马氏体相变与贝氏体相变

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1、非平衡相转变现象举例1、贝氏体转变一度专指钢中奥氏体在珠光体和马氏体转变温度之间的转变。这种转变可发生在等温或连续冷却过程中。转变产物为贝氏体。近来在非铁合金中也发现有类似钢中的贝氏体型转变（见固态相变、过冷奥氏体转变图）。　　1930年达文波特（E.S.Davenport）和贝茵（E.C.Bain）首次观察到钢经中温等温转变后相变产物的金相组织形态，后人为了纪念贝茵的功绩，将这种组织定名为“贝氏体”(Bainite)。1939年梅尔(R.F.Mehl)又把在较高温度和较低温度形成的不同形态贝氏体分别称为上贝氏体和下贝氏体。由于对贝氏体相变的本质了

2、解不够，贝氏体尚无统一的定义。　　贝氏体形貌 在经表面抛光的试样上，贝氏体形成后，可出现表面浮突。（图1）。按一般合金钢的等温转变图（图2），上贝氏体是奥氏体在C曲线中贝氏体区（A+B）上部温度范围内的转变产物，其光学显微组织呈羽毛状（图3a），故称羽状贝氏体。典型的上贝氏体电子显微镜的金相组织由板条状贝氏体铁素体(Ba-Fe)和分布其间的断续的渗碳体(Fe3C)组成（图3b）。如果Ba-Fe间分布着条（片或膜）状奥氏体或马氏体/奥氏体（M/A）岛（图3c、d），则是转变不完全的上贝氏体。贝氏体铁素体(Ba-Fe)是含碳量极低的固溶体，并且具有一数

3、量的位错。贝氏体转变时，Ba-Fe在奥氏体的一定结晶（惯析）面上首先形成。图1图2　　下贝氏体是奥氏体在C曲线（图2）中贝氏体区（A+B）下部温度范围的转变产物，其光学金相显微组织呈针状（图4a），故又称针状贝氏体。电了显微镜的金相组织表现为在贝氏体铁素体Bα-Fe片内一定的结晶（惯析）面上分布着与其长轴呈55°～60°方向排列的碳化物（图4b）,这些碳化物或是Fe3C型，或是ε型。与上贝氏体相比，下贝氏体的Ba-Fe碳含量过饱和程度较高，位错密度较大。当下贝氏体转变时，Ba-Fe也在奥氏体的一定结晶(惯析)面上首先形成。在低碳合金钢中，奥氏体在略

4、高于马氏体点(Ms)温度区的转变产物为平行的Ba-Fe板条内分布着约与其长轴呈60°方向排列的碳化物(图4c),虽就碳化物形貌而言可属下贝氏体；但根据贝氏体铁素体的惯析面，它应归属上贝氏体。图4图5粒状贝氏体”通常认为是在铁素体基体上分布着一定数量的小岛(图5)。粒状贝氏体的小岛可能是：碳化物和铁素体，马氏体,奥氏体，或马氏体和奥氏体(M/A)；在低碳合金钢中的小岛大多数为M/A。贝氏体相变　　对钢的力学性能的影响 回火后马氏体的综合机械性能相比较,在等(抗拉或屈服)强度的条件下,典型的上贝氏体(图3b)由于存在粗大的片状Fe3C的缘故，性能较差；

5、非典型的上贝氏体（图3c、d），特别是条(片或膜)或岛中以奥氏体为主时，其性能并不差。下贝氏体由于Ba-Fe板条和碳化物较细小，故其性能良好。生产上常采用贝氏体等温淬火的方法，既获得良好的性能，又减少了淬火变形或破裂。50年代以后又用合金化的方法使钢空冷为贝氏体组织（贝氏体型钢），除具有良好的力学性能、减少了变形或破裂外，还具有优异的焊接性能。　　相变机理 关于贝氏体转变机理,尚存在争议。争论的焦点在于相变是属切变型还是属扩散型。持“切变”论点的学者们认为Ba-Fe是以“切变”方式形成，并与母相奥氏体(A)保持共格关系，与马氏体转变相似,由于切变的

6、原因而引起表面浮突。在转变的过程中铁原子只作有秩序协同迁移以改建晶体点阵类型，而无扩散运动。碳原子则在Ba-Fe和A间通过扩散重新分配。在高温度区碳原子扩散比较容易，于是在Ba-Fe板条间形成Fe3C片，奥氏体条（片或膜）或有秩序排列的M/A岛（图3b、c、d），组成上贝氏体。低温度区由于碳原子扩散困难，往往在Ba-Fe片(或板条)内沉淀为有方向性排列的碳化物，于是组成下贝氏体（图4b、c）。贝氏体转变时伴随着碳原子的扩散，所以其转变速率较马氏体转变缓慢。持“扩散”论点的则认为表面浮突并不意味着切变，他们用热离子发射电子显微镜方法研究了上贝氏体的B

7、a-Fe形成过程与先共析铁素体长大相似，从而提出“台阶”机制（图6）,即Ba-Fe在一定结晶(惯析)面上形核后,其宽面和奥氏体(A)保持半共格,而且界面上为不动位错，界面移动较困难；端面铁原子则为无序分布，在碳原子扩散离开后可自由端向生长（图6实箭头方向），由于位错的攀移而形成新台阶(图6中b)，随后又端向生长，于是Ba-Fe/A界面发生迁移（图6空箭头方向）,使贝氏体长大。下贝氏体也应是“台阶”机制生长，这在中国已有实验结果证明。1、马氏体转变马氏体最初是在钢（中、高碳钢）中发现的：将钢加热到一定温度（形成奥氏体）后经迅速冷却（淬火），得到的能使

8、钢变硬、增强的一种淬火组织。1895年法国人奥斯蒙（F.Osmond）为纪念德国冶金学家马滕斯（A.Martens）,把这