第五章贝氏体转变
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第5章 新2-4--贝氏体转变(2-4)
上贝氏体转变过程
上 贝 氏 体 转 变 过 程 观 察
当转变温度较低（350- 230℃) 时，铁素体在晶界或 晶内某些晶面上长成针状，由于碳原子扩散能力低, 其迁移不能逾越铁素体片的范围，碳在铁素体的一 定晶面上以断续碳化物小片的形式析出。
下贝氏体转变
贝氏体转变属半扩散型转变，即只有碳原子扩散而 铁原子不扩散，晶格类型改变是通过切变实现的。
将减慢随后在更低温度的贝氏体转变。
3.在贝氏体区下部（或马氏体区停留），使奥氏体
部分的发生转变，将使随后在更高温度的贝氏体加 速。
影响贝氏体转变动力学的因素
(四)奥氏体冷却过程中在不同温度停留
第四节 贝氏体转变机理概述
一．切变机理
贝氏体转变的温度比马氏体要高，此时碳原子有一 定的扩散能力，因而当贝氏体中的铁素体在以切变 共格方式长大的同时，还伴随着碳原子的扩散和碳 化物从铁素体中脱熔沉淀的过程。
好，即具有良好的综合力学性能，是生产上常用的 强化组织之一。
上贝氏体 贝氏体组织的透射电镜形貌
下贝氏体
2、贝氏体转变过程 贝氏体转变也是形
核和长大的过程。
发生贝氏体转变时, 首先在奥氏体中的 贫碳区形成铁素体 晶核，其含碳量介 于奥氏体与平衡铁 素体之间，为过饱 和铁素体。
当转变温度较高（550-350℃) 时，条片状铁素体从 奥氏体晶界向晶内平行生长，随铁素体条伸长和变 宽，其碳原子向条间奥氏体富集，最后在铁素体条 间析出Fe3C短棒，奥氏体消失，形成B上 。
火马氏体相近
贝氏体转变
1、贝氏体的组织形态及 性能
过冷奥氏体在550℃230℃ (Ms)间将转变为贝 上贝氏体 氏体类型组织，贝氏体 用符号B表示。
上 贝 氏 体 转 变 过 程 观 察
当转变温度较低（350- 230℃) 时，铁素体在晶界或 晶内某些晶面上长成针状，由于碳原子扩散能力低, 其迁移不能逾越铁素体片的范围，碳在铁素体的一 定晶面上以断续碳化物小片的形式析出。
下贝氏体转变
贝氏体转变属半扩散型转变，即只有碳原子扩散而 铁原子不扩散，晶格类型改变是通过切变实现的。
将减慢随后在更低温度的贝氏体转变。
3.在贝氏体区下部（或马氏体区停留），使奥氏体
部分的发生转变，将使随后在更高温度的贝氏体加 速。
影响贝氏体转变动力学的因素
(四)奥氏体冷却过程中在不同温度停留
第四节 贝氏体转变机理概述
一．切变机理
贝氏体转变的温度比马氏体要高，此时碳原子有一 定的扩散能力，因而当贝氏体中的铁素体在以切变 共格方式长大的同时，还伴随着碳原子的扩散和碳 化物从铁素体中脱熔沉淀的过程。
好，即具有良好的综合力学性能，是生产上常用的 强化组织之一。
上贝氏体 贝氏体组织的透射电镜形貌
下贝氏体
2、贝氏体转变过程 贝氏体转变也是形
核和长大的过程。
发生贝氏体转变时, 首先在奥氏体中的 贫碳区形成铁素体 晶核，其含碳量介 于奥氏体与平衡铁 素体之间，为过饱 和铁素体。
当转变温度较高（550-350℃) 时，条片状铁素体从 奥氏体晶界向晶内平行生长，随铁素体条伸长和变 宽，其碳原子向条间奥氏体富集，最后在铁素体条 间析出Fe3C短棒，奥氏体消失，形成B上 。
火马氏体相近
贝氏体转变
1、贝氏体的组织形态及 性能
过冷奥氏体在550℃230℃ (Ms)间将转变为贝 上贝氏体 氏体类型组织，贝氏体 用符号B表示。
贝氏体转变 ppt课件
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 。
2020/12/27
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§5-3 贝氏体转变热力学及转变机制
一. 贝氏体转变过程
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：
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。
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3 应力和塑性变形的影响
拉应力使贝氏体相变加速。随应力增加， 贝氏体相变速度提高。当应力超过其屈服强度 时，贝氏体相变速度的提高尤为显著。
降，这表明，等温一开始就自奥氏体析出了碳化物
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等温转变量（曲线1）及奥氏体点阵常数（曲线2）
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与等温时间的关系
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§5-4 贝氏体转变过程
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 。
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§5-3 贝氏体转变热力学及转变机制
一. 贝氏体转变过程
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：
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。
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3 应力和塑性变形的影响
拉应力使贝氏体相变加速。随应力增加， 贝氏体相变速度提高。当应力超过其屈服强度 时，贝氏体相变速度的提高尤为显著。
降，这表明，等温一开始就自奥氏体析出了碳化物
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等温转变量（曲线1）及奥氏体点阵常数（曲线2）
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与等温时间的关系
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§5-4 贝氏体转变过程
热处理原理之贝氏体转变
P转变 高温 A1 K或F
A晶界
无 有 有 完全 α+Fe3C
B转变
M转变
中温
低温
BS
MS
铁素体
B上在晶界 B下大多在晶内
有
有
有
基本上无
无
无
视转变温度定 不完全
α+Fe3C(ε)
α′
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7.2 贝氏体的组织形态和亚结构
由于BF和碳化物的形态与分布情况多变，使B显 微组织呈现为多种形态。据此，通常将B分为：
碳化物为Cem或ε-碳化物，碳化物呈细片状或颗粒 状，排列成行，约以55°～60°角度与B下的长轴 相交，并且仅分布在F片内部。
钢的化学成份、A晶粒度和均匀化程度，对B下的组 织形态影响较小。
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⑶ 晶体学特征及亚结构
B下中α相的惯习面比较复杂， 有人测得为{110}γ，有人测得 为{254}γ及{569}γ；
⑴ 形成温度范围 稍高于B上的形成温度
⑵ 组织形态 其组织是由F和 富碳的A组成。
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F呈块状(由F针片组成)； 富碳的A呈条状，在F基体 上呈不连续分布。
F的C%很低，接近平衡状态， 而A的C%却很高。
富碳A在随后的冷却过程中 可能发生三种不同的转变：
部分或全部分解为F和碳化物； 可能部分转变为孪晶片状M，
BⅢ约在450℃～Ms之间形成，碳化物分布在F内部。
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7.3 贝氏体转变过程及其热力学分析
㈠ 贝氏体转变过程
⑴ 贝氏体转变的两个基本过程
无碳化物贝氏体 B上、B下均是由铁素体和
粒状贝氏体
碳化物组成的复相组织，
贝 氏
上贝氏体
因此，贝氏体转变应当包
体
第五章贝氏体转变
• ΔG=VΔgv+Sσ+εV≤0
G
Gγ
Gα′
GB Gp
Ms T0
Bs B0
Ar1 A1
T
图13-1
与马氏体相变比较，贝氏体转变时碳的扩散降 低了α相的过饱和含碳量，弹性应变能εV减小；碳 的脱溶使贝氏体与奥氏体的比容差降低，相变时由 于体积变化引起的应变能减小，使α相的自由能降 低，新相与母相自由能差ΔG增加，相变驱动力增 大，因此贝氏体转变开始温度Bs在Ms之上。
B上:550～350℃; 40～45HRC; 过饱和碳α-Fe条状 Fe3C细条状 羽毛状
B上 =过饱和碳 α-Fe条状 + Fe3C细条状
3.上贝氏体形态特征
（1）上贝氏体光学显微镜下的特征为羽毛状
上贝氏体中的铁素体多数呈条状，自奥氏体晶界 的一侧或两侧向奥氏体晶内伸展，渗碳体分布于 铁素体条之间。从整体上看呈羽毛状。
4、贝氏体转变的不完全性
与珠光体转变不同，贝氏体转变一般不能进 行彻底，在贝氏体转变开始后，经过一段时 间形成一定数量的贝氏体后，贝氏体转变会 停下来。转变温度愈接近Bs点，能够形成的 贝氏体愈少。
5、贝氏体转变的扩散性
贝氏体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。
6、贝氏体转变的晶体学特征
低碳低合金钢中贝氏体基本形态示意图
5.2 贝氏体转变理论
• 一 转变热力学
• 钢中过冷奥氏体转变为贝 氏体，必须满足：
• ΔG=GB-Gγ≤0 • 贝氏体转变属于半扩散型
相变，除新相表面能Sσ外， 还有母相与新相比容不同 产生的应变能和维持两相 共格关系的弹性应变能εV， 则贝氏体形成时系统自由 能也可以表示为：
G
Gγ
Gα′
GB Gp
Ms T0
Bs B0
Ar1 A1
T
图13-1
与马氏体相变比较，贝氏体转变时碳的扩散降 低了α相的过饱和含碳量，弹性应变能εV减小；碳 的脱溶使贝氏体与奥氏体的比容差降低，相变时由 于体积变化引起的应变能减小，使α相的自由能降 低，新相与母相自由能差ΔG增加，相变驱动力增 大，因此贝氏体转变开始温度Bs在Ms之上。
B上:550～350℃; 40～45HRC; 过饱和碳α-Fe条状 Fe3C细条状 羽毛状
B上 =过饱和碳 α-Fe条状 + Fe3C细条状
3.上贝氏体形态特征
（1）上贝氏体光学显微镜下的特征为羽毛状
上贝氏体中的铁素体多数呈条状，自奥氏体晶界 的一侧或两侧向奥氏体晶内伸展，渗碳体分布于 铁素体条之间。从整体上看呈羽毛状。
4、贝氏体转变的不完全性
与珠光体转变不同，贝氏体转变一般不能进 行彻底，在贝氏体转变开始后，经过一段时 间形成一定数量的贝氏体后，贝氏体转变会 停下来。转变温度愈接近Bs点，能够形成的 贝氏体愈少。
5、贝氏体转变的扩散性
贝氏体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。
6、贝氏体转变的晶体学特征
低碳低合金钢中贝氏体基本形态示意图
5.2 贝氏体转变理论
• 一 转变热力学
• 钢中过冷奥氏体转变为贝 氏体，必须满足：
• ΔG=GB-Gγ≤0 • 贝氏体转变属于半扩散型
相变，除新相表面能Sσ外， 还有母相与新相比容不同 产生的应变能和维持两相 共格关系的弹性应变能εV， 则贝氏体形成时系统自由 能也可以表示为：
第五章贝氏体相变
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表 5-1 珠光体、马氏体、贝氏体转变特点的比较
转变温度范围 扩散性
珠光体转变
Ar1 ~ 550℃ 铁与碳可扩散
领先相
渗碳体
共格性
无
组成相
两相组织 α-Fe + Fe3C
合金元素
扩散
贝氏体转变 550 ℃~Ms 碳可扩散，铁不能扩散
铁素体 有
两相组织 > 350 ℃，α-Fe(C) + Fe3C < 350 ℃，α-Fe(C) + FexC
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（四）下贝氏体的形成机理
②与此同时，由于温度低，BF中 碳的过饱和度很大。同时，碳 原子已不能越过BF/A相界面扩 散到奥氏体中去，所以就在BF 内部析出细小的碳化物。
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③随着BF中碳化物的析出，自由能 进一步降低，以及比容降低所导 致的应变能下降，将使已形成的 BF片进一步长大。同时，在其侧 面成一定角度也将形成新的下贝 氏体铁素体片。
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上贝氏体的韧性大大低于下贝氏体的原因：
①上贝氏体由彼此平行的BF板条构成， 好似一个晶粒；而下贝氏体的BF片 彼此位向差很大，即上贝氏体的有效 晶粒直径远远大于下贝氏体。
②上贝氏体碳化物分布在BF板条间。
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总之，随着贝氏体形成温度的 降低，强度逐渐增加，韧性并不 降低，反而有所增加，使下贝氏 体具有优良的综合力学性能。
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(a)
(b)
图5-6 (a)上贝氏体组织示意图
贝氏体转变
二、贝氏体转变的基本特征 兼有P转变与M转变的某些特征。主要特征： 1、转变有上、下限温度 对应A1及MS，B转变有上限温度BS。A须过冷到BS以下才能发生B转变。 合金钢BS点容易测定，碳钢BS点由于有珠光体转变干扰，很难测定。 下限温度Bf，可高于MS，也可低于MS。 2、转变产物为非层片状 F与θ两相非层片状混合组织，F形态不同于P中的F而类似于M。 组织形态与转变温度密切相关，包括F相的形态、大小以及碳化物的类 型及分布等。 3、形核及长大 也是形核、长大过程，可等温形成，也可连续冷却形成。等温转变需 要孕育期，等温转变动力学曲线呈S形，等温转变图呈“C”字形。 精确测定，是由两条C曲线合并而成，表明，贝氏体转变很可能包含两 种不同的转变机制。
贝氏体转变量与等温温度t的关系示意图
（二）贝氏体等温形成图 等温转变动力学曲线也呈S形，但与P转变不同，B转变不能进行到底。等温 温度愈高，愈接近BS点，等温转变量愈少。 B等温转变动力学图也呈C形。BS点以下，温度降低，等温转变速度先增后 减，在等温动力学图中也有一个鼻子 对于碳钢，P转变与B转变的C曲线重叠在一起，故合并成一个C曲线。
(a)
(b) 低碳钢下贝氏体形态 a) 超低碳 b) Fe-0.15%C-3.0%Mn
(a)
(b) 中、高碳钢下贝氏体形态 a) 45钢 b) 0.9%C-1.3%Si-1.1%Cr钢
下贝氏体F片与条也是由亚单元组成。亚单元沿一个 平直的边形核，并以约60°的倾斜角向另一边发展，最后 终止在一定位置，形成锯齿状边缘。 下贝氏体F亚结构为位错，密度较高可形成缠结。未 发现孪晶亚结构。 下贝氏体F碳含量远高于平衡碳含量。
(010)θ //(1 1 1)α ，
[103]θ //[011]α 。
热处理原理之贝氏体转变
贝氏体转变的应用实例
在钢铁工业中的应用
贝氏体转变在钢铁工业中广泛应用于提高材料的强度 、韧性、耐磨性和耐腐蚀性。通过控制贝氏体转变过 程，可以优化钢铁材料的组织和性能，以满足不同工 程应用的需求。
例如，在汽车制造中，采用贝氏体转变处理的高强度钢 材能够显著提高汽车的安全性能和轻量化水平。
在有色金属中的应用
例如，在陶瓷刀具制造中，通过贝氏体转变处理，可以显著提高刀具的韧性和使用寿命，使其在切削 过程中保持锋利且不易崩刃。
THANKS
谢谢您的观看
氏体转变的有效控制。
应力的控制
应力状态对贝氏体转变也有一定影响。在热处理过程 中施加应力可以改变材料的热膨胀和收缩行为，从而 影响贝氏体的相变过程和组织结构。
在某些情况下，施加适当的应力可以促进贝氏体转变 的进行，提高材料的机械性能。然而，应力的引入也 可能导致材料变形或开裂，因此应谨慎控制。
05
04
贝氏体转变的控制方法
温度控制
温度是影响贝氏体转变的重要因素。 通过控制加热和冷却温度，可以调节 贝氏体的形貌、相组成和机械性能。
VS
加热温度决定了奥氏体化的程度，而 冷却温度则决定了贝氏体的相变行为 。通过精确控制温度，可以实现贝氏 体转变的优化控制。
时间控制
时间控制也是贝氏体转变的重要参数。加热和冷却时间对贝氏体的形成和转变有显著影响。
有色金属如铜、铝、钛等在贝氏体转 变过程中表现出良好的塑性和韧性， 使得它们在航空航天、石油化工、医 疗器械等领域得到广泛应用。
通过贝氏体转变处理，有色金属的耐 腐蚀性能和高温稳定性得到提高，为 各种极端环境下的应用提供了可靠的 材料保障。
在陶瓷材料中的应用
陶瓷材料具有高硬度、高耐磨性和耐高温等特性，但在断裂韧性和塑性方面存在不足。通过引入贝氏 体转变，可以改善陶瓷材料的韧性和延展性。
在钢铁工业中的应用
贝氏体转变在钢铁工业中广泛应用于提高材料的强度 、韧性、耐磨性和耐腐蚀性。通过控制贝氏体转变过 程，可以优化钢铁材料的组织和性能，以满足不同工 程应用的需求。
例如，在汽车制造中，采用贝氏体转变处理的高强度钢 材能够显著提高汽车的安全性能和轻量化水平。
在有色金属中的应用
例如，在陶瓷刀具制造中，通过贝氏体转变处理，可以显著提高刀具的韧性和使用寿命，使其在切削 过程中保持锋利且不易崩刃。
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氏体转变的有效控制。
应力的控制
应力状态对贝氏体转变也有一定影响。在热处理过程 中施加应力可以改变材料的热膨胀和收缩行为，从而 影响贝氏体的相变过程和组织结构。
在某些情况下，施加适当的应力可以促进贝氏体转变 的进行，提高材料的机械性能。然而，应力的引入也 可能导致材料变形或开裂，因此应谨慎控制。
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04
贝氏体转变的控制方法
温度控制
温度是影响贝氏体转变的重要因素。 通过控制加热和冷却温度，可以调节 贝氏体的形貌、相组成和机械性能。
VS
加热温度决定了奥氏体化的程度，而 冷却温度则决定了贝氏体的相变行为 。通过精确控制温度，可以实现贝氏 体转变的优化控制。
时间控制
时间控制也是贝氏体转变的重要参数。加热和冷却时间对贝氏体的形成和转变有显著影响。
有色金属如铜、铝、钛等在贝氏体转 变过程中表现出良好的塑性和韧性， 使得它们在航空航天、石油化工、医 疗器械等领域得到广泛应用。
通过贝氏体转变处理，有色金属的耐 腐蚀性能和高温稳定性得到提高，为 各种极端环境下的应用提供了可靠的 材料保障。
在陶瓷材料中的应用
陶瓷材料具有高硬度、高耐磨性和耐高温等特性，但在断裂韧性和塑性方面存在不足。通过引入贝氏 体转变，可以改善陶瓷材料的韧性和延展性。
五章贝氏体转变
材料与冶金学院 金属材料工程系金属热处理第五章 贝氏体转变主讲教师从善海3.贝氏体转变温度范围是介于珠光体和马氏体转变之间，故又称 贝氏体转变温度范围B 上B 下550~350℃350℃~Ms连续淬火图5-2贝氏体连续转变曲线图5-2贝氏体连续转变曲线●在电子显微镜下可以清楚地看到在平行的条状铁素体之间常存在断续的粗条状的渗碳体。
上贝氏体中铁素体的亚结构是位错，其密度约为108~109cm-2，比板条马氏体低2~3个数量级。
随着形成温度降低，位错密度增大。
上贝氏电镜相组织4000×图针状下贝氏体示意图B上B下（a）非碳化物形成元素(b) 碳化物形成元素5. 塑性变形（P137图5-24）☆A在低温进行塑性变形,使B转变速度加快，促进B形核与碳原子扩散系数D↑。
☆A在较高温区塑性变形，出现了A→B转变速度变慢，（影响了贝氏体切变）。
6. 冷却时在不同温度下停留的影响贝氏体淬火常采用分级。
图5-25 三种不同贝氏体③曲线3：先冷至低温形成少量M或B下，然后再升到淬火工艺方案铁素体魏氏组织：白色为先共析铁素体，黑色的组织组成物为珠光体渗碳体魏氏组织：白色为先共析渗碳体，黑色的组织组成物为珠光体魏氏组织形成特征(1)C(1)C<<0.6%, C>1.2 %;(2)奥氏体晶粒粗大;(3)冷却速度适中。
形成区域形成条件W区是魏氏组织的形成区。
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金属热处理
第五章 贝氏体转变
主讲教师
从善海
3.贝氏体转变温度范围是介于珠光体和马氏体转变之间，故又称 贝氏体转变温度范围
B 上B 下
550~350℃
350℃~Ms
连续淬火
图5-2贝氏体连续转变曲线
图5-2贝氏体连续转变曲线
●在电子显微镜下可以清楚地
看到在平行的条状铁素体之间
常存在断续的粗条状的渗碳体。
上贝氏体中铁素体的亚结构是
位错，其密度约为108~109cm-
2，比板条马氏体低2~3个数量
级。
随着形成温度降低，位错
密度增大。
上贝氏电镜相组织4000×
图针状下贝氏体示意图
B上
B下
（a）非碳化物形成元素(b) 碳化物形成元素
5. 塑性变形（P137图5-24）
☆A在低温进行塑性变形,使B转变速度加快，促进B形核
与碳原子扩散系数D↑。
☆A在较高温区塑性变形，出现了A→B转变速度变慢，
（影响了贝氏体切变）。
6. 冷却时在不同温度下停留的影响
贝氏体淬火常采用分级。
图5-25 三种不同贝氏体
③曲线3：先冷至低温形成少量M或B下，然后再升到
淬火工艺方案
铁素体魏氏组织：
白色为先共析铁素体，黑
色的组织组成物为珠光体
渗碳体魏氏组织：白色
为先共析渗碳体，黑色
的组织组成物为珠光体
魏氏组织形成特征
(1)C
(1)C<<0.6%, C>1.2 %;
(2)奥氏体晶粒粗大;
(3)冷却速度适中。
形成区域
形成条件
W区是魏氏组织的形成区。