48%在等温转变在等温转变孕育期孕育期期间期间,奥奥氏体的氏体的碳含量碳含量已经有了明已经有了明显的显的提高提高,这意味着在奥氏这意味着在奥氏体中已出现了局部小范围体中已出现了局部小范围的低碳区的低碳区,为形成低碳的贝为形成低碳的贝氏体铁素体作好了准备。氏体铁素体作好了准备。随贝氏体转变的进行随贝氏体转变的进行,奥奥氏体氏体碳含量不断升高碳含量不断升高.孕育期第7页，本讲稿共24页碳含量
5、=1.18%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.孕育期第8页，本讲稿共24页碳含量=1.39%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.贝氏体转变时，由于温度较高，会存在碳原子的扩散。根据基体碳含量不同，扩散情况不同。孕育期第9页，本讲稿共24页三.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
6、化温度越高，奥氏体化时间越长，转变速度先降后增。G=-GV+V +第10页，本讲稿共24页第四节第四节 贝氏体转变热力学及转变机制贝氏体转变热力学及转变机制一一.贝氏体转变热力学贝氏体转变热力学 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相变驱动力最大以切变方式进行，驱动力为180J/mol，而在BS时相变的阻力在600 J/mol以上计算表明，后两种情况不可能，即(2)、(3)中的
7、1和都是热力学不稳定的，最终要分解为平衡相和Fe3C第11页，本讲稿共24页二、二、贝氏体转变过程贝氏体转变过程 1.无碳化物贝氏体(高温范围转变)，组织为F+A(富碳).贫碳区F形核碳向A中扩散可远离界面温度高碳越过界面扩散可至平衡浓度CF长大长大F继续形核继续形核 A富化富化 析出渗碳体析出渗碳体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第12页，本讲稿共24页2.上贝氏体转变(中温范围转变，在350550之间)，组织为F+Fe3C.贫碳区F形核C温度较高碳越过界面扩散可至平衡浓度碳不能远程扩散界面堆积析出Fe3CF长大长大呈羽毛状呈羽毛状上
8、贝氏体的转变速度受碳在A中扩散控制第13页，本讲稿共24页3 下贝氏体转变(低温范围转变，低于350)贫碳区F形核碳过饱和温度低碳不能越过界面在F内部扩散F长大长大一定晶面上析出Fe3C，降低能量下贝氏体转变速度受碳在F中的扩散所控制第14页，本讲稿共24页珠光体、贝氏体、马氏体转变主要特征珠光体、贝氏体、马氏体转变主要特征内内 容容珠光体转变珠光体转变贝氏体转变贝氏体转变马氏体马氏体转变转变温度范围温度范围高高 温温中中 温温低低 温温转变上限温度转变上限温度A1BSMS领先相领先相渗碳体或铁素体渗碳体或铁素体铁素体铁素体形核部位形核部位奥氏体晶界奥氏体晶界上贝氏体在晶上贝氏体在晶界界,下贝
9、氏体大下贝氏体大多在晶内多在晶内在晶内在晶内转变时点阵切变转变时点阵切变无无？有有碳原子的扩散碳原子的扩散有有有有基本上基本上无无铁及合金元素原子铁及合金元素原子的扩散的扩散有有无无无无等温转变完全性等温转变完全性完完 全全视转变温度定视转变温度定不完全不完全转变产物转变产物+Fe3C+Fe3C 或或-Fe2-3C第15页，本讲稿共24页第五节第五节 贝氏体的力学性能贝氏体的力学性能 P236一.贝氏体的强度(硬度)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.影响强度的因素：(1)F条(片)的粗细(2)碳化物质点的 大小与分布(3)F的过饱和度，位错亚结构密
10、度第16页，本讲稿共24页形成温度越低，条(片)越细，强度越高原因：F条(片)越细，晶界越多，贝氏体强度越高形成温度愈低时，碳化物颗粒愈小、越多，强度越高原因：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。形成温度低时，过饱和度增加，强度增高原因：贝氏体形成温度低，碳原子不易通过界面扩散，F的过饱和度随之增加，位错密度增加，强度增加。因此，贝氏体形成温度越低，强度越高。第17页，本讲稿共24页二.贝氏体的韧性 在350以上时，组织中大部分为上贝氏体时，冲击韧性会大大下降，如图。原因：(1)脆性Fe3C分布于F条间，造
11、成脆性通道;(2)上贝氏体的有效晶粒直径远大于下贝氏体。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上贝氏体上贝氏体第18页，本讲稿共24页合金元素CSiMnCr含量（重量%）0.410.30.650.9540Cr钢的化学成分AC1=723+25Si-7Mn+15Cr+40Mo+15Ni+30W+50V()AC3=854-180C+44Si-14Mn-1.7Cr-17.8Ni()判定40Cr不同温度淬火后的组织。淬火温度/组织720750770790 810习 题 第19页，本讲稿共24页 亚共析钢不同温度加热、淬火后的硬度变化亚共析钢不同温度加热、淬火后的硬度变化根据经验公式AC1=742AC3=783答 案 第20页，本讲稿共24页 20钢,940加热，淬冰盐水组织：M12钢,780加热，淬火组织：M+Fe3C第21页，本讲稿共24页T8钢,780加热，淬冰盐水组织：MT8钢,1100加热，淬冰盐水组织：粗大M第22页，本讲稿共24页铸铁：淬火 组织：M18CrNiW：870加热，100时炉冷组织：粒状B第23页，本讲稿共24页T8：900加热，300等温5分钟水冷组织：B下+M60Si2Mn：900加热，420等温5分钟水冷组织：B上+M第24页，本讲稿共24页