材料工程基础讲.ppt

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1、第五章 贝氏体转变 B转变是过冷A介于P转变和M转变温度之间的一种转变。贝氏体还没有一个确切的定义。51 贝氏体转变的基本特征 1对应于P转变的A1点及M转变的Ms点，B转变也有一个上限温度Bs点。2贝氏体转变产物 B转变产物是由相与碳化物所组成的两相混合物，但与P不同，B不是层片状组织，且组织与转变温度密切有关，其中包括相形态而言，更多类似于M而不同于P。关于B组织形态有两个不同的定义：Hehemann称B为铁素体与碳化物的非层状混合组织。Aaronson则称之为非层状共析反应产物或非层状P变态。即Aaronson强调的是B转变与P转变一样，都是共析转变，只是因为转变温度不同而导致转变产物的

2、形态不同。,3贝氏体转变动力学 B转变：形核长大进行的。P109 4转变的不完全性 5贝氏体转变的扩散性 B转变时：碳原子扩散，合金元素原子不扩散，其中包括铁原子。至少合金元素原子与铁原子未发生较长距离的扩散。6晶体学特征 B的F浮凸则呈V形或帐篷形。B的晶体学特征，其中包括位向关系与惯习面等也不同于P而较接近M。,52 贝氏体组织形态和晶体学 随钢的化学成分及形成温度而异。B可以按组织形态不同主要区分为无碳化物B、粒状B、上B和下B等。1无碳化物贝氏体 无碳化物B：在B转变区域的最高温度范围内形成。一般产生于低、中碳钢中，可在等温或在缓慢的连续冷却时形成。无碳化物B由板条F束及未转变的A所组

3、成，F与A内均无碳化物析出称无碳化物B，是B的一种特殊形态。,无碳化物BF在形成时也能在抛光试样表面形成浮凸。与A的晶体学关系与上B相同，惯习面为111,位向关系为KS关系。2上贝氏体:中、高碳钢:350-550 C 上B是在B转变上部温度范围内形成。它是由成束的、大致平行的板条状F和条间的呈粒状或条状的渗碳体（有时有残余A）所组成的非层状组织。当其转变量不多时，在光学显微镜下成束的条状铁素体自晶界向晶内生长,形成羽毛状羽毛状B，此时无法分辨其条间的渗碳体。在电子显微镜下可清晰看到上B中的F和渗碳体的形态。,上B中由大体上平行排列的F板条所构成的“束”，束的尺寸对其强度和韧性有一定的影响，故往

4、往把束的平均尺寸视为上B的“有效晶粒尺寸”。各束间有较大的位向差。束中各相邻F板条间存在较小的位向差。上BF中的碳含量近于平衡态，小于0.03%。其板条宽度通常比相同温度下形成的P中的F片大。上B形成表面浮凸效应。电镜观察表明,上贝氏体铁素体是由许多亚基元组成的。每一个亚基元的尺寸大致是厚小于1m，宽510m，长约1050m。上BF体内的亚结构是位错。随A中碳含量的增加，BF板条变薄，随转变温度的下降，BF变细小。当钢中含有较多量的硅、铝等元素时，由于它们具有延缓渗碳体析出的作用，使上BF板条间很少或基本上不沉淀渗碳体，而代之以富碳的A，并保留到室温。,上BF的惯习面为111,与A之间的位向关

5、系接近KS关系。关于BF碳化物、A碳化物间的晶体学关系往往被用来作为判断碳化物究竟是由BF中析出，还是由A中析出的重要依据，亦即涉及B转变的机制问题。上B渗碳体的惯习面为(227)，与A间具有Pitsch关系：。由此证明渗碳体是由A中直接析出的。3下贝氏体:中、高碳钢:350 C-Ms 在B转变区域的低温范围形成的B称为下B。当钢中碳含量大于0.6%时下B的形成温度大约在350以下。下B也是由BF和碳化物两相组成，但F的形态及碳化物的分布均不同于上B。研究表明，下B可以从A晶界形核，也可以在晶内形核。,在低碳（低合金钢）中，BF的形态呈板条状，若干个平行排列的板条构成一个束，与板条M相似。在高

6、碳钢中，BF呈片状，各个片之间互成一定的交角，与片状马氏体很相似。而在中碳钢中则两种形态的BF兼有之。下BF中的亚结构为位错，不存在孪晶。,在高碳钢中，BF呈片状,以下是对于高碳钢B下的描述,下BF的碳含量远高于平衡碳量。要测出初形成的F的碳含量是困难的，因为铁素体形成后立即可以通过析出碳化物而使碳含量下降。故实际测出的碳含量均较初形成时的碳含量为低。下BF与A之间的位向关系为K-S关系。下BF的惯习面比较复杂,有人认为是110,也有报道为225、569、254等。下B中F与碳化物间的取向关系：取向关系与回火M相近，或为Bagaryatski关系,即 碳化物与下BF之间的位向关系为Jack关系

7、，即,根据以上结果，一般认为认为下B中的碳化物是自过饱和的BF中析出。实际上根据所测得的碳化物与BF间的取向关系，并不一定说明碳化物是由BF中析出，因为A与F间存在KS关系，故也可将（）与F间取向关系转换为（）与A的关系。转换后得出（）与A之间为Pitsch关系。已知Pitsch关系为碳化物自A中析出所遵循的取向关系，据此，也可以认为下B中碳化物可以从A中析出。但也有人研究40CrMnSiMoV钢下B中碳化物的取向关系后认为，碳化物既可从F中析出，也可从A中析出。总之，有关B转变的晶体学关系问题目前尚无定论。,4粒状贝氏体 粒状B：低、中碳钢中存在，在稍高于典型上B形成温度形成的。组织组成物：

8、F基体+岛状组织。小岛呈不连续条状，平行排列在F基体中。基体F呈片针状，有浮凸。小岛分布在片针状界面。F的碳含量：平衡碳量，小岛中的碳含量则较平均浓度高出很多。F与小岛中的合金元素含量与平均浓度相同粒状B形成过程中有碳的扩散而无合金元素的扩散。粒状B与无碳化物B很相近，只是F量较多已汇成片，A呈小岛分布在F基体中。,富碳A小岛在随后的冷却过程中F+碳化物，也有可能转变为M，或以A状态保留到室温。最可能的情况是部分A转变为M，部分A保留到室温，得到两相混合物，称为MA组织。,低碳钢B组织的分类，即B、B、B三类 p113,钢种各种组织形成的大致范围,53 贝氏体转变动力学,1B等温转变动力学 B

9、等温形成，或连续冷却过程中形成。B等温转变动力学曲线呈S形，不能进行终了。等温温度愈高，愈接近Bs点，转变量愈少。在某一温度以上观察不到B转变Bs点。在Bs点以下，随转变温度降低，等温转变速度先增后减，在等温转变动力学图中也有一鼻温。对于碳钢，由于P转变与B转变的C曲线重叠在一起，合并为一个C曲线。,精确测试B转变C曲线发现，B转变C曲线是由两个独立的C曲线合并而成的，即由上B和下B有各自独立、彼此重叠的C曲线。由此可见，上B与下B很可能是通过不同机制形成的。,2B转变时碳的扩散 B转变是在碳还能扩散的中温范围内发生的。与M转变不同，B转变的进行依赖于碳的扩散。为了在A中形成低碳的BF，碳必将

10、向A富集。当A的碳含量超过Fe3C在A中的溶解度曲线ES线及其延长线时，碳又将以渗碳体形式自A中析出，而使A中的碳含量下降。视A中碳含量及转变温度不同，在B转变过程中A的碳含量可能升高，也可能降低。用实验方法已证实了B转变过程中碳含量的变化。,对于B等温转变C曲线下半部来说。转变速度主要是受扩散控制，故可认为转变速度V与转变 温度T之间存在下列关系：VVoexp(Q/KT)(5-1)式中 Q转变激活能，Vo常数。为到达某一转变量所需的时间与转变温度之间则存在下列关系：oexp(Q/KT)(5-2)取对数得到：(5-3)即所需时间的对数与温度的倒数成正比关系。对碳含量0.65、0.77、1.07

11、和1.20几种碳含量的钢测量，转变50所需的时间50的对数与1/T之间确存在直线关系。,3影响B转变动力学的因素1）C%量的影响 随A中C%量的增加，B转变速度下降。这是因为C%量高，形成低碳的BF所需扩散的碳原子量增加。2）合金元素的影响 除Al、Co外，其它合金元素都或多或少地降低B转变速度，同时也使B转变的温度下降，从而使P与B转变的C曲线分开。由于同一种合金元素对P转变及B转变动力学的影响并不相同，如Mo、B等能显著减缓先共析F的析出及P转变速度，但对B转变动力学的影响要小得多。故合金元素的加入不仅可以使两个C曲线上下分离，而且可以使其左右分开。3）A晶粒大小和A化温度的影响 A晶粒增

12、大，对依赖于晶界形核的上B转变的孕育期增加，而对下B的转变影响不大。随A化温度升高，B转变速度先降后增。A化时间对B转变速度也有类似影响。4）应力影响 拉应力促进B转变，随应力增加B转变速度加快。5）塑性变形的影响 较高的温度塑性变形使B转变速度减慢，较低温度塑性变形却使B转变速度加快。,6）冷却时在不同温度停留的影响p112 冷却时在B与P转变区之间的稳定区等温停留，由于自A中析出了碳化物，降低了A的稳定性，使随后的B转变加速；过冷A在上B转变区停留，先形成部分上B将会降低下B的形成速度，这可能是又一种A稳定化的影响所致；过冷A先冷至低温形成少量M或下B后，再升至较高温度，可以使随后的B转变加速，这可能是先形成的M或下B的转变在A中产生应力，促进了随后的B转变。,