固態(tài)相變第四章

固態(tài)相變第四章第一頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五第二節(jié)貝氏體組織形態(tài)和晶體學一.無碳化物貝氏體P149在靠近BS的溫度處形成這種貝氏體，是由F+A組成。在A晶界上形成了F核后，向晶內一側成束長大，形成的平行的板條束，條間為富碳的A，板條寬度隨轉變溫度下降而變窄。繼續(xù)冷卻，A可能轉變?yōu)镸、P、B(其他類型)或保留至室溫。F條形成時在拋光表面會形成浮凸.BF與A的位向關系為K-S關系，慣習面為{111}A。第二頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五二.上貝氏體(B上)B上在B轉變的較高溫度區(qū)域內形成，對于中、高碳鋼。

此溫度約在350550℃區(qū)間。組織為(F+碳化物)的二相混合物。光鏡下為羽毛狀電鏡下為一束平行的自A晶界長入晶內的F條。束內F有小位向差，束間有大角度差，與M板條相近。碳化物分布在鐵素體條間，隨A中含碳量增高，其形態(tài)由粒狀向鏈狀甚至桿狀發(fā)展。BF內亞結構為位錯，慣習面為{111}A，與A之間的位向接近K-S關系，碳化物慣習面為{227}A，與A有確定位向關系。第三頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五三.下貝氏體（B下）在B轉變的低溫轉變區(qū)形成，大致在350℃，組織為(F+碳化物)的二相混合物。F的形態(tài)與A碳含量有關:碳量低時呈板條狀。碳量高時，呈片狀。片內存在細小碳化物，呈短桿狀與F的長軸成55-60度，成分為Fe3C或Fe2-3C。區(qū)分哪些在光鏡下觀察？哪些在電鏡下觀察？第四頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五四.粒狀貝氏體在一定的冷速范圍內連續(xù)冷卻得到的，組織為(F+A)的二相混合物。其形態(tài)為F基體上分布著小島狀的A。富碳的A小島在隨后的冷卻過程中有三種可能:◆分解為F與碳化物;◆轉變?yōu)镸;◆以A態(tài)保留至室溫。第五頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五第三節(jié)貝氏體轉變動力學一.貝氏體等溫轉變動力學曲線貝氏體等溫轉變動力學曲線與珠光體轉變不同。貝氏體等溫轉變不能繼續(xù)到終了。根據(jù)貝氏體轉變動力學曲線，可作出等溫轉變動力學圖，如圖?？梢?，此動力學圖也呈C形。轉變在BS溫度以下才能實行，轉變速度先增后減。近年來，由于測試靈敏度的提高，人們發(fā)現(xiàn)貝氏體轉變的C曲線是由二個獨立的曲線，即上貝氏體轉變和下貝氏體轉變合并而成，如圖。第六頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五

二.轉變時碳的擴散

有研究測得了不同碳含量的鋼在某一溫度下貝氏體等溫轉

變動力學曲線以及與之對應的奧氏體點陣常數(shù)的變化，即

奧氏體碳含量的變化。碳含量=0.48%在等溫轉變孕育期期間,奧氏體的碳含量已經有了明顯的提高,這意味著在奧氏體中已出現(xiàn)了局部小范圍的低碳區(qū),為形成低碳的貝氏體鐵素體作好了準備。隨貝氏體轉變的進行,奧氏體碳含量不斷升高.孕育期第七頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五碳含量=1.18%在孕育期及轉變初期,奧氏體碳含量基本不變,以后隨著轉變的進行,奧氏體碳含量顯著下降,這是因為自奧氏體中析出了碳化物.孕育期第八頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五碳含量=1.39%在孕育期,奧氏體碳含量就有了明顯的下降,這表明,等溫一開始就自奧氏體析出了碳化物.

貝氏體轉變時，由于溫度較高，會存在碳原子的擴散。根據(jù)基體碳含量不同，擴散情況不同。孕育期第九頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五三.影響貝氏體轉變的動力學的主要因素1.碳含量的影響A中碳含量的增加，轉變時需擴散的原子量增加，轉變速度下降。2.奧氏體晶粒大小和奧氏體化溫度的影響奧氏體晶粒越大，晶界面積越少，形核部位越少,孕育期越長,貝氏體轉變速度下降;奧氏體化溫度越高，奧氏體化時間越長，轉變速度先降后增。ΔG=-ΔGV+Vφ+ΣГ第十頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五第四節(jié)貝氏體轉變熱力學及轉變機制一.貝氏體轉變熱力學貝氏體轉變可有三種可能:(1)奧氏體分解為平衡濃度的α+Fe3C，即γ→α+Fe3C(2)奧氏體先析出先共析鐵素體，即γ→α+γ1,γ1在隨后的冷卻過程中進一步轉變.(3)奧氏體以馬氏體相變方式先形成同成分的α’(過飽和)，然后α’分解成Fe3C及低飽和度α’’，即γ→α’(過飽和)，α’→α’’+Fe3C相變驅動力最大以切變方式進行，驅動力為180J/mol，而在BS時相變的阻力在600J/mol以上計算表明，后兩種情況不可能，即(2)、(3)中的γ1和α‘都是熱力學不穩(wěn)定的，最終要分解為平衡相α和Fe3C第十一頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五二、貝氏體轉變過程

1.無碳化物貝氏體(高溫范圍轉變)，組織為F+A(富碳).貧碳區(qū)F形核碳向A中擴散可遠離界面溫度高碳越過界面擴散可至平衡濃度CF長大F繼續(xù)形核

A富化析出滲碳體在繼續(xù)冷卻或保溫過程中A也能發(fā)生轉變，成為P、M、其它類型B或保留至室溫成為殘余奧氏體AR第十二頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五2.上貝氏體轉變(中溫范圍轉變，在350550℃之間)，組織為F+Fe3C.貧碳區(qū)F形核C溫度較高碳越過界面擴散可至平衡濃度碳不能遠程擴散界面堆積析出Fe3CF長大呈羽毛狀上貝氏體的轉變速度受碳在A中擴散控制第十三頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五3下貝氏體轉變(低溫范圍轉變，低于350℃)

貧碳區(qū)F形核碳過飽和溫度低碳不能越過界面在F內部擴散F長大一定晶面上析出Fe3C，降低能量下貝氏體轉變速度受碳在F中的擴散所控制第十四頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五珠光體、貝氏體、馬氏體轉變主要特征內容珠光體轉變貝氏體轉變馬氏體轉變溫度范圍高溫中溫低溫轉變上限溫度A1BSMS領先相滲碳體或鐵素體鐵素體形核部位奧氏體晶界上貝氏體在晶界,下貝氏體大多在晶內在晶內轉變時點陣切變無？有碳原子的擴散有有基本上無鐵及合金元素原子的擴散有無無等溫轉變完全性完全視轉變溫度定不完全轉變產物α+Fe3Cα+Fe3C或ε-Fe2-3Cα'第十五頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五第五節(jié)貝氏體的力學性能P236一.貝氏體的強度(硬度)貝氏體的強度隨形成溫度的降低而提高,如圖。貝氏體的硬度與形成溫度的關系與此相似.

影響強度的因素：F條(片)的粗細(2)碳化物質點的大小與分布(3)F的過飽和度，位錯亞結構密度第十六頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五形成溫度越低，條(片)越細，強度越高原因：F條(片)越細，晶界越多，貝氏體強度越高形成溫度愈低時，碳化物顆粒愈小、越多，強度越高原因：根據(jù)彌散強化理論，碳化物顆粒愈小，分布越彌散，貝氏體強度越高。下貝氏體中碳化物顆粒小，顆粒量多，故下貝氏體強度高于上貝氏體。形成溫度低時，過飽和度增加，強度增高原因：

貝氏體形成溫度低，碳原子不易通過界面擴散，F(xiàn)的過飽和度隨之增加，位錯密度增加，強度增加。

因此，貝氏體形成溫度越低，強度越高。第十七頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五二.貝氏體的韌性在350℃以上時，組織中大部分為上貝氏體時，沖擊韌性會大大下降，如圖。原因：脆性Fe3C分布于F條間，造成脆性通道;(2)上貝氏體的有效晶粒直徑遠大于下貝氏體。上貝氏體由彼此平行的F條構成，好似一個晶粒，而下貝氏體鐵素體片彼此位向差很大,能看作一個晶粒的部位尺寸很小上貝氏體上貝氏體第十八頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五合金元素CSiMnCr含量（重量%）0.410.30.650.9540Cr鋼的化學成分AC1=723+25Si-7Mn+15Cr+40Mo+15Ni+30W+50V(℃)AC3=854-180C+44Si-14Mn-1.7Cr-17.8Ni(℃)

判定40Cr不同溫度淬火后的組織。淬火溫度/℃組織720750770790810習題第十九頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五

亞共析鋼不同溫度加熱、淬火后的硬度變化根據(jù)經驗公式AC1=742℃AC3=783℃答案

第二十頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五

20鋼,940℃加熱，淬冰鹽水組織：MＴ12鋼,780℃加熱，淬火組織：M+Fe3C第二十一頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期五T8鋼,780℃加熱，淬冰鹽水組織：MT8鋼,1100℃加熱，淬冰鹽水