材料工程基礎講稿ppt課件

1、第五章第五章 貝氏體轉變貝氏體轉變 B轉變是過冷轉變是過冷A介于介于P轉變和轉變和M轉變溫度之間的一種轉變。轉變溫度之間的一種轉變。 貝氏體貝氏體還沒有一個確切的定義。還沒有一個確切的定義。51 貝氏體轉變的基本特征貝氏體轉變的基本特征 1對應于對應于P轉變的轉變的A1點及點及M轉變的轉變的Ms點，點，B轉變也有一個上限轉變也有一個上限溫溫度度Bs點。點。 2貝氏體轉變產物貝氏體轉變產物 B轉變產物是由轉變產物是由相與碳化物所組成的兩相混合物，但與相與碳化物所組成的兩相混合物，但與P不不同，同，B不是層片狀組織，且組織與轉變溫度密切有關，其中包括不是層片狀組織，且組織與轉變溫度密切有關，其中包

2、括相形態(tài)而言，更多類似于相形態(tài)而言，更多類似于M而不同于而不同于P。關于。關于B組織形態(tài)有兩個不同組織形態(tài)有兩個不同的定義：的定義： Hehemann稱稱B為鐵素體與碳化物的非層狀混合組織。為鐵素體與碳化物的非層狀混合組織。 Aaronson則稱之為非層狀共析反應產物或非層狀則稱之為非層狀共析反應產物或非層狀P變態(tài)。即變態(tài)。即Aaronson強調的是強調的是B轉變與轉變與P轉變一樣，都是共析轉變，只是因為轉變一樣，都是共析轉變，只是因為轉變溫度不同而導致轉變產物的形態(tài)不同。轉變溫度不同而導致轉變產物的形態(tài)不同。 3貝氏體轉變動力學 B轉變：形核長大進行的。P109 4轉變的不完全性 5貝氏體轉

3、變的擴散性 B轉變時：碳原子擴散，合金元素原子不擴散，其中包括鐵原子。至少合金元素原子與鐵原子未發(fā)生較長距離的擴散。 6晶體學特征 B的F浮凸則呈V形或帳篷形。B的晶體學特征，其中包括位向關系與慣習面等也不同于P而較接近M。52 貝氏體組織形態(tài)和晶體學 隨鋼的化學成分及形成溫度而異。B可以按組織形態(tài)不同主要區(qū)分為無碳化物B、粒狀B、上B和下B等。1無碳化物貝氏體 無碳化物B：在B轉變區(qū)域的最高溫度范圍內形成。一般產生于低、中碳鋼中，可在等溫或在緩慢的連續(xù)冷卻時形成。無碳化物B由板條F束及未轉變的A所組成，F(xiàn)與A內均無碳化物析出稱無碳化物B，是B的一種特殊形態(tài)。 無碳化物BF在形成時也能在拋光試

4、樣表面形成浮凸。與A的晶體學關系與上B相同，慣習面為111,位向關系為KS關系。2上貝氏體 : 中、高碳鋼: 350-550 C 上B是在B轉變上部溫度范圍內形成。它是由成束的、大致平行的板條狀F和條間的呈粒狀或條狀的滲碳體有時有殘余A所組成的非層狀組織。當其轉變量不多時，在光學顯微鏡下成束的條狀鐵素體自晶界向晶內生長,形成羽毛狀羽毛狀B，此時無法分辨其條間的滲碳體。在電子顯微鏡下可清晰看到上B中的F和滲碳體的形態(tài)。 上B中由大體上平行排列的F板條所構成的“束”，束的尺寸對其強度和韌性有一定的影響，故往往把束的平均尺寸視為上B的“有效晶粒尺寸”。各束間有較大的位向差。束中各相鄰F板條間存在較小

5、的位向差。上BF中的碳含量近于平衡態(tài)，小于0.03%。其板條寬度通常比相同溫度下形成的P中的F片大。上B形成表面浮凸效應。電鏡觀察表明, 上貝氏體鐵素體是由許多亞基元組成的。每一個亞基元的尺寸大致是厚小于1m，寬510m，長約1050m。上BF體內的亞結構是位錯。隨A中碳含量的增加，BF板條變薄，隨轉變溫度的下降，BF變細小。當鋼中含有較多量的硅、鋁等元素時，由于它們具有延緩滲碳體析出的作用，使上BF板條間很少或基本上不沉淀滲碳體，而代之以富碳的A，并保留到室溫。 上BF的慣習面為111,與A之間的位向關系接近KS關系。關于BF碳化物、A碳化物間的晶體學關系往往被用來作為判斷碳化物究竟是由BF

6、中析出，還是由A中析出的重要依據，亦即涉及B轉變的機制問題。上B滲碳體的慣習面為 (227) ，與A間具有Pitsch關系： 。 由此證明滲碳體是由A中直接析出的。 3下貝氏體 : 中、高碳鋼: 350 C - Ms 在B轉變區(qū)域的低溫范圍形成的B稱為下B。當鋼中碳含量大于0.6%時下B的形成溫度大約在350以下。下B也是由BF和碳化物兩相組成，但F的形態(tài)及碳化物的分布均不同于上B。研究表明，下B可以從A晶界形核，也可以在晶內形核。455110 ,110010 ,)252(001333CFeCFeCFe）（ 在低碳低合金鋼中，BF的形態(tài)呈板條狀，若干個平行排列的板條構成一個束，與板條M相似。

7、在高碳鋼中，BF呈片狀，各個片之間互成一定的交角，與片狀馬氏體很相似。而在中碳鋼中則兩種形態(tài)的BF兼有之。下BF中的亞結構為位錯，不存在孿晶。 在高碳鋼中，BF呈片狀,以下是對于高碳鋼B下的描述 下BF的碳含量遠高于平衡碳量。要測出初形成的F的碳含量是困難的，因為鐵素體形成后立即可以通過析出碳化物而使碳含量下降。故實際測出的碳含量均較初形成時的碳含量為低。 下BF與A之間的位向關系為K-S關系。下BF的慣習面比較復雜,有人認為是110,也有報道為225、569、254等。 下B中F與碳化物間的取向關系：取向關系與回火M相近，或為Bagaryatski關系,即 碳化物與下BF之間的位向關系為Ja

8、ck關系，即 011103111010 111 010 , 110100112001，）（）關系，即（；或為，）（）（Isaichev 10111100110001，）（）（ 根據以上結果，一般認為認為下B中的碳化物是自過飽和的BF中析出。實際上根據所測得的碳化物與BF間的取向關系，并不一定說明碳化物是由BF中析出，因為A與F間存在KS關系，故也可將與F間取向關系轉換為與A的關系。轉換后得出與A之間為Pitsch關系。已知Pitsch關系為碳化物自A中析出所遵循的取向關系，據此，也可以認為下B中碳化物可以從A中析出。 但也有人研究40CrMnSiMoV鋼下B中碳化物的取向關系后認為，碳化物既可

9、從F中析出，也可從A中析出?？傊嘘PB轉變的晶體學關系問題目前尚無定論。 4粒狀貝氏體 粒狀B：低、中碳鋼中存在，在稍高于典型上B形成溫度形成的。 組織組成物：F基體+島狀組織。小島呈不連續(xù)條狀，平行排列在F基體中。基體F呈片針狀，有浮凸。小島分布在片針狀界面。 F的碳含量：平衡碳量，小島中的碳含量則較平均濃度高出很多。F與小島中的合金元素含量與平均濃度相同粒狀B形成過程中有碳的擴散而無合金元素的擴散。 粒狀B與無碳化物B很相近，只是F量較多已匯成片，A呈小島分布在F基體中。 富碳A小島在隨后的冷卻過程中F+碳化物，也有可能轉變?yōu)镸，或以A狀態(tài)保留到室溫。最可能的情況是部分A轉變?yōu)镸，部分A

10、保留到室溫，得到兩相混合物，稱為MA組織。低碳鋼B組織的分類，即B、B、B三類 p113 鋼種各種組織形成的大致范圍53 貝氏體轉變動力學 1B等溫轉變動力學 B等溫形成，或連續(xù)冷卻過程中形成。 B等溫轉變動力學曲線呈S形，不能進行終了。等溫溫度愈高，愈接近Bs點，轉變量愈少。 在某一溫度以上觀察不到B轉變Bs點。在Bs點以下，隨轉變溫度降低，等溫轉變速度先增后減，在等溫轉變動力學圖中也有一鼻溫。對于碳鋼，由于P轉變與B轉變的C曲線重疊在一起，合并為一個C曲線 。 精確測試B轉變C曲線發(fā)現(xiàn)，B轉變C曲線是由兩個獨立的C曲線合并而成的，即由上B和下B有各自獨立、彼此重疊的C曲線。由此可見，上B與

11、下B很可能是通過不同機制形成的。 2B轉變時碳的擴散 B轉變是在碳還能擴散的中溫范圍內發(fā)生的。與M轉變不同，B轉變的進行依賴于碳的擴散。為了在A中形成低碳的BF，碳必將向A富集。當A的碳含量超過Fe3C在A中的溶解度曲線ES線及其延長線時，碳又將以滲碳體形式自A中析出，而使A中的碳含量下降。視A中碳含量及轉變溫度不同，在B轉變過程中A的碳含量可能升高，也可能降低。用實驗方法已證實了B轉變過程中碳含量的變化。 對于B等溫轉變C曲線下半部來說。轉變速度主要是受擴散控制，故可認為轉變速度V與轉變 溫度T之間存在下列關系： VVoexp(Q/KT) (5-1) 式中 Q轉變激活能，Vo常數。 為到達某

12、一轉變量所需的時間與轉變溫度之間則存在下列關系： oexp(Q/KT) (5-2)取對數得到： (5-3) 即所需時間的對數與溫度的倒數成正比關系。對碳含量0.65、0.77、1.07和1.20幾種碳含量的鋼測量，轉變50所需的時間50的對數與1/T之間確存在直線關系。TKQo1lglg3影響B(tài)轉變動力學的因素1C%量的影響 隨A中C%量的增加，B轉變速度下降。這是因為C%量高，形成低碳的BF所需擴散的碳原子量增加。2合金元素的影響 除Al、Co外，其它合金元素都或多或少地降低B轉變速度，同時也使B轉變的溫度下降，從而使P與B轉變的C曲線分開。由于同一種合金元素對P轉變及B轉變動力學的影響并不

13、相同，如Mo、B等能顯著減緩先共析F的析出及P轉變速度，但對B轉變動力學的影響要小得多。故合金元素的加入不僅可以使兩個C曲線上下分離，而且可以使其左右分開。3A晶粒大小和A化溫度的影響 A晶粒增大，對依賴于晶界形核的上B轉變的孕育期增加，而對下B的轉變影響不大。隨A化溫度升高，B轉變速度先降后增。A化時間對B轉變速度也有類似影響。4應力影響 拉應力促進B轉變，隨應力增加B轉變速度加快。5塑性變形的影響 較高的溫度塑性變形使B轉變速度減慢，較低溫度塑性變形卻使B轉變速度加快。6 6冷卻時在不同溫度停留的影響冷卻時在不同溫度停留的影響p112 p112 冷卻時在冷卻時在B B與與P P轉變區(qū)之間的穩(wěn)定區(qū)等溫停留，由于自轉變區(qū)之間的穩(wěn)定區(qū)等溫停留，由于自A A中析出了碳中析出了碳化物，降低了化物，降低了A A的穩(wěn)定性，使隨后的的穩(wěn)定性，使隨后的B B轉變加速；過冷轉變加速；過冷A A在上在上B B轉變轉變區(qū)停留，先形成部分上區(qū)停留，先形成部分上B