碳钢中贝氏体转变与性能分析姓名：施海龙 班级：0919001 学号：1091900119摘要：碳钢中贝氏体是过冷奥氏体在中温区域分解的产物，贝氏体转变是钢经奥氏体化后，过冷到珠光体转变和马氏体转变之间的中温区域发生的，故称为中温转变。这种转变的动力学特征和产物的组织性能兼具有扩散性转变和非扩散型转变的特征。并且，贝氏体常常具有优良的综合力学性能，其强度和韧性都比较高。并具有较高的耐磨性、耐热性和抗回火性。一、成份、相、结构、组织贝氏体 珠光体 马氏体成分 含有 Fe 和 C 两种合金元素。C%有一定的范围。含有 Fe和 C 两种合金元素。C%=0.77%含有 Fe 和 C 两种合金元素。C%有一定的范围。相 含有两相，分别是铁素体和渗碳体。 含有两相，分别是铁素体和渗碳体。含有一相，马氏体 M铁素体是体心立方 铁素体是体心立方结构渗碳体是斜方复杂结构 渗碳体是斜方复杂结构体心正方板条状 片状（亚结构） 铁素体为位错 铁素体为位错 位错 孪晶上贝氏体 下贝氏体 无碳化物贝氏体板条状 片状组织平行的过饱和条状铁素体及夹于其间的断续条状渗碳体（）的混3合物。过饱和的片状铁素体和其内部沉淀的渗碳体（ ）的3混合物。平行的国宝的条状铁素体及夹于其间的富碳奥氏体的混合物。铁素体片与渗碳体片交3替堆叠而成。板条束、板条块，稠密的板条体及夹于其间的连续的高度变形的残余奥氏体。相互间成一定角度的马氏体片，初生者贯穿整个晶粒，次生者小。二、转变热力学条件下图是奥氏体、珠光体、贝氏体、马氏体不同温度时对应的自由能。从图中可以看出贝氏体的自由能曲线正好介于珠光体和马氏体之间，这一特点影响直接影响着贝氏体转变的特点。驱动力 阻力贝氏体转变 与母相的体积自由能差 新相表面能、母相与转变产物因比容不同而产生的应变能、维持贝氏体与奥氏体之间的共格关系的弹性应变能。珠光体转变 与母相的体积自由能差 新相表面能、母相与转变产物因比容不同而产生的应变能。马氏体转变 与母相的体积自由能差 新相表面能、母相与转变产物因比容不同而产生的应变能、维持贝氏体与奥氏体之间的共格关系的弹性应变能。三、动力学及影响因素 贝氏体 珠光体 马氏体等温转变图“C”型曲线 “C”型曲线转变与其它相重叠高温转变时与珠光体转变重叠，低温转变时与马氏体转变重叠。低温转变时与贝氏体转变重叠。高温转变时与贝氏体转变重叠。动力学曲线具有扩散型相变特点。开始阶段形成速度较小，继而迅速增大，转变量达到某一范围时，形成速度趋于定值，随后又逐渐减小。典型“S”曲线，开始阶段形成速度较小，随着时间增长，转变速度越来越大，转变量超过50%时速度又逐渐降低，直至转变完成。到温即转变。影响因素影响因素 影响机理亚共析钢中 碳含量增高，珠光体育孕期增长，析出速度减慢1碳含量过共析钢中 碳含量增高，珠光体育孕期缩短，析出速度增大2奥氏体成份的均匀性和过剩向溶解情况奥氏体成分不均匀和未溶碳化物加速珠光体转变速度3奥氏体晶粒度奥氏体晶粒细小，单位体积内晶界面积增大，珠光体成核部位增大，转变速度加快4奥氏体化温度和时间提高奥氏体化温度和延长保温时间减少了成核速率和长大速度，延迟了珠光体转变5应力和塑性变形拉应力加速珠光体转变压应力减慢珠光体转变Mo Ni Mn Si 增大过冷奥氏体的稳定性，减慢了转变速度。Co 减小过冷奥氏体的稳定性，加快转变速度。V Ti Zr Nb Ta 在钢中形成难熔碳化物，如在加热时能够溶入奥氏体中则增大奥氏体的稳定性，降低转变速率。如果加热时不能完全溶入奥氏体中时则作用相反。珠光体6合金元素B 钢中加入微量的 B 可以抑制珠光体的形成1 化学成份 1、加入 C、Mn、Ni 等稳定奥氏体的元素，降低了相变驱动力，从而降低了形核率和长大速度，减慢贝氏体转变速度2、加入 Cr、Mo、W 、等形成碳化物的元素，使碳在奥氏体中扩散速度降低，进而减慢贝氏体转变速度3、不形成碳化物而又降低奥氏体稳定性的元素可以加速贝氏体的形成2奥氏体晶粒度奥氏体晶粒越大，转变速度越慢3奥氏体化温度提高奥氏体化温度，转变速度减慢4转变温度 转变温度降低，长大速度降低5应力和塑性变形拉应力使贝氏体转变加速较高温度下对奥氏体进行变形，减慢贝氏体转变速度，较低温度下变形，加快转变速度在珠光体与贝氏体转变区域之间稳定区域停留500 度以上停留加速随后在较低温度贝氏体的转变贝氏体6奥氏体冷却时在不同温度停留及以及部分发生相变在贝氏体转变区域上部停留对较低温度贝氏体转变的影响在较高温度停留或部分发生贝氏体转变降低以后在低温进行的贝氏体传变。在贝氏体转变区域下部或 Ms 点稍下部分发生转变对随后在较高温度的贝氏体的转变影响加速在较高温度进行的贝氏体转变马氏体 1转变温度 由于马氏体转变速度非常快，只要温度降低到马氏体形成所需要的过冷度，马氏体瞬间形成，所以它的形成速度只与温度有关。 四、转变过程由于贝氏体相变即具有共格切变的特点又具有扩散型相变的特点。其转变各个方面与珠光体和马氏体比较具有如下所示特点。贝氏体 马氏体上贝氏体下贝氏体珠光体板条状马氏体 片状马氏体位置 原奥氏体晶界 原奥氏体晶界 晶体缺陷、内表面等结构不均匀区域形核领先相 无 铁素体或渗碳体无惯习面 （111） （225） （111） （225） （259）位向关系 铁素体与奥氏体有K-S 位向关系 /(110)(112)/(111)(110)K-S 关系，西山关系K-S 关系西山关系孕育期 有 有 无长大速度 很快 较慢 极快上下限温度 Bs 、Bf 无 Ms、Mf长大方式 共格切变 依靠 C 原子及Fe 原子的扩散长大共格切变相变类型 有共格有扩散型相变扩散型相变 共格型相变此外，贝氏体转变还有其独特的特点：一、在转变过程中钢中贝氏体碳化物的分布状态随形成温度不同而异，较高温度形成的上贝氏体中碳化物一般分布在铁素体条间，较低温度形成的下贝氏体中碳化物主要分布在铁素体条内部。二、由于贝氏体相变是有共格有扩散型相变，贝氏体相变中 C 原子的扩散对贝氏体的相变起控制作用。五、机械性能贝氏体 珠光体 马氏体铁素体的形状、尺寸 片层间距 0 马氏体中的碳含量铁素体中碳的含量 珠光体团尺寸影响因素铁素体中位错密度 铁素体亚结构马氏体的亚结构渗碳体数量、尺寸、形状、分布上贝氏体 下贝氏体 位错型 孪晶型硬度较低 较高 低 高强度 较低 较高 低 高塑性 较好 较好 好 差韧性 较差 较好 良好 差综合力学性能 差 好 差 好 较好总之，上述所有关于贝氏体转变及贝氏体组织的特点决定了贝氏体具有强度韧性兼优的特点。此外，贝氏体还具有较高的耐磨性、耐热性和抗回火性。六、贝氏体的应用由于贝氏体具有较高的强韧性配合。而且在硬度相同的情况下贝氏体组织的耐磨性明显优于马氏体，因此在钢铁材料中基体组织获得贝氏体是人们追求的目标。 并且，贝氏体转变的过程中会生成两相，即在贝氏体转变温度偏高区域转变产物为上贝氏体（350550 ） 。它是由许多从奥氏体晶界向晶内平行生长的条状铁素体和在相邻铁素体条间存在的断续的，短杆状的渗碳体组成。其冲击韧性较差，生产上力求避免。在贝氏体转变温度下端偏低温度区域转变产物为下贝氏体（Ms 350） 。它是由含碳过饱和的片状铁素体和其内部析出的微细的碳化物组成。其冲击韧性较好。为提高韧性，生产上通过热处理控制获得下贝氏体。 贝氏体钢发展至今，在简化工艺、节省能源的基础上又具有高强度高韧性兼优的特点，其应用前景是十分广阔的。(1) 可作为工程构件用钢 (板材、棒材、型钢)，用于桥粱、建筑、起重运输机攘、压力容器、石油管线、钢筋等方面，由于其强度高、焊接性好，既无制造上的困难，又可节约大量钢材，特别对于大型掏件，焊后无法热处理，则贝氏体钢更具优越性。(2) 可代替中碳舍金调质钢，用于轴、杆、齿轮等零件，由于贝氏体钢淬透性好、特别适用于大截面零件。(3) 可作为大塑塑料模具用钢，由于空冷淬硬，淬透性好，避免了淬火变形。(4) 可作为热绕成型弹簧或热挤压成型螺栓用钢，热成型后空冷即可达到要求，或再经适当回火，工艺简单，尺寸精度高，缺口敏感性低，对制造弹簧和螺栓均十分有利。(5) 可作为渗碳钢或氮化钢，具有更高的耐密性和强韧性。(6) 通过成分调整，可获得超高强度贝氏体