Chap5_贝氏体相变和贝氏体.pptVIP

第5章 贝氏体相变与贝氏体 序言 贝茵等人于1930年首次发表了这种产物的光学金相照片。为了纪念Bain的功绩，将奥氏体中温转变产物命名为贝氏体。 1939年R.F.Mehl把贝氏体分为上贝氏体和下贝氏体。 1952年，在英国伯明翰大学任教的柯俊及其合作者S.A.Cottrell第一次对贝氏体相变的本质进行了研究。提出了贝氏体相变机制类似于马氏体相变的切变机制。 20世纪60年代末形成了两个贝氏体研究学派。 1、柯俊创始了贝氏体相变学说 1952年，在英国伯明翰大学任教的柯俊及其合作者S.A.Cottrell以贝氏体浮凸现象为依据，提出了贝氏体相变机制类似于马氏体相变的切变机制。他们认为，铁原子和置换原子是无扩散的切变,而间隙溶质原子是有扩散的。 这种学说被许多学者所继承，形成了“切变学派”。 2、“扩散学派”的形成 20世纪60年代末，美国冶金学家H.I.Aaronson及其合作者从能量上对贝氏体转变的切变机制进行了否定。 他们认为：贝氏体转变是共析转变的变种。在贝氏体转变温度区间，热力学计算的相变驱动力不能满足切变所需要的能量水平。 这个学说被我国金属学家徐祖耀及H.I.Aaronson的学生们所继承，形成“扩散学派”。 5.1 贝氏体相变的基本特征和组织形态 贝氏体相变的基本特征 1、贝氏体相变的温度范围和C曲线 存在BS点 存在残余奥氏体（等温温度越靠近BS点，形成的贝氏体越少） 可以等温转变形成，也可以在一定冷却条件下连续转变形成 2、相变的扩散性 只有碳原子的扩散，合金元素（包括Fe）不扩散； 上贝氏体的相变速度取决于碳在FCC-Fe中的扩散，下贝氏体的相变速度取决于碳在BCC-Fe中的扩散 3、贝氏体相变有表面浮凸 4、贝氏体相变产物 贝氏体本质上是铁素体和θ-渗碳体（或ε-碳化物）的混合组织。组织中常夹杂着残余奥氏体、马氏体等相。组成相较多，形态多变。 在较高温度区形成上贝氏体，在“鼻温”以下的较低温度区域形成下贝氏体。二者在组织上的主要区别，一是铁素体的形态差异，二是碳化物的形态和析出的位置不同。 随贝氏体形成温度下降，贝氏体中铁素体的碳含量升高。 （1）上贝氏体 无碳（化物）贝氏体 当上贝氏体组织中只有贝氏体铁素体和残留奥氏体而不存在碳化物时，这种贝氏体就是无碳化物贝氏体，或称无碳贝氏体。 这种贝氏体通常在低碳低合金钢中出现。 无碳贝氏体的形成 粒状贝氏体 经典（羽毛状）上贝氏体 经典上贝氏体是由板条状铁素体和条间分布不连续碳化物所组成。 贝氏体铁素体条间的碳化物是片状形态的细小的渗碳体，光学显微镜下组织形貌呈现羽毛状、条状或针状。 SEM 9Cr2钢的羽毛状上贝氏体(a) 和示意图(b) （2）下贝氏体 下贝氏体在贝氏体C曲线鼻温以下温度区间形成。对中高碳钢，形成温度为350 oC～Ms； 下贝氏体有经典下贝氏体、柱状贝氏体、准贝氏体等。 光学显微镜下呈黑色针状或片状，片之间有一定交角。 下贝氏体铁素体碳含量远高于平衡碳含量，亚结构为高密度位错，位错密度高于上贝氏体铁素体。 经典下贝氏体 23MnNiCrMo钢下贝氏体 柱状贝氏体 （3）实际钢中的贝氏体组织 实际钢中还经常出现贝氏体和马氏体的混和组织。 上贝氏体和低碳板条状马氏体形貌类似，但是上贝氏体中位错密度较马氏体为低。 高碳片状马氏体和下贝氏体的形貌类似，但前者的亚结构是孪晶，而在下贝氏体中很少见到孪晶。 23MnCrNiMo钢板条状马氏体和下贝氏体的混合组织 （5）贝氏体组织中的亚结构 贝氏体铁素体是由更小的“亚单元”组成。 亚单元通常在已经形成的铁素体端部附近形核，通过纵向伸长与增厚的方式长大。亚单元长大受阻时，再激发形核，在铁素体板条顶部的侧面（上贝氏体）或铁素体针的顶端（下贝氏体）形成新的亚单元核心。亚单元重复形核长大构成了贝氏体中铁素体的形核长大过程。 STM Fe-0.5C-3.3Mn上贝氏体中的亚结构 下贝氏体的精细亚结构 STM Fe-1.0C-4.0Cr-2.0Si钢的下贝氏体的精细亚单元 较高密度的位错亚结构 贝氏体中的位错密度不如马氏体中那样高，但也有较高密度的位错亚结构。有的认为贝氏体亚单元内部有较高密度的位错，ρ＝1010 cm－2。 5.2 贝氏体相变机制 经典的贝氏体形成过程示意图 （1）孕育期的预相变及形核 切变学派认为，在贝氏体转变孕育期内，由于奥氏体内晶体缺陷与碳原子的相互作用，形成贫碳区和富碳区。在贫碳区内，贝氏体铁素体可以按低碳或超低碳马氏体的切变机制形核。 扩散学派则认为：贝氏体转变不可能出现贫碳区和富碳区的调幅分解。通过贝氏体相变所产生的内耗的研究，证明贝氏体相变孕育期内发生贝氏体的形核过程是由于母相点阵软化所致，并不需要形成贫碳区。 （2）钢