固态相变课件[精选].ppt

第四章 贝氏体相变 第一节 贝氏体(B)转变的基本特征 一. 贝氏体转变温度范围 在A1以下，MS以上，有一转变的上限温度BS和下限温度Bf , 碳钢的BS约为550℃左右。 二. 贝氏体转变产物 一般地，贝氏体转变产物为α相与碳化物的二相混合物，为非层片状组织。α相形态类似于M而不同于珠光体中的F。 三. 转变动力学 由形核与长大完成，等温转变动力学图是C形。 四. 转变的不完全性 转变结束时总有一部分未转变的A，继续冷却A→M，形成B+M+AR组织，其中AR为残余A。 五. 扩散性 转变形成高碳相和低碳相，故有碳原子扩散，但合金元素和铁原子不扩散或不作长程扩散。 六. 晶体学特征 贝氏体形成时，有表面浮突，位向关系和惯习面接近于M。总之，贝氏体转变的某些特征与P相似，某些方面又与M相似。 第二节 贝氏体组织形态和晶体学 贝氏体有下列主要的组织形态： 一. 无碳化物贝氏体 在靠近BS的温度处形成这种贝氏体，是由F+A组成。其形态可见图，是在A晶界上形成了F核后，向晶内一侧成束长大，形成的平行的板条束，条间为富碳的A，板条宽度随转变温度下降而变窄. 继续冷却，A可能转变为M、P、B (其他类型)或保留至室温。F条形成时在抛光表面会形成浮凸. B与A的位向关系为K-S关系，惯习面为{111}A。 二. 上贝氏体(B上) B上在B转变的较高温度区域内形成，对于中、高碳钢, 此 温度约在350?550℃区间。组织为(F+碳化物)的二相混合 物。其形态在光镜下为羽毛状(见图)。在电镜下为一束平 行的自A晶界长入晶内的F条。束内F有小位向差，束间有 大角度差，F条与M板条相近。碳化物分布在铁素体条 间，随A中含碳量增高，其形态由粒状向链状甚至杆状发 展(见图)。 F内亚结构为位错，惯习面为{111}A，与A之间的位向接近 K-S关系，碳化物惯习面为{227} A，与A有确定位向关 系。 三. 下贝氏体B下 在B转变的低温转变区形成，大致在350℃，组织为(F+碳 化物)的二相混合物。F的形态与A碳含量有关: 碳量低时呈 板条状(见图)。碳量高时，呈片状(见图)。片内存在细小 碳化物，呈短杆状与F的长轴成55-60度， 成分为Fe3C或 Fe2-3C。 四. 粒状贝氏体 在一定的冷速范围内连续冷却得到的，组织为(F+A)的二 相混合物。其形态为F基体上分布着小岛状的A(见图)。 富 碳的A小岛在随后的冷却过程中有三种可能: ◆ 分解为F与碳化物; ◆ 转变为M; ◆ 以A态保留至室温。 第三节 贝氏体转变动力学 一. 贝氏体等温转变动力学曲线 贝氏体等温转变动力学曲线也呈S形，但与珠光体转变不同，贝氏体 等温转变不能继续到终了。根据贝氏体转变动力学曲线，可作出等温 转变动力学图，如图。可见，此动力学图也呈C形。转变在BS温度以 下才能实行，转变速度先增后减。 近年来，由于测试灵敏度的提高，人们发现贝氏体转变的C曲线是由 二个独立的曲线，即上贝氏体转变和下贝氏体转变合并而成，如图。 二. 转变时碳的扩散 三. 影响贝氏体转变的动力学的主要因素 1. 碳含量的影响 A中碳含量的增加，转变时需扩散的原子量增加，转变速度下降。 2. 奥氏体晶粒大小和奥氏体化温度的影响 奥氏体晶粒越大，晶界面积越少，形核部位越少, 孕育期越长, 贝氏体转变速度下降; 奥氏体化温度越高，奥氏体晶粒越大，转变速度先降后增。 第四节 贝氏体转变热力学及转变机制 一. 贝氏体转变热力学 贝氏体转变可有三种可能: (1) 奥氏体分解为平衡浓度的α+Fe3C，即γ→α+Fe3C (2) 奥氏体先析出先共析铁素体，即γ→α+γ1, γ1在随后的冷却过 程中进一步转变. (3) 奥氏体以马氏体相变方式先形成同成分的α‘(过饱和)，然后α’分 解成Fe3C及低饱和度α‘’，即γ→α‘(过饱和)，α’→α‘’+ Fe3C，经 计算后发现： 以方式(1)机制转变的相变驱动力最大，这就表示(2)、(3)中的γ1和 α都是热力学不稳定的，最终要分解为平衡相α和Fe3C。 以(3)中的切变方式转变，驱动力为180J/mol，而在BS时相变的阻力 在600 J/mol以上, 阻力大于驱动力, 所以至少在贝氏体转变的上限温 度(3)中的方式不可能而以(2)中的γ→α＋γ1扩散方式进行。 二. 贝氏体转变过程 1. 无碳化物贝氏体 (高温范围转变)，组织为F+A(富碳). (1) A中形成贫碳及富碳区，首先是在贫碳区形成F核; (2) 由于转变温度较高，碳原子可在F中越过F/A界面向A扩散，直至达 到平衡浓度; (3) A、F界面上的碳原子向A中远离界面处扩散; (4) 继续形