第6章 贝氏体相变2.ppt

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1、一、贝氏体相变的基本特征一、贝氏体相变的基本特征1.贝氏体相变的温度范围：n贝氏体相变的温度范围：BsMsn贝氏体相变不能进行到底，有残余奥氏体存在。2.相变产物：n铁素体与碳化物、残余奥氏体、马氏体、富碳奥氏体等组成。而珠光体由铁素体和碳化物组成。3.贝氏体相变动力学：n形核和核长大过程。n可等温形成，也可连续冷却形成。n有孕育期，等温动力学曲线呈“C”曲线。复习复习4.贝氏体相变的扩散性：n相变过程中只有碳原子的扩散，而无铁原子和合金元素的扩散；n上贝氏体的相变速度取决于碳在-Fe中的扩散；n下贝氏体的相变速度取决于碳在-Fe中的扩散。5.贝氏体相变的晶体学特征n铁素体形成时有表面浮突现象

2、，说明-Fe是按切变共格方式长大的；n上贝氏体的惯习面是111，下贝氏体的是225 n贝氏体中的铁素体与奥氏体、渗碳体与奥氏体有位向关系。复习复习二、钢中贝氏体的组织形态1.1.上贝氏体上贝氏体n形成温度：350550Cn组织形态：光学显微镜下呈羽毛状、条状、针状n典型材料：中、高碳钢复习复习n电镜下的组织：一束大致平行分布的条状铁素体和夹于条间的断续条状碳化物。条间位相差很小，束间位相差较大。n条状铁素体：在奥氏体的晶界处形核，亚结构为位错。n条状铁素体的碳含量接近平衡浓度，条间碳化物为渗碳体型碳化物。复习复习相变温度范围：350550C碳的扩散能力下降，碳在铁素体中有一定的扩散能力，但在奥

3、氏体中的扩散困难；铁素体条间的奥氏体的碳浓度升高到一定时将析出渗碳体，形成上贝氏体平行的条状铁素体加断续的渗碳体。B上的转变速度受碳在奥氏体中的扩散控制。上贝氏体的形成过程上贝氏体的形成过程2.2.下贝氏体下贝氏体n形成温度：350CMsn组织形态：光镜下呈暗黑色针状或片状n形核部位：奥氏体晶界上、奥氏体晶粒内部n典型材料：中、高碳钢复习复习n结构：铁素体片内分布着排列成行的细片状或粒状碳化物，通常分布于铁素体片内部。n表面也会产生浮突。n铁素体的碳含量高于平衡时的值。n亚结构：缠结位错n铁素体与奥氏体间的位相关系是K-S，惯习面是111n碳化物：-碳化物、-碳化物（渗碳体），从过饱和铁素体中

4、析出。下贝氏体的转变速度是受碳在铁素体中的扩散所控制的。复习复习一、贝氏体等温相一、贝氏体等温相变动力学变动力学n有孕育期，n呈“C”曲线n图5-9中珠光体与贝氏体转变分离。6.4 贝氏体相变动力学及其影响因素n图中珠光体转变与贝氏体转变部分重合n过冷奥氏体发生混合转变：较高温度等温时先形成一部分珠光体，再发生贝氏体相变。二、贝氏体相变时碳的扩散二、贝氏体相变时碳的扩散n贝氏体相变主要受碳的扩散控制n相变温度越高，相变速度越快。u=u0exp()n相变温度越高，达到一定转变量所需时间越短=0exp()n350C是上、下贝氏体的转折点。原因：碳在A、F中的扩散激活能不同三、影响贝氏体相变动力学的

5、因素三、影响贝氏体相变动力学的因素1、化学成分的影响n随钢中碳含量增加，形成贝氏体需扩散的碳增加，所以“C”曲线右下移，相变速度减慢。n除Co、Al外，其它合金元素 如Mn、Ni、Cu、Cr、Mo、W、V都使“C”曲线向右下方移动。2、奥氏体晶粒大小和奥氏体化温度的影响n随奥氏体晶粒增大，晶界减少，形核部位减少，贝氏体相变速度减慢。n提高保温时间，影响不同：奥氏体晶粒长大使贝氏体相变速度减慢；奥氏体均匀化使晶体缺陷减少、贝氏体形成时的相变阻力减小，故加速贝氏体相变。3、应力和塑性变形的影响n拉应力使贝氏体相变速度加快。n高温区对奥氏体进行塑性变形：使奥氏体的晶体缺陷密度提高，有利于碳的扩散，加

6、速贝氏体相变；破坏晶粒取向的连续性，对铁素体的共格长大不利，使贝氏体相变减慢。n中温区对奥氏体进行塑性变形：使奥氏体中的缺陷密度提高，有利于碳的扩散；造成内应力，有利于贝氏体铁素体按切变机制形成；促进碳化物的析出；提高相变速度。n曲线1：在珠光体相变和贝氏体相变之间的过冷奥氏体稳定区停留：有碳化物析出，降低了A稳定性，因此加速贝氏体相变速度。4、奥氏体冷却时在不同温度停留的影响n曲线2：在B形成温度的高温区停留，再冷却到下贝氏体相变区，则孕育期延长，转变量减少，即高温停留和发生的部分贝氏体相变所产生的相硬化能引起奥氏体的机械稳定化。n曲线3：在Ms点附近停留，则先形成的部分M或B，使奥氏体点阵

7、发生畸变，应变自促发形核，加速贝氏体的形成。n奥氏体化方式不同，过冷A的冷却方式不同，钢则转变为不同的组织结构，以获得所要求的性能.n过冷奥氏体在临界点以下，随等温温度的降低，可能转变的组织类型依次为：铁素体（碳化物）铁素体（碳化物）+珠光体珠光体上贝氏体上贝氏体 下贝氏体下贝氏体 马氏体马氏体 性能特点：强度、硬度越来越高，塑性、韧性越来越差。组织特点：从平衡组织逐渐过渡到非平衡组织，硬度不断提高。钢的力学性能n贝氏体的力学性能主要取决于其成分和组织结构n贝氏体的组织：贝氏体铁素体、碳化物、残余奥氏体、马氏体等。n贝氏体的强度和硬度随相变温度降低而升高。n下贝氏体：强度和硬度与回火马氏体相当

8、，并具有较高的韧性；n上贝氏体：强度和塑性均较差.n高碳钢的下贝氏体组织具有高的强度、硬度、耐磨性和韧性。第四节第四节 钢中贝氏体的力学性能钢中贝氏体的力学性能一、影响贝氏体力学性能的主要因素一、影响贝氏体力学性能的主要因素1、贝氏体中铁素体的晶粒大小的影响n贝氏体形成温度越低：BF的晶粒大小取决于A晶粒大小和形成温度。形成温度越低，B强度、硬度越高。因为：1）贝氏体铁素体的晶粒越细小，对位错运动的阻力越大；2）形成温度越低：贝氏体铁素体的过饱和度就越大，强度、硬度越高。3）形成温度越低：位错密度增大，则贝氏体的强度和硬度就越高，且韧性有所提高。n贝氏体铁素体的亚结构主要是缠结位错。2、贝氏体

9、中碳化物弥散度和分布状况的影响n碳化物的尺寸越细小，数量越多，则硬度和强度就越高，韧性和塑性有所降低。n碳化物为粒状时贝氏体的韧性最好，为细小片状时强度较高。n随温度降低，碳化物尺寸减小，数量增多，形态为细片状，硬度和强度增高，韧性和塑性降低很少。随等温时间延长或进行较高温度的回火，渗碳体将向粒状转化。n下贝氏体中，碳化物等向均匀弥散分布，且颗粒较细小，故强度较高，韧性较好。n强度是抵抗位错运动的能力。n贝氏体的强度和硬度随相变温度降低而升高。0.2=15.4-12.6+11.3d-1/2+0.98n1/4n高碳钢的B下组织具有高的强度、硬度、耐磨性和韧性。二、贝氏体的强度和硬度影响贝氏体强度

10、的因素有：1、BF的晶粒大小-细晶强化：贝氏体条片大小主要取决于形成温度：形成温度越低，贝氏体铁素体条片越小，条内的位错密度越高，所以强度越高。0.2=15.4-12.6+11.3d-1/2+0.98n1/42、碳化物的弥散度-弥散强化：碳化物的颗粒越小，数量越多，则强度越高。下贝氏体的碳化物颗粒细小，呈碳化物弥散分布于贝氏体铁素体条内部，所以强度较高；上贝氏体中的碳化物颗粒较大，呈不连续的短棒状分布于铁素体条片间，分布不均匀，所以强度低、脆性大。0.2=15.4-12.6+11.3d-1/2+0.98n1/4单单位位面面积积碳碳化化物物晶晶粒粒数数结论：碳化物的数量、大小主要取决于贝氏体的形

11、成温度和奥氏体中的碳含量，形成温度越低、碳含量越高碳含量越高，碳化物越细小。3、位错密度：、位错密度：n位错密度随相变温度降低而增加，切变强度与位错密位错密度随相变温度降低而增加，切变强度与位错密度的平方根成正比。度的平方根成正比。4、固溶强化、固溶强化n因为因为BF含碳量低，所以固溶强化作用较小含碳量低，所以固溶强化作用较小。n结论结论：B的强度随转变温度降低而升高的强度随转变温度降低而升高贝氏体的疲劳性能和耐磨性：同种钢在热处理后硬度相同时，等温淬火获得的贝氏体较淬火回火组织具有更高的疲劳强度和耐磨性。原因：贝氏体较其他组织具有最佳的强韧性配合，疲劳裂纹的产生和扩展都较困难。选材：在重载和

12、大的冲击载荷工作条件下，应首选贝氏体作为使用组织，因为抗冲击耐磨性能以强韧性配合较佳的组织为最好。n中、高碳钢的下贝氏体具有高的强度、韧性、耐磨性。三、贝氏体的塑性和韧性1、塑性和冲击韧性n随着等温温度的下降和强度的升高，贝氏体组织的塑性下降。n决定贝氏体组织韧性的因素是贝氏体铁素体的晶粒大小及碳化物的形态和分布。n下贝氏体铁素体条片细小，较小的碳化物颗粒分布在铁素体内部不易形成裂纹，即使形成裂纹也将受到大量弥散碳化物颗粒和位错的阻止，则具有较高的韧性，碳化物过于弥散时韧性会下降。n下贝氏体的韧性比上贝氏体的高。n贝氏体组织力学性能的重要特点是：贝氏体组织力学性能的重要特点是：下贝氏体的韧性较高。下贝氏体的韧性较高。n本章内容：n钢中的贝氏体相变，贝氏体相变的基本特征，贝氏体的组织形貌、亚结构特点，贝氏体相变动力学及影响因素、相变机制、性能等n重点内容：n贝氏体相变的基本特征，贝氏体的组织形貌、贝氏体相变的动力学、相变机制等。思考题：思考题：n简述钢中贝氏体的力学性能及影响因素简述钢中贝氏体的力学性能及影响因素n教材中：教材中：18题题