1、贝氏体转变PPT课件本章主要内容贝氏体的组织形态和亚结构贝氏体转变的特点贝氏体转变过程及其热力学条件 贝氏体转变机理 贝氏体转变动力学 贝氏体的机械性能魏氏组织 5.0 概述贝氏体转变：过冷奥氏体在介于珠光体和马氏体转变之间的中温转变(550Ms)。贝氏体：铁素体和碳化物的两相混合物，为非层片状组织。优点：使钢得到良好的综合机械性能；减少像一般淬火产生的变形和开裂倾向。研究贝氏体转变及其应用，对于改善钢的强韧性，具有重要的意义。Bain5.1 贝氏体的组织形态和亚结构5.1.1 上贝氏体(upper bainite)组织：Ferrite+Cementite形成温度：B转变中、高温区。在光镜下为
2、羽毛状。在电镜下成束的、大致平行的铁素体板条，自奥氏体晶界一侧或两侧向晶粒内部长大。渗碳体呈粒状或条状分布于铁素体板条之间，沿铁素体板条长轴方向排列成行。温度降低、C%增加铁素体变薄。5.1.1 上贝氏体(upper bainite)铁素体尺寸大小影响强度、韧性。亚结构：BF板条内亚结构为位错。铁素体中C%近平衡表面有浮凸晶体学F、碳化物与A均有不同取向F/A惯习面111A成分：中、高碳钢容易出现，碳化物形态随碳含量变化。5.1.2 下贝氏体(lower bainite)组织：Ferrite+carbide形成温度：在B形成温度的低温区。F形态：与马氏体相似，亦与碳含量有关。C%低时，呈板条状
3、；C%高时，呈片状；C%中等时两种形态兼有。碳化物分布：细片状或颗粒状、排列成行，分布在铁素体针内部，以5560与针的长轴相交；也可能有少量在铁素体间。一般在A晶界或晶内形成。下贝氏体的特征C%过饱和度大于上贝氏体。亚结构：位错，不存在孪晶(与M不同)，位错密度比上贝氏体高。位向关系：K-S关系。惯习面：与转变温度有关，温度较高时为111A，温度降低，110A，254A，569A。BF形成时有浮凸。C%碳化物增多，有时有AR。成分：C%范围较宽。5.1.3 其他各类贝氏体(1)无碳化物贝氏体(Carbide-free bainite)当钢中含有较多抑制碳化物析出元素，如Si和Al等，或钢中碳含
4、量很低时，在转变初期和中期，碳化物来不及析出，贝氏体由条束状铁素体和残余奥氏体组成。形成温度：在中温区的上下部均可形成。形成：A晶界平行生长。50 mCarbide-free bainite(1)无碳化物贝氏体形态：宽板条F+富碳A(冷却后转变M或P或B)，不单独存在。亚结构：位错；有浮凸晶体学：K-S关系；111惯习面。成分：低、中碳或Si、Al%高的材料。20 nm 20 nm ggaaa(2)粒状贝氏体(Granular bainite)形成条件：低碳或中碳合金钢在一定的冷速范围内连续冷却时获得的。形态：板条F+富碳岛状A冷却转变：F+K；M+残余A；残余A 有浮凸；C%接近平衡；F中有
5、亚单元(2)粒状贝氏体(Granular bainite)成分：低、中碳合金钢(Cr、Ni、Mo)冷却：焊接、正火、热轧连续冷却出现与粒状组织区别：块F+富C岛状A(无取向、无浮凸)，与粒B共存。(3)反常贝氏体(inverse bainite)成分：过共析。形成：Bs以上，先共析Fe3C形成A贫碳上B寄生在渗碳体上形成。领先相为渗碳体，而非F故得名原因冷却速度慢。(4)柱状贝氏体(columnar bainite)形成温度：低温区或高压时。成分：高合金钢；高碳钢；中碳钢形成：晶粒内形态：F放射状，其上分布碳化物无浮凸5.2 贝氏体转变的特点5.2.1 贝氏体转变的特点形核、长大；有孕育期一般
6、F为领先相转变在BsBf之间转变不完全，随转变温度升高趋势明显有浮凸、新/母相存在取向关系转变速度在M、P相变之间5.2.2 贝氏体转变的晶体学(1)贝氏体中的F与A上贝氏体：K-S关系、111A惯习面下贝氏体：K-S、西山关系等(比较复杂)、225A等惯习面多种(2)贝氏体中的碳化物与F、A的关系1)碳化物性质上贝氏体渗碳体型下贝氏体亚稳定碳化物(温度低、时间短)或+渗碳体5.2.2 贝氏体转变的晶体学2)取向上贝氏体渗碳体从A中析出与A有取向关系和惯习面下贝氏体渗碳体可能从F中析出，也可以从A中析出结论不一致5.3 贝氏体转变过程及其热力学分析5.3.1 贝氏体转变过程(1)贝氏体转变的两
7、个基本过程1)F生长和碳化物析出两个过程组织、性能变化2)奥氏体中碳的再分配俄歇分析孕育期和转变期间碳的再分配晶界、晶内有贫碳区(有利于F形核)Fe、合金元素无再分配现象碳%、合金%、转变温度影响碳的再分配(C%高碳化物容易析出)3)贝氏体铁素体的形成及其碳含量F切变方式形成实验：F中的C%过饱和，与该温度下M转变时的C%相似温度 C%过饱和度结论：先从A贫碳区形成低碳M 随后析出碳化物台阶方式形成4)碳化物的成分和类型合金在B转变中不进行再分配碳化物与钢中的合金含量大致相同。碳化物类型为渗碳体或碳化物类型与成分、转变温度、持续时间有关温度低、时间短，形成含Si高，延缓渗碳体析出，形成5.3.
8、2 贝氏体转变的热力学分析(1)贝氏体转变的驱动力GV=GB-GA0奥氏体向贝氏体相变的自由能的变化为：G=-GV+GS+GE+GP 只有当G0时，贝氏体相变才能够发生。TMs点。因为A中碳的再分配F的C%降低F的自由能降低；比容差小通常Bs高于Ms。MsBs(2)Bs点及其与钢成分的关系Bs：贝氏体开始转变温度。物理意义：奥氏体与贝氏体两相的自由能差达到相变所需的最小驱动力时的温度。Bf：贝氏体连续转变的最低温度点。C%0.5%，Bs保持不变。5.4 贝氏体转变机理概述5.4.1 切变机理浮凸效应碳有扩散能力F共格长大同时，伴有碳化物析出，B转变速度受碳扩散过程控制。F生长是不连续的，条片中
9、的亚单元不断诱发形核、长大，F长大速度受碳扩散控制。碳的脱溶形式(1)温度较高碳在A、F中扩散能力强温度高过冷度小形核少F宽、间距大F生长时C排到A中无碳B富碳区A随后可以转变为M或其他分解产物，也可以保留为AR。碳的脱溶形式(2)温度稍低C在F中扩散F中C%接近平衡C在A中扩散不充分沉淀在F板条束之间形成上B温度越低组织越细碳的脱溶形式(3)温度较低C在A中长程扩散困难 F中短程扩散在F上析出碳化物(下B)因过冷度大晶界、晶内均可以形核转变温度低碳化物细；F中碳过饱和度。碳的脱溶形式(4)在上B形成温度以上C再分配贫C区形成平行板条F A区域C不均匀F板条生长出现凹凸界面F合并富C区被包围残
10、留的岛状A区富碳、富合金元素稳定化形成粒状B 关于F中的亚单元现象B中的F板条内都有亚单元组成。先形成的亚单元诱发新的亚单元，不是连续生长。以切变共格方式长大，速度快，但 F板条长大受碳扩散影响，速度慢。切变理论的不足无法解释上、下B具有不同的动力学曲线和转变激活能无法解释上B中F内的浮凸与M的不同B中无孪晶碳化物析出形态与M不同(人字型)5.4.2 台阶机理认为浮凸不是切变的产物，是体积变化效应与P转变机理相同，但组织非层片状F按照台阶方式长大，受C在A中扩散控制实验证实上B是此机理，但下B不是台阶存在的原因不清楚5.5 贝氏体转变的动力学5.5.1 贝氏体转变动力学的特点(1)上、下B转变
11、机制不同实验：全激活能上、下B转变全激活能不同动力学测定数据(转变时间与温度关系)，结果也证实。5.5.1 贝氏体转变动力学的特点(2)转变不完全性原因领先相F形成A富碳相变阻力大B比容大于A 转变后机械稳定化当Bf0.6%容易伪共析W难出现Cr、Mo、Si 阻碍W；Mn促进W细晶C从晶界到晶内短程扩散形成网状FWs随C%升高Ws低；晶粒细Ws低WsAc3(2)转变机理与B相似与无碳B相当F切变、共格Ws小于A3 A细晶F容易形核F形成后A中C%A3、WsW不容易形成还有其他机理5.7.3 魏氏组织对钢机械性能的影响强度、塑性、韧性差脆性转化温度高属于缺陷组织正火、退火可以消除本章小结贝氏体的组织形态：上贝氏体、下贝氏体、和无碳化物贝氏体贝氏体转变的特点：Bs和Bf，浮凸，不完全性，扩散性，取向关系，形核和长大贝氏体的力学性能：强度、韧性随转变温度的变化魏氏组织作业：P147：1，2
