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1、11.4.7贝氏体转变2为为纪纪念念美美国国著著名名冶冶金金学学家家BainBain，中中温温转转变变被被命命名名为为贝贝氏氏体体转转变变，转转变变所所得得产产物物则则被被称称为为贝贝氏氏体。体。英英文文BainiteBainite，用用B B表示表示37.1 7.1 贝氏体转变的基本特征贝氏体转变的基本特征 B B转变有一个温度范围转变有一个温度范围 B B转转变变产产物物是是由由相相与与碳碳化化物物组组成成的的非非层层片片状状机机械混合物械混合物 B B转变也是一个形核和长大过程转变也是一个形核和长大过程 B B转变过程中只有碳原子的扩散转变过程中只有碳原子的扩散 B B转变也能产生表面浮
2、凸：转变也能产生表面浮凸：M M是是N N形，形，B B为为V V形形 B B中中铁铁素素体体具具有有一一定定的的惯惯习习面面，并并与与母母相相A A之之间间保持一定的晶体学位向关系（分歧重大）保持一定的晶体学位向关系（分歧重大）4 B转转变变的的不不完完全全性性：一一般般不不能能进进行行到到底底；通通常常随随转转变温度的升高，转变的不完全程度增大变温度的升高，转变的不完全程度增大随随转转变变温温度度升升高高，转转变变的的不不完完全全程程度度增增大大：温温度度越越高高，A与与B之之间间的的自自由由能能差差减减小小，从从而而使使得得转转变变的的驱驱动动力力减减小小；温温度度越越高高，越越有有利利
3、于于碳碳原原子子的的扩扩散散而而形形成成柯柯氏氏气团，从而增强未转变气团，从而增强未转变A的热稳定性。的热稳定性。B转转变变的的不不完完全全：一一方方面面，B总总是是优优先先在在A中中贫贫碳碳区区形形成成，随随着着B转转变变量量的的增增加加，碳碳不不断断向向A中中扩扩散散而而使使得得未未转转变变A中中的的碳碳浓浓度度越越来来越越高高，从从而而增增加加A的的化化学学稳稳定定性性而而使使B转转变变难难于于进进行行；另另一一方方面面，贝贝氏氏体体的的比比容容比比A大大，产产生生一一定定的的机机械械稳稳定定化化作作用用，也也不不利利于于B转变的继续进行。转变的继续进行。5内内 容容 P P转变转变B
4、B转变转变M M转变转变温度范围温度范围 高温高温中温中温低温低温转变上限温度转变上限温度 A A1 1B BS SM MS S领先相领先相K K或或F F铁素体铁素体形核部位形核部位A A晶界晶界B B上上在晶界在晶界B B下下大多在晶内大多在晶内转变时点阵切变转变时点阵切变无无有有有有碳原子的扩散碳原子的扩散有有有有基本上无基本上无铁及合金原子的扩散铁及合金原子的扩散有有无无无无等温转变完全性等温转变完全性完全完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+Fe+Fe3 3C C+Fe+Fe3 3C()C()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67
5、.2 7.2 贝氏体的组织形态和亚结构贝氏体的组织形态和亚结构由由于于BF和和碳碳化化物物的的形形态态与与分分布布情情况况多多变变，使使B显显微组织呈现为多种形态。据此，通常将微组织呈现为多种形态。据此，通常将B分为：分为：下贝氏体下贝氏体上贝氏体上贝氏体无碳化物贝氏体无碳化物贝氏体粒状贝氏体粒状贝氏体反常贝氏体反常贝氏体柱状贝氏体柱状贝氏体贝贝氏氏体体上上贝贝氏氏体体、下下贝贝氏氏体体最最常常见见，粒粒状状贝贝氏氏体体次次之之，其其余余的的较为少见。较为少见。7是是一一种种单单相相组组织织，由由大大致致平平行行的的F F板板条条组组成成，F F板板条条自自A A晶晶界界形形成成，成成束束地地
6、向向一一侧侧晶晶粒粒内内长长大大，在在F F板板条条之之间间为为富富碳碳的的A A。F F板板条条较较宽宽、间间距距较较大大，随随转转变变温温度度下下降降，F F板板条条变变窄窄、间距缩小。间距缩小。无碳化物贝氏体无碳化物贝氏体 形成温度范围形成温度范围在在B转变的最高温度范围内形成。转变的最高温度范围内形成。组织形态组织形态8 晶体学特征及亚结构晶体学特征及亚结构无无碳碳贝贝氏氏体体形形成成时时也也具具有有浮浮凸凸效效应应，其其铁铁素素体体的的惯习面为惯习面为111，位向关系为，位向关系为KS关系；关系；亚结构：铁素体内有一定数量的位错。亚结构：铁素体内有一定数量的位错。在在F F板板条条之
7、之间间的的富富碳碳A，在在随随后后的的冷冷却却过过程程中中可可能能转转变变为为P、B、M或或保保持持不不变变。所所以以说说无无碳碳化化物物贝贝氏氏体不能单独存在。体不能单独存在。9在在B B转转变变区区的的较较高高温温度度范范围围内内形形成成，对对于于中中、高高碳碳钢钢约约在在350350550550范范围围内内形形成成，所所以以上上贝贝氏氏体体也也称高温贝氏体。称高温贝氏体。上贝氏体上贝氏体 形成温度范围形成温度范围上上贝贝氏氏体体是是一一种种两两相相组组织织，是是由由条条状状相相与与粒粒状状和和条条状状碳碳化化物物组组成成的的非非层层片片状状机机械械混合物混合物。组织形态组织形态10成成束
8、束的的大大致致平平行行的的相相板板条条，自自A A晶晶粒粒晶晶界界的的一一侧侧或或两两侧侧向向A A晶晶粒粒内内部部长长大大，粒粒状状或或条条状状渗渗碳碳体体(有有时时还有残余还有残余A)A)分布于分布于相板条之间，整体呈羽毛状。相板条之间，整体呈羽毛状。11F F的惯习面为的惯习面为111111，位向关系接近于，位向关系接近于K KS S关系关系;亚结构为位错，位错密度较高，能形成缠结。亚结构为位错，位错密度较高，能形成缠结。碳碳含含量量：随随碳碳含含量量的的增增加加，B B上上中中的的相相板板条条更更多多、更更薄薄，渗渗碳碳体体的的形形态态由由粒粒状状、链链球球状状转转变变为为短短杆杆状状
9、，渗渗碳碳体体数数量量增增多多，不不但但分分布布于于相相之之间间，而而且可能分布于各且可能分布于各相内部。相内部。形形成成温温度度：随随形形成成温温度度的的降降低低，相相变变薄薄，渗渗碳碳体更小，且更密集。体更小，且更密集。影响影响B上上组织形态的因素组织形态的因素 晶体学特征及亚结构晶体学特征及亚结构12与与上上贝贝氏氏体体一一样样，下下贝贝氏氏体体也也是是一一种种两两相相组组织织，由由相与碳化物组成。相与碳化物组成。下贝氏体下贝氏体 形成温度范围形成温度范围一般在一般在350Ms之间的低温区。之间的低温区。组织形态组织形态13相相的的立立体体形形态态，呈呈片片状状或或透透镜镜片片状状，在在
10、光光学学显显微微镜镜下下呈呈针针状状，与与片片M M相相似似。形形核核部部位位大大多多在在A A晶晶界界上上，也也有有相相当当数量位于数量位于A A晶内。晶内。碳碳化化物物为为CemCem或或-碳碳化化物物，碳碳化化物物呈呈细细片片状状或或颗颗粒粒状状，排排列列成成行行，约约以以5555 6060 角角度度与与B下下的的长长轴轴相相交，并且仅分布在交，并且仅分布在F F片内部。片内部。钢钢的的化化学学成成份份、A A晶晶粒粒度度和和均均匀匀化化程程度度，对对B下下的的组组织织形态影响较小。形态影响较小。14B下下中中相相的的惯惯习习面面比比较较复复杂杂，有有人人测测得得为为110110，有有人
11、人测测得得为为254254及及569569；B B下下中中相相与与A A之之间间的的位位向向关关系系为为K KS S关系；关系；亚结构：为位错，无孪晶；亚结构：为位错，无孪晶；B下下形形成成时时也也会会产产生生表表面面浮浮凸凸现现象象，但但形形状状与与B B上上不不同同。B B上上中中浮浮凸凸大大致致平平行行，而而B B下下中中往往往往相交呈相交呈“”形。形。晶体学特征及亚结构晶体学特征及亚结构15其其组组织织是是由由F和和富碳的富碳的A组成组成。形成温度范围形成温度范围稍高于稍高于B上上的形成温度的形成温度 组织形态组织形态 粒状贝氏体粒状贝氏体主主要要存存在在于于低低、中中碳碳合合金金钢钢
12、中中，以以一一定定的的速速度度连连续续冷冷却却获获得得，如如正正火火、热热轧轧后后的的空空冷冷、焊焊缝缝的的热热影影响响区等，后来的研究发现等温也可以形成。区等，后来的研究发现等温也可以形成。16F F呈块状呈块状(由由F F针片组成针片组成)；富富碳碳的的A A呈呈条条状状，在在F F基基体体上上呈不连续分布。呈不连续分布。F F的的C%C%很很低低，接接近近平平衡衡状状态态，而而A A的的C%C%却很高。却很高。富富碳碳A A在在随随后后的的冷冷却却过过程程中中可能发生三种不同的转变：可能发生三种不同的转变：l部分或全部分解为部分或全部分解为F F和碳化物；和碳化物；l可可能能部部分分转转
13、变变为为孪孪晶晶片片状状M M，形形成成“M MA A”组织；组织；l可能全部保留下来成为残余可能全部保留下来成为残余A A。17可存在于过共析钢中可存在于过共析钢中形成温度在形成温度在350350稍上稍上呈呈现现F F夹夹在在两两片片渗渗碳碳体体中间的组织形态中间的组织形态 反常贝氏体反常贝氏体18一般存在于高碳碳素钢或高碳中合金钢中一般存在于高碳碳素钢或高碳中合金钢中当温度处于下贝氏体形成温度范围时出现当温度处于下贝氏体形成温度范围时出现 柱状贝氏体柱状贝氏体F呈放射状，碳化物分布在呈放射状，碳化物分布在F内部；内部；形成时不产生表面浮凸。形成时不产生表面浮凸。19日日本本的的大大森森在在
14、研研究究低低碳碳低低合合金金高高强强钢钢时时发发现现，在在某某些些钢钢中中的的贝贝氏氏体体可可以以明明显显地地分分为为三三类类，分分别别把把这这三三类类B B称称为为第第一一类类、第第二二类类和和第第三三类类贝贝氏氏体体，并并用用B B、B B、B B分别表示。分别表示。低碳低合金钢中的低碳低合金钢中的B、B、BB B约在约在600600500500之间形成，无碳化物析出；之间形成，无碳化物析出；20B B约在约在500500450450之间形成，碳化物在之间形成，碳化物在F F之间析出；之间析出；B B约在约在450450MsMs之间形成，碳化物分布在之间形成，碳化物分布在F F内部。内部。
15、21 贝氏体转变过程贝氏体转变过程 贝氏体转变的两个基本过程贝氏体转变的两个基本过程7.3 7.3 贝氏体转变过程及其热力学分析贝氏体转变过程及其热力学分析B上上、B下下均均是是由由铁铁素素体体和和碳碳化化物物组组成成的的复复相相组组织织，因因此此，贝贝氏氏体体转转变变应应当当包包含含铁铁素素体体的的成成长长和和碳碳化化物物的的析析出出这这两两个个基基本本过过程程；铁素体是领先相。铁素体是领先相。下贝氏体下贝氏体上贝氏体上贝氏体无碳化物贝氏体无碳化物贝氏体粒状贝氏体粒状贝氏体反常贝氏体反常贝氏体柱状贝氏体柱状贝氏体贝贝氏氏体体两两个个基基本本过过程程决决定定了了B中中两两个个基基本本组组成成相
16、相的的形形态态、分布和尺寸，进而决定整个分布和尺寸，进而决定整个B的组织形态和性能。的组织形态和性能。22 奥氏体中碳的再分配奥氏体中碳的再分配贝氏体贝氏体铁素体铁素体碳化物碳化物过冷奥氏体过冷奥氏体贝氏体贝氏体必必须须通通过过碳碳的的扩扩散散来来形形成成富富碳碳区区和和贫贫碳碳区区，以满足新相形核时所必需的浓度条件以满足新相形核时所必需的浓度条件低碳相低碳相高碳相高碳相23A点点阵阵常常数数的的变变化化对对应应着着碳碳含含量量的的变变化化，碳碳含含量量增增大大，奥奥氏氏体体的的点点阵阵常数增大。常数增大。说说明明等等温温处处理理过过程程中中贝贝氏氏体体转转变变时时发发生生了了碳的再分配。碳的
17、再分配。等等温温时时B转转变变量量与与持持续续时时间间的关系的关系等等温温时时残残A的的点点阵阵常常数数与与持持续续时时间间的关系的关系24铁素体铁素体碳化物碳化物贝氏体贝氏体过过冷冷A必必须须通通过过碳碳的的扩扩散散来来形形成成富富碳碳区区和和贫贫碳区，以满足新相形核时所必需的浓度条件碳区，以满足新相形核时所必需的浓度条件低碳相低碳相高碳相高碳相 B中中F的形成及其碳含量的形成及其碳含量如何形成贝氏体中的铁素体？如何形成贝氏体中的铁素体？长期以来有着种种见解长期以来有着种种见解25柯俊等人最早提出的柯俊等人最早提出的BFBF是按切变方式形成的理论是按切变方式形成的理论持持切切变变机机理理观观
18、点点的的人人认认为为，BFBF中中的的C C含含量量是是过过饱饱和和的的，其其含含量量与与转转变变温温度度有有关关，在在某某一一温温度度下下形形成成的的BFBF中中的的碳碳含含量量，应应相相当当于于以以该该温温度度为为M MS S点点的的奥奥氏氏体体的含碳量。的含碳量。奥氏体中贫碳区奥氏体中贫碳区析出了碳化物析出了碳化物保温过程保温过程贝氏体中的铁素体贝氏体中的铁素体切变方式切变方式26若以亚共析钢为例：若以亚共析钢为例：当当C0成成分分的的A被被过过冷冷到到低低于于BS点点的的 t 温温度度时时，它它已已处处于于Acm延延长长线线的的下下侧侧，这这意意味味着着碳碳在在A中处于过饱和状态。中处
19、于过饱和状态。从从热热力力学学条条件件看看，碳碳应应具具有有从从A中中析析出出的的倾倾向向，因因此此A中必将发生碳的再分配，从而形成贫碳区和富碳区。中必将发生碳的再分配，从而形成贫碳区和富碳区。当当贫贫碳碳区区的的碳碳含含量量降降低低到到MS线线以以左左时时，于于是是便便发发生生马马氏体转变，从而形成氏体转变，从而形成BF。27 碳化物相的成分和类型碳化物相的成分和类型当当钢钢中中Si较较高高时时，由由于于Si强强烈烈延延缓缓渗渗碳碳体体的的沉沉淀淀，因因而而在在B下下中中很很难难形形成成渗渗碳碳体体，而而基基本本是是-碳碳化化物物。在在其其它它钢钢的的B下下中碳化物为渗碳体与中碳化物为渗碳体
20、与-碳化物的混合物，或全为渗碳体；碳化物的混合物，或全为渗碳体；一一般般地地，形形成成温温度度越越低低、持持续续时时间间越越短短，出出现现-碳碳化化物物的的可可能性越大。能性越大。碳化物中合金元素的含量碳化物中合金元素的含量钢中合金元素的平均含量。钢中合金元素的平均含量。碳化物相碳化物相渗碳体渗碳体-碳化物碳化物上贝氏体上贝氏体钢的成分钢的成分形成温度形成温度持续时间持续时间下贝氏体下贝氏体28B B转变的驱动力同样是新旧两相之间的自由能之差转变的驱动力同样是新旧两相之间的自由能之差 贝氏体转变的热力学分析贝氏体转变的热力学分析 贝氏体转变的驱动力贝氏体转变的驱动力因而因而B转变不需要转变不需
21、要M转变那样大的过冷度转变那样大的过冷度B B转转变变时时A A中中碳碳发发生生了了再再分分配配，使使F F中中碳碳含含量量降降低低导导致致F F的的自自由由能能降降低，从而低，从而GGV V增大增大B B与与A A的的之之间间的的比比容容差差，小小于于M M与与A A之之间间的的比比容容差差，因此因此减小减小29 B BS S点及其与钢成分的关系点及其与钢成分的关系Bs点点就就是是A和和B之之间间的的自自由由能能差差达达到到相相变变所所需需要要的的最最小小驱驱动动力力值值时时的的温温度度。高高于于Bs点点则则贝贝氏氏体体转转变变不不能能进行。进行。上上式式适适用用于于下下列列成成分分的的钢钢
22、：C=0.10.55%,Cr3.5%,Mn=0.21.7%,Mo1.0%,Ni5%。钢钢中中碳碳和和合合金金元元素素对对BS点点的的影影响响，可可用用下下面面的的经经验验公式表示：公式表示：钢中加入钢中加入A稳定化元素，将使稳定化元素，将使Bs点降低。点降低。307.4 7.4 贝氏体转变机理贝氏体转变机理铁素体铁素体碳化物碳化物贝氏体贝氏体低碳相低碳相高碳相高碳相说明说明B相变过程中伴随有碳原子的扩散相变过程中伴随有碳原子的扩散B B形成时在形成时在光滑试样表光滑试样表面产生浮凸面产生浮凸BFBF与母相与母相A A之间保持第二之间保持第二类共格关系并具有一定类共格关系并具有一定的晶体学位向关
23、系的晶体学位向关系说明说明BF的形成是的形成是M相变相变31因此，一般认为因此，一般认为B相变是相变是M相变加碳原子的扩散。相变加碳原子的扩散。但但为为什什么么在在MS点点以以上上会会有有M相相变变发发生生，这这是是B转转变变机机制制必必须须首首先先回回答答的的问问题题。目目前前存存在在两两种种假假说说：恩恩金金B相变假说和柯俊相变假说和柯俊B相变假说。相变假说。恩金恩金B B相变假说相变假说恩恩金金认认为为B B相相变变属属于于M M相相变变性性质质，由由于于在在随随后后等等温温过过程程中中析析出出碳碳化化物物而而形形成成B B，于于是是提提出出了了贫贫富富碳碳理理论论假说。假说。该该假假说
24、说认认为为，在在B B发发生生之之前前，A A中中已已经经发发生生了了C C原原子子的扩散与再分布，形成了富碳的扩散与再分布，形成了富碳A A区和贫碳区和贫碳A A区。区。32在相变过程中铁和合金元素的原子都不发生扩散在相变过程中铁和合金元素的原子都不发生扩散贫碳贫碳A区区富碳富碳A区区Ms点点等等温温过过程程中中贫碳贫碳A达到达到Ms点点温度则转变为温度则转变为MM再分解为低再分解为低C的的F和碳化物所和碳化物所组成的组成的B碳化物碳化物贫碳贫碳A区区转变为转变为M分解为分解为B33 柯俊柯俊B B相变假说相变假说恩金假说没有解释：恩金假说没有解释：B的形态变化和组织结构等问题的形态变化和组
25、织结构等问题恩金假说能够解释恩金假说能够解释贝氏体的形成贝氏体的形成BS点的意义点的意义BF的的C%随温度变化而变化随温度变化而变化根据相变理论，形成马氏体时系统自由能的变化为根据相变理论，形成马氏体时系统自由能的变化为根根据据热热力力学学条条件件，马马氏氏体体相相变变只只有有G为为负负值值，即即在在M MS S点以下时才能进行。点以下时才能进行。34那那么么，在在M MS S点点以以上上温温度度，以以M M相相变变机机制制进进行行转转变变的的B B相变是如何满足热力学条件的呢？相变是如何满足热力学条件的呢？柯柯俊俊认认为为，在在M MS S点点以以上上温温度度时时，若若相相变变的的进进行行能
26、能够够使使Gv值值增增大大、使使V值值减减小小，从从而而使使G达达到到负负值值，则则M相变也可以发生。相变也可以发生。B B转转变变时时A A中中碳碳发发生生了了再再分分配配，使使F F中中碳碳含含量量降降低低导导致致F F的的自自由由能降低，从而能降低，从而GGV V增大增大B B与与A A的的之之间间的的比比容容差差小小于于M M与与A A之间的比容差，因此之间的比容差，因此减小减小此外，形成温度高、长大速度慢、此外，形成温度高、长大速度慢、A强度低，都使强度低，都使A塑变和共格界面移动所需要克服的阻力减小。塑变和共格界面移动所需要克服的阻力减小。35贝贝氏氏体体转转变变包包括括BFBF的
27、的形形成成以以及及碳碳化化物物的的析析出出。长长期期以以来来，围围绕绕着着这这两两个个问问题题进进行行着着争争论论。在在争争论论中中最最主要的是切变机制与台阶机制之争。主要的是切变机制与台阶机制之争。贝氏体转变的机制贝氏体转变的机制柯柯俊俊最最先先发发现现：B B转转变变与与M M转转变变一一样样，在在形形成成BFBF时时也也能能在在抛抛光光表表面面引引起起浮浮凸凸，以以后后又又发发现现魏魏氏氏铁铁素素体体形形成时也能引起浮凸。成时也能引起浮凸。据据此此，认认为为魏魏氏氏铁铁素素体体即即BFBF，BFBF与与M M一一样样，也也是是通通过切变机制形成的。过切变机制形成的。贝氏体转变的切变机制贝
28、氏体转变的切变机制36但但由由于于B B转转变变时时碳碳原原子子尚尚能能扩扩散散，这这就就导导致致B B转转变变与与M M转变的不同、以及转变的不同、以及B B组织的多样性。组织的多样性。37在在BFBF形形成成后后，BFBF中中过过饱饱和和碳碳可可以以通通过过界界面面很很快快进进入入A A中中而而使使BFBF的的碳碳含含量量降降低低到到平平衡衡浓浓度度。通通过过界界面面进进入入A A中中的的碳碳也也能能很很快快地地向向A A纵纵深深扩扩散散，如如果果A A的的含含碳碳量量并并不不高高，不不会会因因为为BFBF的的形形成成而而析析出出碳碳化化物物，因因此此得得到到的是的是BFBF及富碳及富碳A
29、 A，即无碳化物，即无碳化物B B，也包括魏氏，也包括魏氏F F。高温范围的转变（无碳化物贝氏体）高温范围的转变（无碳化物贝氏体）原原A晶界晶界BF富碳富碳A A由由于于温温度度高高，初初形形成成的的F F中中碳碳的的过过饱饱和和度度很很小小，且且碳碳在在F F和和A A中中的的扩扩散散能能力均很强。力均很强。38通通过过界界面面由由BFBF扩扩散散进进入入A A中中的的碳碳原原子子已已不不可可能能向向A A中中纵纵深深扩扩散散，尤尤其其是是两两相相邻邻F F条条之之间间的的A A中中的的碳碳更更不不可可能能向向外外扩扩散散。故故界界面面附附近近的的A A，尤尤其其是是两两F F条条之之间间的
30、的A A中中的的碳碳将将随随BFBF的的长长大大而而显显著著升升高高，当当超超过过A A溶溶解解度度极极限时，将自限时，将自A A中析出碳化物而形成羽毛状的中析出碳化物而形成羽毛状的B B上上。中温范围的转变（上贝氏体）中温范围的转变（上贝氏体）在在350350550550的的中中温温范范围围转转变变时时，转转变变初初期期与与高高温温范范围围的的转转变变基基本本一一样样，但但此此时时的的温温度度已已比比较较低低，碳碳在在A A中中的的扩散已变得困难。扩散已变得困难。39C C在在BFBF中中的的过过饱饱和和度度很很大大，又又不不能能通通过过界界面面进进入入A A，只只能能以以碳碳化化物物形形式
31、式在在BFBF内内部部析析出出。随随着着碳碳含含量量降降低低，BFBF的的自自由由能能将将下下降降以以及及比比容容缩缩小小所所导导致致的的的的下下降降，将使已形成的将使已形成的BFBF片进一步长大而得到片进一步长大而得到B B下下。低温范围的转变（下贝氏体）低温范围的转变（下贝氏体）在在350350以以下下转转变变时时，由由于于温温度度低低，初初形形成成的的BFBF的的C%C%高高，故故BFBF的的形形态态已已由由板板条条状状转转变变为为透透镜镜片片状状。此此时时，不不仅仅C C难难以以在在A A中中扩扩散散，就就是是在在BFBF中中也也难以作较长距离的扩散。难以作较长距离的扩散。4041一一
32、般般认认为为，在在某某些些低低碳碳钢钢中中出出现现的的粒粒状状B B，是是由由无无碳碳化物化物B B演变而来的。演变而来的。当当无无碳碳化化物物B B针针长长大大到到彼彼此此汇汇合合时时，剩剩下下的的岛岛状状富富碳碳A A便便为为BFBF所所包包围围，沿沿BFBF条条间间呈呈条条状状断断续续分分布布。因因钢钢的的碳碳含含量量较较低低，剩剩余余A A中中的的碳碳含含量量也也不不超超过过其其溶溶解解度度极极限，故不会析出碳化物，因而形成粒状限，故不会析出碳化物，因而形成粒状B B。综综上上所所述述，不不同同形形态态的的BF都都是是通通过过切切变变机机制制形形成成的的，只只是是因因为为形形成成温温度
33、度不不同同，使使BF中中的的碳碳脱脱溶溶及及碳碳化化物物的形成方式不同而导致的形成方式不同而导致B组织形态的不同。组织形态的不同。粒状贝氏体的形成粒状贝氏体的形成42为为什什么么B B转转变变所所引引起起的的浮浮凸凸不不同同于于M M转转变变所所引引起起的浮凸？的浮凸？为为什什么么BFBF与与A A之之间间的的晶晶体体学学位位向向关关系系不不同同于于M M与与A A之间的位向关系？之间的位向关系？为什么透镜片状为什么透镜片状BFBF中没有孪晶？中没有孪晶？为为什什么么B B下下中中的的碳碳化化物物的的分分布布与与回回火火M M中中碳碳化化物物分分布明显不同？布明显不同？按按切切变变机机制制，B
34、FBF应应是是片片状状，但但为为什什么么上上贝贝氏氏体体中中BFBF接近针状？接近针状？切变机制存在的问题切变机制存在的问题43AaronsonAaronson等等人人强强调调，B B是是非非层层状状共共析析反反应应产产物物，亦亦即即B B转转变变是是一一种种特特殊殊的的共共析析反反应应。他他们们认认为为，B B转转变变与与P P转变或转变或M M转变不同，是通过台阶机制长大的。转变不同，是通过台阶机制长大的。贝氏体转变的台阶机制贝氏体转变的台阶机制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，界界面面两两侧侧的的与与有有一一定定的的位位向向关关系系，在在半半共共界界面面上上存存在在
35、着着柏柏氏氏矢矢量量与与界界面面平行的刃型位错。平行的刃型位错。44界界面面由由位位错错和和台台阶阶组组织织成成。台台阶阶的的端端面面为为非非共共格格界界面面。这这样样的的界界面面活活动动能能力力很很高高，易易于于向向侧侧面面移移动而使水平面向上推移。动而使水平面向上推移。贝贝氏氏体体长长大大的的台台阶阶机机制制中中，关关于于台台阶阶的的来来源源，目目前为止，尚未完全弄清。前为止，尚未完全弄清。45与与P P转变相同，转变相同，B B的等温动力学曲线也具有的等温动力学曲线也具有S S形。形。B的等温动力学曲线的等温动力学曲线7.5 7.5 贝氏体转变动力学贝氏体转变动力学 贝氏体转变动力学的特
36、点贝氏体转变动力学的特点 贝氏体转变速度比马氏体转变速度慢很多贝氏体转变速度比马氏体转变速度慢很多原因：一般认为原因：一般认为B长大速度受碳原子从长大速度受碳原子从F中脱溶速度控制。中脱溶速度控制。46一一般般B B转转变变量量随随温温度度降降低低最最大大转转变变量量增增加加。等等温温温度愈高，愈接近温度愈高，愈接近Bs点，等温转变量愈少。点，等温转变量愈少。贝氏体转变的不完全性贝氏体转变的不完全性与与P P转变重叠：转变重叠：P P转变在先，转变在先，B B转变在后；转变在后；与与M M转转变变重重叠叠：当当M Ms s较较高高时时，在在M Ms s以以下下可可先先形形成成一定数量的一定数量
37、的M M，而后发生，而后发生B B转变。转变。可能与珠光体和马氏体转变重叠可能与珠光体和马氏体转变重叠B的等温动力学曲线的等温动力学曲线47B B转转变变的的等等温温形形成成图图也也具具有有C C字字形形，在在B Bs s温温度度以以下下，随随等温温度降低，孕育期先减后增，具有一个鼻子；等温温度降低，孕育期先减后增，具有一个鼻子；对对于于碳碳钢钢，由由于于P P转转变变与与B B转转变变C C曲曲线线重重叠叠在在一一起起，因因此合并成一个此合并成一个C C曲线。曲线。贝氏体等温形成图贝氏体等温形成图4849 影响贝氏体转变动力学的因素影响贝氏体转变动力学的因素 碳含量碳含量 合金元素合金元素
38、奥氏体晶粒大小和奥氏体化温度奥氏体晶粒大小和奥氏体化温度 应力的影响应力的影响 塑性变形的影响塑性变形的影响 冷却在不同温度下的停留冷却在不同温度下的停留50规规律律：随随A A中中碳碳含含量量的的增增加，加，B B转变速度下降。转变速度下降。原原因因：C C含含量量高高时时，形形成成F F核核心心较较困困难难，需需要要从从F F中中向向外外排排出出碳碳的的数数量量增增多多，从从而而增增加加了了B B的的形形成成时间。时间。碳含量的影响碳含量的影响51因因此此，除除CoCo、AlAl以以外外，都都降降低低B B转转变变速速度度，使使B B转转变变的的C C曲曲线线右右移移，但但作作用用不不如如
39、C C显显著著；同同时时也也使使B B转转变变温温度范围下降，从而使度范围下降，从而使P P与与B B转变的转变的C C曲线分开。曲线分开。合金元素的影响合金元素的影响凡凡是是降降低低C C扩扩散散速速度度、阻阻碍碍F F共共格格长长大大、阻阻碍碍碳碳化化物物形形成的元素，都使成的元素，都使B B转变速度下降。转变速度下降。52A A晶晶粒粒大大小小：随随A A晶晶粒粒增增大大，B B转转变变孕孕期期延延长长，转转变变速速度度下下降降。其其原原因因是是由由于于晶晶粒粒大大，晶晶界界面面积积小小，形形成成F F核核心心的的几几率率小小，同同时时碳碳的扩散距离长。的扩散距离长。奥氏体晶粒大小和奥氏
40、体化温度奥氏体晶粒大小和奥氏体化温度A A化化温温度度：A A化化温温度度高高，晶晶粒粒粗粗大大，成成份份均均匀匀，贫贫碳碳区区少少，这这都都影影响响F F的的形形核核，使使B B转转变变的的孕孕育育期期延延长长，转变速度下降。转变速度下降。53原原因因：一一方方面面变变，形形使使A A中中的的缺缺陷陷密密度度增增加加，有有利利于于C C原原子子的的扩扩散散，有有利利于于B B转转变变的的进进行行；而而另另一一方方面面，A A形形变变后后会会产产生生多多边边化化亚亚结结构构，破破坏坏了了A A晶晶粒粒取取向向的的连连续续性性，这这对对BFBF的共格生长是不利的。通常以后者的作用为主。的共格生长
41、是不利的。通常以后者的作用为主。拉拉应应力力使使B B转转变变速速度度增增加加，尤尤其其对对下下B B更更显显著著。压压应力的作用不清楚。应力的作用不清楚。应力的影响应力的影响 塑性变形的影响塑性变形的影响 在在较较高高温温度度(1000(1000800)800)范范围围内内对对A A进进行行塑塑性性变变形形，将将使使A A向向B B转转变变的的孕孕育育期期增增长长，转转变变速速度度下下降降，转变的不完全程度增大。，转变的不完全程度增大。54 在在P P与与B B转转变变区区之之间间的的亚亚稳稳定定区区域域内内停停留留会会加加速速随随后后的的B B转变。转变。在在较较低低温温度度(350(35
42、0300)300)范范围围内内对对A A进进行行塑塑性性变变形形将加速将加速B B的形成。的形成。原原因因：A A晶晶体体缺缺陷陷密密度度更更大大，促促进进C C的的扩扩散散，并并且且形形变变会会使使A A中中的的应应力力增增加加，有有利利于于BFBF按按M M型型转转变变机机制形成，结果使制形成，结果使B B转变速度加快。转变速度加快。冷却在不同温度下停留冷却在不同温度下停留原原因因：停停留留过过程程中中A析析出出碳碳氮化物，降低了氮化物，降低了A的稳定性的稳定性55 在在高高温温区区先先进进行行部部分分上上B B转转变变，将将会会使使低低温温区区下下B B的转变速度降低，孕育期延长，不完全
43、程度增大的转变速度降低，孕育期延长，不完全程度增大.原因：可能是一种原因：可能是一种A的稳定化现象，还不十分清楚的稳定化现象，还不十分清楚56 先先在在低低温温区区形形成成少少量量M M或或下下B B，将将促促进进后后续续高高温温区区的的B B形成，转变速度加快。形成，转变速度加快。原原因因：可可能能是是因因为为在在较较低低温温度度下下进进行行部部分分M M和和下下B B转转变变时时，所所产产生生的的应应力力会会促促进进以以后后在在较较高高温温度度下下进进行行B B转转变变的的晶晶核核的形成。的形成。57一般来说：一般来说：B B下下的的强强度度较较高高，韧性也较好；韧性也较好；B B上上的的
44、强强度度低低，韧韧性差。性差。7.6 7.6 贝氏体的力学性能贝氏体的力学性能B的的力力学学性性能能决决定定于于其其组组织织形形态态，但但组组织织又又受受多多种种因因素素影影响响，所所以以对对B来来说说，在在组组织织和和性性能能之之间间还还很很难建立起定量的关系，仅能进行定性说明。难建立起定量的关系，仅能进行定性说明。58如如果果将将BFBF条条(片片)的的大大小小看看作作是是B B的的晶晶粒粒，则则可可用用Hall-PetchHall-Petch的的关关系系式式估估算算B B的的强强度度。即即BFBF的的晶晶粒粒直直径径越越细细小小，则其强度越高。则其强度越高。贝氏体的强度贝氏体的强度(硬度
45、硬度)BF条或片的粗细条或片的粗细弥散碳化物质点弥散碳化物质点其它因素的强化作用其它因素的强化作用 BF条或片的粗细条或片的粗细影响影响B强度的因素强度的因素59B下下中中碳碳化化物物颗颗粒粒较较小小，颗颗粒粒数数量量也也较较多多，所所以以碳碳化化物对物对B下下强度的贡献也较大；强度的贡献也较大；B上上中中碳碳化化物物颗颗粒粒较较粗粗，且且分分布布在在铁铁素素条条间间，分分布布极极不均匀，所以不均匀，所以B上上的强度要比的强度要比B下下低得多。低得多。弥散碳化物质点弥散碳化物质点60对对B的的强强化化，其其它它如如碳碳和和合合金金元元素素的的固固溶溶强强化化和和位位错亚结构的强化，也有一定的作
46、用。错亚结构的强化，也有一定的作用。综综上上所所述述，影影响响B B强强度度的的几几种种因因素素都都与与B B形形成成温温度度有有关关，并并且且都都随随形形成成温温度度降低，作用增强。降低，作用增强。所所以以B B的的强强度度随随形形成成温温度度降低而增强。降低而增强。其它因素的强化作用其它因素的强化作用61B下下的的韧韧性性优优于于B上上：随随B的的形形成成温温度度的的降降低低，强强度度的的逐逐渐渐增增加加，韧韧性性并并不不降降低低，反反而而有有所所增增加加，这这是是B组组织织力力学学性性能能变变化化的的重重要要特特点点，也也是是人人们们对对B组组织织感兴趣的主要原因。感兴趣的主要原因。贝氏
47、体的韧性贝氏体的韧性62B下下比比B上上具有更好韧性的原因具有更好韧性的原因在在B上上中中，存存在在粗粗大大碳碳化化物物颗颗粒粒或或断断续续条条状状碳碳化化物物，也也可可能能存存在在高高碳碳M，所所以以容容易易形形成成大大于于临临界界尺尺寸寸的的裂裂纹纹，并并且且裂裂纹纹一一旦旦扩扩展展，便便不不能能由由BF之之间间的的小小角角晶晶界界来来阻阻止止，而而只只能能由由大大角角度度BF“束束”界界或或原原A晶界来阻止，因此晶界来阻止，因此B上上中裂纹扩展迅速。中裂纹扩展迅速。在在B下下组组织织中中，较较小小的的碳碳化化物物颗颗粒粒不不易易形形成成裂裂纹纹，即即使使形形成成裂裂纹纹也也难难以以达达到
48、到临临界界尺尺寸寸。即即使使形形成成裂裂纹纹，裂裂纹纹的的扩扩展展将将受受到到大大量量弥弥散散碳碳化化物物颗颗粒粒和和位位错的阻止，因此形成的裂纹不易扩展。错的阻止，因此形成的裂纹不易扩展。63在在B下下形形成成温温度度范范围围的的中中、上上区区域域，所所形形成成的的B的的韧韧性性优优于于同强度同强度M的韧性。的韧性。在在具具有有回回火火脆脆性性的的钢钢中中，B的的韧韧性性高高于于回火回火M的韧性。的韧性。在在相相同同强强度度的的基基础础上上，比比较较B组组织织与与回回火火M的的韧韧性性，情况比较复杂，大致可作如下估计：情况比较复杂，大致可作如下估计：64在高碳钢中，回火在高碳钢中，回火M M的韧性低于同强度的韧性低于同强度B B的韧性。的韧性。另另外外，由由于于钢钢的的淬淬透透性性的的不不同同，某某些些钢钢淬淬火火时时往往往往获获得得M M和和B B混混合合组组织织。对对这这种种混混合合组组织织的的韧韧性性研研究究的的结结果果表表明明：M M和和B B混混合合组组织织的的韧韧性性优优于于单单一一M M和单一和单一B B组织的韧性。组织的韧性。这这是是由由于于先先形形成成的的B分分割割原原A晶晶粒粒，使使得得随随后后形形成成的的M条束变小。这一结论已在生产上得到应用。条束变小。这一结论已在生产上得到应用。