第六章-貝氏體與鋼的中溫轉(zhuǎn)變課件

第六章貝氏體與鋼的中溫轉(zhuǎn)變第六章

本章內(nèi)容6.1貝氏體的組織結(jié)構(gòu)和晶體學(xué)特征

6.2貝氏體相變機(jī)制

6.3貝氏體相變動(dòng)力學(xué)

6.4貝氏體的力學(xué)性能與應(yīng)用本章內(nèi)容6.1貝氏體的組織結(jié)構(gòu)和晶體學(xué)特征貝氏體研究進(jìn)展1930年，Bain首次發(fā)表過冷A中溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物金相照片20世紀(jì)40年代末，將A中溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物命名為貝氏體1952年，柯俊及S.A.Cottrell首次發(fā)現(xiàn)并提出貝氏體切變機(jī)制;

（切變學(xué)派）20世紀(jì)60年代末，美國(guó)冶金學(xué)家H.I.Aaronson提出貝氏體擴(kuò)散機(jī)制，徐祖耀進(jìn)一步發(fā)展。（擴(kuò)散學(xué)派）柯俊，1917~中科院院士徐祖耀，1924~中科院院士貝氏體研究進(jìn)展柯俊，1917~徐祖耀，1924~B鋼簡(jiǎn)介：上世紀(jì)50年代，B鋼開始走向應(yīng)用。成分工藝要素：微合金化+控軋控冷國(guó)內(nèi)B鋼發(fā)展：14CrMnMoVB

應(yīng)用：橋梁、建筑、車輛、水輪機(jī)殼體、艦船、飛機(jī)構(gòu)件及其它緊固件、軸類件等方面。高強(qiáng)度低碳貝氏體鋼——國(guó)際上公認(rèn)為21世紀(jì)鋼種。B鋼簡(jiǎn)介：成分工藝要素：微合金化+控軋控冷高強(qiáng)度低碳貝氏體鋼6.1貝氏體的組織結(jié)構(gòu)和晶體學(xué)特征

貝氏體是過冷奧氏體在介于高溫珠光體轉(zhuǎn)變和低溫馬氏體轉(zhuǎn)變之間的中間轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。在多數(shù)情況下，貝氏體是由含碳過飽和的鐵素體和碳化物組成的非層片狀組織。貝氏體的定義和分類6.1貝氏體的組織結(jié)構(gòu)和晶體學(xué)特征貝氏體是過貝氏體組織的分類和相關(guān)命名貝氏體組織的分類和相關(guān)命名貝氏體的顯微組織特征1、上貝氏體(B上)組成特點(diǎn)：鐵素體+滲碳體形成溫度：中溫區(qū)的較高溫度(550～350℃)

鐵素體①晶界形核②晶粒長(zhǎng)成板條狀，大致平行分布

——形成溫度越低，板條越細(xì)③是含碳過飽和的

——形成溫度越低，過飽和度越大④亞結(jié)構(gòu)是高密度位錯(cuò)。滲碳體呈粒狀或短桿狀分布在鐵素體板條之間。貝氏體的顯微組織特征1、上貝氏體(B上)組成特點(diǎn)：鐵素體+滲B上

=條狀α-Fe碳過飽和+粒狀Fe3C條狀α-Fe碳過飽和粒狀Fe3CB上:550～350℃;40～45HRC;B上=條狀α-Fe碳過飽和+粒狀Fe3C條狀α-Fe碳過飽上貝氏體形態(tài)特征

上貝氏體中的鐵素體多數(shù)呈條狀，自奧氏體晶界的一側(cè)或兩側(cè)向奧氏體晶內(nèi)伸展，滲碳體分布于鐵素體條之間。從整體上看呈羽毛狀?！县愂象w光學(xué)顯微鏡下形態(tài)特征：羽毛狀——上貝氏體也稱為羽毛狀貝氏體上貝氏體形態(tài)特征上貝氏體中的鐵素體多數(shù)呈條狀，自

電子顯微鏡下的特征為一束平行的自奧氏體晶界長(zhǎng)入晶內(nèi)的鐵素體條。束內(nèi)鐵素體有小位向差，束間有大角度差，鐵素體條與馬氏體板條相近。碳化物分布在鐵素體條間，隨奧氏體中含碳量增高，其形態(tài)由粒狀向鏈狀甚至桿狀發(fā)展。

電子顯微鏡下的特征2、下貝氏體（B下）組成特點(diǎn)：鐵素體+FexC形成溫度：中溫區(qū)的較低溫度(350℃～Ms)

鐵素體：①可以沿晶界或晶內(nèi)缺陷處形核②針片狀(高碳鋼)，板條狀(低碳，低合金鋼)③含碳過飽和的，過飽和度很大，可達(dá)到0.1~0.15%C④亞結(jié)構(gòu)是高密度位錯(cuò)，可達(dá)1010/cm2碳化物：呈粒狀或短條狀分布在鐵素體片內(nèi)2、下貝氏體（B下）組成特點(diǎn)：鐵素體+FexC形成溫度：中B下:350～230℃;50～60HRC;針葉狀α-Fe碳過飽和短條狀或粒狀Fe3CB下

=針葉狀α-Fe碳過飽和+細(xì)片狀Fe3CB下:350～230℃;50～60HRC;針葉狀α-Fe碳（1）下貝氏體光學(xué)顯微鏡下的特征

在低碳鋼(低碳低合金鋼)中，下貝氏體呈板條狀，與板條馬氏體相似。在高碳鋼中，大量的在奧氏體晶粒內(nèi)部沿某些晶面單獨(dú)的或成堆的長(zhǎng)成竹葉狀（黑色片狀或針狀），立體形態(tài)呈雙凸透鏡狀(與孿晶馬氏體相似)。下貝氏體形態(tài)特征（1）下貝氏體光學(xué)顯微鏡下的特征下貝氏體形態(tài)特征（2）下貝氏體電子顯微鏡下的特征下貝氏體中鐵素體針一邊較為平直，碳化物呈細(xì)片狀或顆粒狀分布在鐵素體針內(nèi)，排列呈行，并與鐵素體針長(zhǎng)軸方向呈55～60°夾角。（2）下貝氏體電子顯微鏡下的特征下貝氏體形貌下貝氏體形貌上、下貝氏體顯微組織比較上貝氏體(a)OM,1300x(b)TEM,5000x下貝氏體(a)OM,600x(b)TEM,10000x——上、下貝氏體性能迥異，前者韌性差，后者較高強(qiáng)硬度同時(shí)，韌性良好。上、下貝氏體顯微組織比較上貝氏體(a)OM,1300x(B上和B下的區(qū)別在于：B上B下鐵素體形核位置鐵素體形態(tài)碳化物位置B上A晶界平行板條狀板條間B下A晶界；A晶內(nèi)交叉針片狀針片內(nèi)B上和B下的區(qū)別在于：B上B下鐵素體形核位置鐵素體形態(tài)碳化物3、無碳化物貝氏體組成特點(diǎn)：板條鐵素體單相組織形成溫度：中溫區(qū)的最上部的溫度范圍無碳化物貝氏體不能單獨(dú)存在，總是與其它組織共存形成于低、中碳鋼中C貝氏體鐵素體αA(隨后轉(zhuǎn)變?yōu)镻,M,M+AR)A3、無碳化物貝氏體組成特點(diǎn)：板條鐵素體單相組織形成溫度：中溫第六章-貝氏體與鋼的中溫轉(zhuǎn)變課件4、粒狀貝氏體形成于一些低、中碳合金結(jié)構(gòu)鋼中組成特點(diǎn)：鐵素體+奧氏體的混合組織形成溫度：中溫區(qū)的較高溫度，稍高于B上形成溫度鐵素體上分布著顆粒狀富碳的殘余奧氏體小區(qū)域，象小島似地分布在鐵素體中，稱為“粒貝”。隨后轉(zhuǎn)變?yōu)椤鶳,M+AR，B上、B下FA4、粒狀貝氏體形成于一些低、中碳合金結(jié)構(gòu)鋼中組成第六章-貝氏體與鋼的中溫轉(zhuǎn)變課件低碳低合金鋼中的BI、BII、BIII低碳低合金鋼中的BI、BII、BIII5、反常貝氏體過共析鋼中，以滲碳體為領(lǐng)先相形成的貝氏體1.34%C鋼在550℃等溫1S的組織5、反常貝氏體過共析鋼中，以滲碳體為領(lǐng)先相形成的貝氏體1.36、柱狀貝氏體高碳鋼或高碳合金鋼在貝氏體轉(zhuǎn)變溫度范圍內(nèi)的低溫區(qū)域形成的貝氏體；柱狀貝氏體中的鐵素體呈放射狀，碳化物分布在鐵素體內(nèi)部沿一定方向分布排列，與下貝氏體相似。柱狀貝氏體不產(chǎn)生表面浮凸。6、柱狀貝氏體高碳鋼或高碳合金鋼在貝氏體轉(zhuǎn)變溫度范圍內(nèi)的低溫貝氏體形態(tài)小結(jié)

有無碳化物

有

碳化物位置

F形貌上、下B

無粒B、無碳化物B

F形貌+A分布貝氏體形態(tài)小結(jié)有無碳化物有碳化物位置F形貌上貝氏體鐵素體的精細(xì)結(jié)構(gòu)1、貝氏體鐵素體中的碳含量貝氏體鐵素體中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍通常為0.1%-0.17%無碳化物貝氏體和粒狀貝氏體，其鐵素體中碳的過飽和度最低，接近平衡碳含量；上貝氏體鐵素體中碳的過飽和度較高；下貝氏體鐵素體中碳的過飽和度更高；貝氏體鐵素體中過飽和碳的固溶強(qiáng)化是貝氏體具有高強(qiáng)度、高硬度的主要原因之一。貝氏體鐵素體的精細(xì)結(jié)構(gòu)1、貝氏體鐵素體中的碳含量貝氏體鐵素2、貝氏體鐵素體中的位錯(cuò)貝氏體鐵素體中通常有高密度的位錯(cuò)。位錯(cuò)密度隨貝氏體形成溫度的降低而增大；位錯(cuò)密度隨含碳量的增加而增大。貝氏體鐵素體和奧氏體界面處和附近的高密度位錯(cuò)2、貝氏體鐵素體中的位錯(cuò)貝氏體鐵素體中通常有高密度的位錯(cuò)。貝第六章-貝氏體與鋼的中溫轉(zhuǎn)變課件第六章-貝氏體與鋼的中溫轉(zhuǎn)變課件3、貝氏體鐵素體中的亞單元3、貝氏體鐵素體中的亞單元

在貝氏體鐵素體內(nèi)部存在復(fù)雜的亞結(jié)構(gòu)，在光學(xué)顯微鏡下顯示的單個(gè)貝氏體鐵素體實(shí)際上由許多鐵素體亞片條(亞單元)構(gòu)成鐵素體束。這些亞單元之間的位向差別很小，亞單元之間的晶界為小角度晶界。在貝氏體鐵素體內(nèi)部存在復(fù)雜的亞結(jié)構(gòu)，在光學(xué)顯微鏡下貝氏體中的碳化物貝氏體中碳化物的類型、形態(tài)和數(shù)量取決于形成溫度和合金的成分。通常上貝氏體中的碳化物主要為滲碳體。下貝氏體中的碳化物通常為滲碳體或e-碳化物貝氏體中的碳化物貝氏體中碳化物的類型、形態(tài)和數(shù)量取決于形成溫貝氏體鐵素體的形成碳化物的析出貝氏體相變貝氏體相變機(jī)制貝氏體相變的領(lǐng)先相貝氏體鐵素體的形核與長(zhǎng)大碳化物的析出位置6.2貝氏體的相變機(jī)制貝氏體鐵素體的形成碳化物的析出貝氏體貝氏體貝氏體相變的領(lǐng)先相貝氏體相變的切變理論1、Hehemann模型貝氏體相變的切變理論1、Hehemann模型在奧氏體的貧碳區(qū)，以馬氏體切變方式形成貝氏體鐵素體。鐵素體長(zhǎng)大速度高于碳原子的擴(kuò)散速度，形成的貝氏體鐵素體中含碳量是過飽和的。鐵原子和置換式合金元素原子不發(fā)生擴(kuò)散。貝氏體鐵素體形成

貝氏體轉(zhuǎn)變分為：

碳的再分配、貝氏體鐵素體的形成及碳的擴(kuò)散與碳化物的析出在奧氏體的貧碳區(qū)，以馬氏體切變方式形成貝氏體鐵素體。

相變溫度高碳原子在鐵素體和奧氏體中都具有強(qiáng)的擴(kuò)散能力無碳化物貝氏體富碳奧氏體(隨后發(fā)生轉(zhuǎn)變)碳的擴(kuò)散與碳化物的析出

相變溫度稍低碳在鐵素體中擴(kuò)散能力強(qiáng),在奧氏體中擴(kuò)散能力弱碳聚集在F-A相界面，析出碳化物上貝氏體組織碳以碳化物的形式從過飽和鐵素體中析出，或擴(kuò)散到奧氏體中，再?gòu)膴W氏體中析出碳化物。

相變溫度更低碳原子在鐵素體擴(kuò)散能力弱，不能擴(kuò)散到A-F界面碳原子在鐵素體內(nèi)部一定晶面上偏聚，在此析出碳化物下貝氏體組織相變溫度高碳的擴(kuò)散與碳化物的析出相變溫度稍低2、Bhadeshia模型亞單元的重復(fù)形核及長(zhǎng)大碳化物的析出2、Bhadeshia模型亞單元的重復(fù)形核及長(zhǎng)大貝氏體相變的臺(tái)階——擴(kuò)散理論

貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間，相變驅(qū)動(dòng)力不能滿足切變所需的能量要求

貝氏體轉(zhuǎn)變是共析轉(zhuǎn)變的變種，包括鐵原子、置換式合金元素原子以及碳原子的擴(kuò)散

貝氏體轉(zhuǎn)變機(jī)理和珠光體轉(zhuǎn)變機(jī)理相同，兩者的區(qū)別僅在于珠光體是片層狀，而貝氏體是非片層狀貝氏體相變的臺(tái)階——擴(kuò)散理論貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間，相變驅(qū)動(dòng)力貝氏體相變的臺(tái)階——擴(kuò)散理論

新相貝氏體鐵素體與母相奧氏體具有臺(tái)階狀相界面

臺(tái)階的臺(tái)面為共格或半共格界面，臺(tái)階的階面為非共格界面

臺(tái)階的階面在碳原子擴(kuò)散的控制下遷移，導(dǎo)致臺(tái)面向母相奧氏體推進(jìn)貝氏體相變的臺(tái)階——擴(kuò)散理論新相貝氏體鐵素體與母相奧氏體具貝氏體相變的臺(tái)階——擴(kuò)散理論貝氏體相變的臺(tái)階——擴(kuò)散理論6.3貝氏體相變動(dòng)力學(xué)貝氏體等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)1、貝氏體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)曲線6.3貝氏體相變動(dòng)力學(xué)貝氏體等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)1、貝氏體轉(zhuǎn)變動(dòng)第六章-貝氏體與鋼的中溫轉(zhuǎn)變課件2、貝氏體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)1、形核與長(zhǎng)大2、轉(zhuǎn)變有孕育期3、轉(zhuǎn)變速度受碳的擴(kuò)散控制，比M轉(zhuǎn)變慢得多。

(M長(zhǎng)大速度為106mm/s，而B為10-2-10-4mm/s)4、貝氏體轉(zhuǎn)變有一上限溫度Bs和一下限溫度Bf5、轉(zhuǎn)變的不完全性。2、貝氏體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)1、形核與長(zhǎng)大3、影響貝氏體等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)的主要因素貝氏體轉(zhuǎn)變的兩個(gè)基本過程：①γ-Fe→α′-Fe切變共格方式進(jìn)行；②碳的擴(kuò)散和碳化物的沉淀。因此，一切影響這兩個(gè)過程的因素都影響貝氏體轉(zhuǎn)變。1、化學(xué)成分①C%強(qiáng)烈推遲B轉(zhuǎn)變。②合金元素除Co、Al外，其它合金元素均推遲貝氏體轉(zhuǎn)變。其中Cr、Mn、Ni最為顯著。強(qiáng)于對(duì)珠光體轉(zhuǎn)變的影響，why？因?yàn)镕是領(lǐng)先相3、影響貝氏體等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)的主要因素貝氏體轉(zhuǎn)變的兩個(gè)基本過2、奧氏體晶粒大小、加熱條件①晶粒越大，形核位置少，推遲轉(zhuǎn)變；②加熱溫度越高，晶粒越粗大，成分越均勻化，越不利于B轉(zhuǎn)變。3、應(yīng)力和塑性變形①拉應(yīng)力促進(jìn)B轉(zhuǎn)變，壓應(yīng)力阻礙B轉(zhuǎn)變。②在Bs溫度以下對(duì)過冷奧氏體進(jìn)行塑性變形有利于B轉(zhuǎn)變?cè)颍盒巫儺a(chǎn)生高密度位往錯(cuò)以及大量滑移帶，可能使B轉(zhuǎn)變減緩，但同時(shí)有利形核，且可加快碳的擴(kuò)散速度，促進(jìn)B轉(zhuǎn)變。2、奧氏體晶粒大小、加熱條件3、應(yīng)力和塑性變形貝氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)在連續(xù)冷卻條件下，不能發(fā)生單一的貝氏體轉(zhuǎn)變。貝氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)在連續(xù)冷卻條件下，不能發(fā)生單一的貝氏6.4貝氏體的力學(xué)性能與應(yīng)用

下貝氏體組織具有優(yōu)良的力學(xué)性能；一般而言，在相同的強(qiáng)度水平下，貝氏體組織比回火馬氏體組織具有更高的韌性

等溫淬火得到貝氏體組織6.4貝氏體的力學(xué)性能與應(yīng)用下貝氏體組織具有優(yōu)良的力學(xué)貝氏體的強(qiáng)度和硬度1、鐵素體：①晶粒大?。ò鍡l或片的粗細(xì)和長(zhǎng)短）：晶粒越小強(qiáng)度越高；②分布狀態(tài)：分枝狀強(qiáng)度高；③固溶碳量：過飽和大，強(qiáng)度越高；④位錯(cuò)密度：位錯(cuò)密度越高，強(qiáng)度越高。2、碳化物：彌散度和分布狀態(tài)（在F內(nèi)或F外）。貝氏體的強(qiáng)度和硬度1、鐵素體：

綜合效果：1、無論B上或B下，形成溫度降低時(shí)，強(qiáng)度、硬度升高形成溫度↓，晶?！?，F(xiàn)中固溶碳量↑，位錯(cuò)密度↑，碳化物彌散度↑，因此強(qiáng)度↑硬度↑。2、B下的強(qiáng)度＞B上的強(qiáng)度由于B下中晶粒更細(xì)小，F(xiàn)中過飽和碳量更多，位錯(cuò)密度更高，碳化物彌散度更大。3、粒狀貝氏體相當(dāng)于在基體上分布著很多較高強(qiáng)度的第二相小島，可提高材料的強(qiáng)度。綜合效果：2、B下的強(qiáng)度＞B上的強(qiáng)度3、粒狀貝氏體相第六章-貝氏體與鋼的中溫轉(zhuǎn)變課件貝氏體的塑性和韌性1、貝氏體塑性①在相同強(qiáng)度下，低碳貝氏體鋼的塑性總是高于高碳貝氏體②在相同強(qiáng)度下，低碳貝氏體鋼的斷后伸長(zhǎng)率比回火馬氏體高，高碳鋼的情況相反；貝氏體鋼的斷面收縮率總是比回火馬氏體鋼低。

貝氏體的塑性和韌性1、貝氏體塑性①在相同強(qiáng)度下，低碳貝

B下的韌性＞B上

2、貝氏體韌性2、貝氏體韌性

B下的韌性＞B上原因：

(1)由于B下鐵素體片呈分枝狀、較細(xì)小，而B上為板條狀、片較粗。B上抗破斷能力差。

(