第六章贝氏体转变PPT讲稿.ppt

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1、第六章贝氏体转变第1页，共32页，编辑于2022年，星期三6-1 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和组织形态一、贝氏体相变的基本特征1、贝氏体相变的温度范围B转变有上、下限温度，BsBf 贝氏体转变具有不完全性：转变温度不完全性；具有表面浮凸效应2、贝氏体相变的产物铁素体基体+碳化物的非层片状组织上贝氏体：条状铁素体+条间分布的粒状渗碳体下贝氏体：板条或片状铁素体+内部沉淀的碳化物B中的F有一定的饱和度：上B：0.1%C 下B：0.10.15%3、贝氏体相变动力学：形核+长大有孕育期A中碳的再分配；领先相F（除反常B），晶界形核为主；切变长大+C原子扩散第2页，共32页，编辑

2、于2022年，星期三4、贝氏体相变的扩散性B转变过程中Fe原子和合金元素难以扩散，而C原子仍可扩散贝氏体的相变速度取决于碳原子的扩散速度5、贝氏体相变的晶体学特征贝氏体中的铁素体具有一定的惯习面，与奥氏体保持一定的晶体学取向上贝氏体：F与A符合K-S关系惯习面：111 碳化物主要为Fe3C型由A中直接析出下贝氏体：K-S关系 惯习面较为复杂碳化物形态：含Si高的钢（Si有强烈的延缓渗碳体沉淀的作用）形成的下B基本为碳化物；其它则为Fe3C+碳化物或Fe3C下B中的碳化物从过饱和F中析出形成温度、持续时间出现碳化物的可能性或所占比例注：B转变晶体学关系尚无定论第3页，共32页，编辑于2022年，

3、星期三三、钢中贝氏体的组织形态三、钢中贝氏体的组织形态形态：条片状F+碳化物组成的非片层状组织非片层状组织。上贝氏体；下贝氏体；无碳化物贝氏体；粒状贝氏体；反常贝氏体；柱状贝氏体1、上贝氏体B转变区较高的温度范围内形成1）形态：成束的、大体平行的板条F+条间成粒状或条状的Fe3C光镜下:羽毛状贝氏体2）特点:条宽取决于转变温度和成分-cT宽度，板条宽度较相同温度下形成的P铁素体片为大；条间位向差小，束间位向差大；第4页，共32页，编辑于2022年，星期三碳化物形态受含碳量影响-c，粒状链珠状短杆状，不仅分布于F板条间，还可能分布在F板条内部；Si、Al具有延缓渗碳体沉淀的作用，代之富碳的稳定的

4、A，并保留到室温成为一种特殊的上贝氏体准上贝氏体；形成温度渗碳体更细密亚结构：位错说明切变以滑移方式进行，形成温度位错密度；具有一定晶体学取向关系和表面浮凸效应；3.领先相低中碳钢F 条间沉淀析出碳化物高碳钢碳化物 条状碳化物之间A为低碳相，可形成F反常上贝氏体第5页，共32页，编辑于2022年，星期三2、下贝氏体B转变区下部的温度范围形成1）形态：低碳钢板条状F+其内部沉淀碳化物 高碳钢片状F+其内部沉淀碳化物2）特点：亚共析钢：下B在A晶界上首先形成片状过饱和F，侧面长大；过共析钢：晶内形核。过饱和F片多取向，其内部碳化物呈粒状或短条状，与F片的长轴相交5560排列，碳化物形态：由-碳化物

5、Fe3C，亚结构：位错，密度比上B高，形成温度位错密度；暗黑色针状、针状暗黑色针状、针状暗黑色针状、针状暗黑色针状、针状物间有一定夹角物间有一定夹角物间有一定夹角物间有一定夹角第6页，共32页，编辑于2022年，星期三具有表面浮凸效应，呈“”或“”形；下B中的F与A具有K-S关系；下B的一侧为直边，另一侧并不平整；与上B比较：上B的表面浮凸大致平行，从A晶界的一侧或两侧向A晶粒内部扩展，下B的表面浮凸不平行，相交成“”或“”形；下B除了在A晶界上形成，也可在晶内形成，还可在先形成的较大的浮凸侧面形成。3、粒状贝氏体-低中碳合金钢，稍高于典型上B形成温度下形成1）产生：连续冷却（正火、热轧空冷）

6、、等温冷却2）形态：板条F+其内一些孤立小岛，呈粒状-富碳的A区下贝氏体的下贝氏体的下贝氏体的下贝氏体的F F F F中的细小片状碳化物中的细小片状碳化物中的细小片状碳化物中的细小片状碳化物第7页，共32页，编辑于2022年，星期三3）粒状B和粒状组织的区别粒状B：板条F 粒状组织：等轴块状；（上B）+（富C）（先共析F）+（富C）粒状组织无表面浮凸效应4）富碳A岛在继续冷却过程中的转变部分或全部分解为F+碳化物；部分转变为M，其余成为AR，成为M-A混合物，M为高碳孪晶型；全部保留下来成为AR。富碳奥氏体小岛全部分解 未分解的富碳奥氏体岛 富碳奥氏体小岛部分分解第8页，共32页，编辑于202

7、2年，星期三无碳化物贝氏体无碳化物贝氏体无碳化物贝氏体无碳化物贝氏体4、无碳化物贝氏体B转变区最上部的温度范围内形成低中碳钢1）形态：条状F构成的单相组织，条间为富C的奥氏体。2）特点：优先在A晶界上形成；F内不含碳或近于无碳；F条较宽，条间距离较大；具有表面浮凸效应；无碳化物B与其它组织共存；等温形成或缓慢连续冷却时形成5、反常贝氏体产生于过共析钢先共析Fe3C析出（Bs以上）cF+碳化物特点：以Fe3C领先形核，一般B以F领先形核6、柱状贝氏体高碳钢或高碳合金钢，在B转变区的较低温度范围形成形态：F呈放射，整体呈不规则7、小结：无碳化物、反常B、粒状B上B柱B下B柱状贝氏体柱状贝氏体柱状贝

8、氏体柱状贝氏体第9页，共32页，编辑于2022年，星期三6-2 贝氏体相变机制一、转变过程1.B转变的基本过程：F的成长+碳化物的析出2.A中碳的再分配低碳相：F 低C区F形成长大排C到A 析出Cem高碳相：Cem 高C区B转变的孕育期和转变过程都发生碳的再分配证明：残余A点阵常数的增加领先相：领先相：领先相：领先相：F F F F碳扩散碳扩散碳扩散碳扩散第10页，共32页，编辑于2022年，星期三3.B中铁素体的形成及其含碳量切变机理:B中F是由A中贫碳区形成低碳M，在随后保温过程中发生分解，析出碳化物贝氏体铁素体前提：B的F的碳量是过饱和的，与转变温度有关在某一温度下形成的B的碳含量应相当

9、于以该温度为Ms点的A的含碳量。亚共析钢：成分为X过冷至T处于ES线以右C在A中过饱和热力学：C具有从A中析出的倾向 贫碳区碳量向左降低 富碳区碳量向右升高当贫碳区的碳量降至Y甚至Z时，处于Ms点或以下M转变说明：此时形成的贝氏体铁素体的过饱和碳量远低于钢的平均碳含量，又显著高于该温度下平衡状态的铁素体的碳含量；转变温度F中的碳的过饱和度碳扩散贫碳区形成低碳M分解析出碳化物贝氏体铁素体第11页，共32页，编辑于2022年，星期三4.碳化物的成分和类型碳化物或渗碳体取决于钢的成分及转变温度和持续时间合金元素在贝氏体转变时不发生重新分布二、贝氏体转变的热力学分析1.B转变的驱动力：新、母相单位体积

10、化学自由能差与M转变相比，为什么B转变不需要太大的过冷度？C的再分配F中含碳量F的自由能新、母相自由能差驱动力；与M相比，B与A的比容差小因比容和维持切变共格所引起的弹性应变能 A协作形变能2.Bs点及其与钢成分的关系物理意义：表示A和B间自由能差达到相变所需的最小化学驱动力值时的温度或反映了B转变得以进行所需要的最小过冷度。低合金钢：c0.5%cBs c0.5%Bs基本保持不变加入稳定奥氏体的合金元素Bs第12页，共32页，编辑于2022年，星期三三、贝氏体的形成过程切变共格长大+碳原子扩散+碳化物的脱溶沉淀碳原子的扩散速度决定转变速度1.无碳化物B（板条F+条间富碳A）的形成低、中碳钢相变

11、温区较高C原子远程扩散（向A纵深扩散）A中的含碳量均匀提高，而不聚集在界面附近若A中含碳量较低，不会因B中F的形成使A中的碳含量超过ES线及其延长线A中不会析出碳化物T小驱动力小形成的B的F量少在条间形成富碳A富碳AP、M、B 无碳化物B+其它组织的混合组织特点：F板条较宽、条间距较大 2.上B的形成转变温度C原子在F中顺利扩散，在A中扩散不充分，进入板条间脱溶析出 T相变驱动力rKB中F的量板条密集TB中F量板条窄第13页，共32页，编辑于2022年，星期三注：T、cC扩散速度、F中C的过饱和度大部分碳化物沉淀于各个F板条的内部；过共析钢：先共析Fe3C析出（针状的魏氏组织碳化物）周围A贫碳

12、形成B中FF条间析出碳化物 先共析Fe3C+反常B3.下B的形成中、高碳钢转变温度（350）、c F为片状 C原子在A中扩散困难，只能在F中短程扩散沿某一晶面偏聚，以碳化物的形式析出无碳化物B典型上B在F条内析出碳化物的上B 典型下B第14页，共32页，编辑于2022年，星期三4.粒状B的形成略高于典型上B形成温度碳的再分配贫碳区板条F（大致平行）C从F中通过F/A向A中扩散F纵、侧向长大 推进速度不同F/A相界面凹凸不平侧 向不均匀长大，彼此靠拢 将富C的A区包围5.BF的基元 上、下上、下B B中的中的F F的条片由若干亚单元组成的条片由若干亚单元组成 一个亚单元长大到一定尺寸在其附近诱发

13、形成另一个亚单元长大到一定尺寸在其附近诱发形成另一亚单元一亚单元亚单元的不断的诱发形核长大，构成亚单元的不断的诱发形核长大，构成F F板条在纵向和横向长大板条在纵向和横向长大 为什么亚单元长大速度快而整个铁素体板条长大速为什么亚单元长大速度快而整个铁素体板条长大速度较慢？度较慢？第15页，共32页，编辑于2022年，星期三注：BF的生长是一种不连续的生长；亚单元切变共格长大，长大速度快，对整个F板条长大速度较慢（受碳扩散控制）：即碳在界面附近的富集，必须等富集的C原子通过扩散被消除后长大才能继续进行下B从一个平直的不动边形核，以一定角度向另一边发展。解释了下B中碳化物排布规律的形成疑问：（切变

14、机理不能解释之问题）为什么B转变所引起的浮凸不同于M转变所引起的浮凸？为什么在透镜片状贝氏体铁素体中没有孪晶？为什么下B的碳化物分布与回火M中碳化物的分布明显不同？第16页，共32页，编辑于2022年，星期三6-5 贝氏体相变动力学及其影响因素一、特点1.形成速度：慢快慢；2.转变速度：BM；3.B转变的不完全性（稳定化）：T不完全性化学稳定性：碳的扩散 机械稳定性：比容变化6.B中F同时沿纵向和横向长大，以纵向为主；7.可能与P或M转变重叠二、B等温转变动力学图C C C C曲线曲线曲线曲线T驱动力转变速度TC原子扩散能力转变速度鼻子鼻子鼻子鼻子第17页，共32页，编辑于2022年，星期三三

15、、影响B转变动力学的因素1.碳和合金元素1）碳：cB转变速度2）合金元素：除Al和Co外 B转变速度 B转变温度范围C曲线分离原因：影响C在A和F中的扩散速度；影响在一定温度下的相间自由能差影响Bs点和在Bs点以下给定温度的相变驱动力；稳定A的元素：Ni、MnBsT 形成强碳化物元素（Cr、Mn、W、V）-由于与碳的亲和力较大而在A中形成“原子集团”共格界面迁移困难B转变速度2.A晶粒大小和A化温度A化温度 晶粒尺寸 晶界A均匀化贫碳区 相变速度 形核地点第18页，共32页，编辑于2022年，星期三3.应力和塑性变形1）拉应力：促进B转变2）塑性变形：在高温稳定A区塑变转变速度；在Bs以下介稳

16、A区塑变转变速度。原因：高温形变A晶粒产生多边化亚结构破坏晶粒取向的连续性B转变时F的共格长大受阻转变速度；低温形变在A中形成大量的位错促进C的扩散速度转变速度。4.A冷却过程中在不同温度停留1）P-B区间的亚稳区：B转变速度A中析出碳化物A中的碳和合金元素含量贫碳区、Bs点第19页，共32页，编辑于2022年，星期三2）B区上部停留-A发生部分转变更低温度下B转变速度部分上B转变A中含碳量过冷A稳定性3）B区下部或M区停留更高温度下的B转变速度 转变产生应力，促进形核第20页，共32页，编辑于2022年，星期三6-6 6-6 贝氏体的机械性能贝氏体的机械性能有关因素：B中F条、片的粗细；ce

17、m的形态（形状、大小、分布）和数量；B中F的固溶碳量；位错的密度与分布。一、贝氏体的强度1.强度和转变温度的关系随转变温度-b与0.2表明：下B的强度高于上B2.影响贝氏体强度的因素1）BF的晶粒大小晶粒强度晶粒尺寸板条宽度的平均值或板条束的宽度。2）碳化物的弥散度和分布状况-弥散强化颗粒细小、量多弥散强化作用强度 对下B的影响显著第21页，共32页，编辑于2022年，星期三3）溶质元素的固溶强化碳原子：间隙原子 合金元素：置换原子转变温度BF中过饱和度固溶强化作用强度4）位错密度转变温度BF中位错密度碳钉扎位错强度二、贝氏体的韧性1.上、下B的冲击韧性和韧脆转化温度冲击韧性：下B上B 韧脆转

18、化温度：下B上B2.影响B冲击性能的因素取决于B组织的变化1）F板条和板条束的尺寸板条宽度板条束直径解理小平面尺寸韧脆转化温度解理小平面尺寸 束间位向大 阻碍裂纹扩展 解理小平面尺寸=板条束直径 束间位向小 不阻碍裂纹扩展 解理小平面尺寸板条束直径2）碳化物的形态和分布上B：cem分布F条间且粗大易在Fcem界面处产生裂纹易传播下B：cem分布F片内且细小不易产生裂纹，若存在也被cem和位错阻止第22页，共32页，编辑于2022年，星期三3）M-A岛状组成物主要为AR冲击韧性、韧脆转化温度 其中的M为高碳孪晶型利于解理裂纹萌生扩展4）奥氏体的晶粒度A晶粒板条厚度、板条束直径改善冲击性能3.等温

19、淬火组织和普通淬火+回火组织在等强（硬）度条件下的冲击性能冲击韧性：下B回火M原因：高强度下，回火M出现回火脆性使冲击韧性韧脆转化温度：下B 回火M应用：控制等温转变过程或控制连续冷却速度获得适当B+M的复相组织优点：强韧性好、韧脆转化温度低第23页，共32页，编辑于2022年，星期三6-7 6-7 魏氏组织魏氏组织一、魏氏组织的形态和基本特征亚共析钢：晶界向晶内生长具有一定取向的片（针）状F魏氏铁素体 羽毛状晶界向晶内生长具有一定取向的片（针）状Fe3C魏氏渗碳体魏氏F的基本特征：产生表面浮凸；惯习面111，符合K-S关系；随等温时间延长，魏氏F的尺寸增大形核+长大。二、魏氏铁素体的形成条件

20、和转变机理1.规律：等温或连续冷却条件下形成；等温条件下有形成温度上限Ws，且随c和晶粒度Ws；连续冷却条件下只能在一定的冷却速度范围内形成；易于在粗晶粒的A中形成；c0.6%，魏氏铁素体难于形成；Cr、Si、Mo阻止魏氏铁素体形成，Mn促进WF形成。亚共析钢：c0.6%，A化温度高，冷却符合条件第24页，共32页，编辑于2022年，星期三2.转变机理以B的切变共格机理形成1）A晶粒越细C扩散路程短且形核率-利于网状F形成-cWs（低于等温温度）-WF不能形成若等温温度低C扩散能力不利于C在晶界析出A中的碳量较低-Ws高于等温温度WF形成2）粗晶粒C自晶界向晶内扩散的路程长、形核率小不利于网状

21、F形成，利于WF形成第25页，共32页，编辑于2022年，星期三3）c0.6%F形成A中c-达到形成伪共析组织的含碳量4）连续冷却：冷却慢-T小利于网状F形成；冷却快-T大C扩散能力-抑制WF的形成5）粗晶粒Ws高：即使T小也可满足Ws转变温度 形核率低，C向晶内扩散距离较大当形成一定F时A中c升高较少三、魏氏铁素体对钢机械性能的影响1.出现WF强度、塑性、韧性、韧脆转化温度2.防止与消除无论晶粒大小，只要冷速（或等温温度）适当即可形成W；A晶粒粗大，钢的成分可在较宽的碳量范围内形成W。1）防止严格控制A化温度，尽量防止过热；控制冷速，避开W的形成速度。2）消除正火、退火、等温退火淬火+回火第

22、26页，共32页，编辑于2022年，星期三6-8 6-8 贝氏体转变规律的实际应用贝氏体转变规律的实际应用一、贝氏体相变规律的应用1.取得强度和塑性的良好配合1）工模具钢的等温淬火T7、T8、T12、9CrSi、CrWMn等温淬火-获得以下B为主的组织钢件具有较高强度并兼具较高的塑韧性2.结构钢贝氏体淬火的应用30CrMnTi、30CrMnSiA、30CrNiMoA常规：调质处理 缺点淬火后变形大采用等温淬火变形小且具有高强度下较高的塑韧性3.弹簧钢等温淬火的应用T10、50CrV、55Si2、60Si2Mn与普通淬火+回火相比：在保证强度的条件下，可得高K，挠度提高23倍第27页，共32页，

23、编辑于2022年，星期三第28页，共32页，编辑于2022年，星期三二、减少工件变形和开裂由于贝氏体的相变温度比马氏体为高，而其比容又较马氏体为小，所以在等温淬火时工件中的内应力较小。因此，采用等温淬火可以有效地减少变形和开裂。三、创制贝氏体钢低碳空冷微合金贝氏体钢：0.12C-0.5Mo-0.002B可不经热处理，其强度可达600MPa，有较好的韧性和可焊性，空冷时变形量小，具有一定的淬透性。日本钢铁公司：0.02C-0.13Si-0.02P-0.48Nb-0.016Ti-0.001B-0.044Al-0.0025N超低碳微合金贝氏体钢 抗拉强度800MPa 延伸率38%脆性转折温度-80中

24、国：14MnMoVB 115mm 抗拉强度883MPa 屈服强度735MPa=20%=62.3%不足之处：贝氏体组织的脆性转化温度比硬度相近的回火M为高；等温淬火工艺复杂，生产周期长，生产率低第29页，共32页，编辑于2022年，星期三本本 章章 总总 结结1、贝氏体的各种组织形态及其亚结构；2、贝氏体转变的特点；3、贝氏体的转变过程及贝氏体铁素体的形成；4、贝氏体的转变的热力学；5、贝氏体转变的机理（切变机理）；6、影响贝氏体转变动力学的因素；7、贝氏体的机械性能及影响性能的因素；8、了解魏氏铁素体。第30页，共32页，编辑于2022年，星期三1.贝氏体转变与珠光体转变有哪些异同点？两者均有

25、一定的上限转变温度，P上限转变温度对应于A1点，B对应于Bs点；两者的转变产物均为相与碳化物所组成的两相混合物，P为层片状组织，B为非层片状；B与P均可等温形成，都是通过形核+长大过程而形成，转变具有孕育期；与P不同，B等温转变不能进行到终了，即具有转变的不完全性；B转变时只有C的扩散而Fe及其中的合金元素均无扩散；B的晶体学特征均与P不同，BF形成时，有表面浮凸；领先相问题。第31页，共32页，编辑于2022年，星期三2.马氏体转变与贝氏体转变有哪些异同点？两者转变都有一个转变温度区，M转变对应于MsMf，B转变对应于BsBf；B转变可等温进行，而M转变是非恒温性的，即M转变是在不断降温的条件下才能进行；M转变只有点阵改组而无成分变化无扩散转变，Fe、C均不可扩散，而B转变C原子可扩散；都有表面浮凸，M：呈“N”形，B：“或”形，B的晶体学特征与M接近；二者转变均存在不完全性，即转变不能进行到终了，M转变还有可逆性；内部亚结构。第32页，共32页，编辑于2022年，星期三