Chap贝氏体相变和贝氏体
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贝氏体转变(六)
缺陷：贝氏体转变具有表面浮凸现象，因此具有马氏体转变中 的不变平面应变的特征。后来发现，在Ti-Cr合金中铁素体的析
出伴随着帐篷形浮凸，不具有不变平面应变的特征。
二、 贝氏体的组织形态（☺）
由于转变温度的不同，贝氏体有以下几种形态：
无碳化物贝氏体 上贝氏体
下贝氏体
粒状贝氏体
柱状贝氏体
析出，所以成为反常贝氏体。
Fe3C首先在原奥氏体晶粒内部 形核长大成薄片状，随后铁素 体在其周围形核长大，并将 Fe3C包围，最终形成含有渗碳
体为中脊的片状贝氏体。
反常贝氏体
贝氏体形态小结
无碳化物贝 氏体 Bs 粒状贝氏体
550℃
上 贝 氏 体
350℃
上贝氏体
230℃
下贝氏体
TIPS：钢中的贝氏体类组织往往与钢中
σs σ0 Kd
1 2
(三) 溶质元素的固溶强化作用
形成温度越低，过饱和度增大，固溶强化作用大，强度高。
（四）位错亚结构密度
形成温度越低，位错密度越高，强度越高。
2. 贝氏体的韧性 下贝氏体的韧性高于上贝氏体 主要原因：
上贝氏体存在粗大的碳化物颗粒或断续的条状碳化物，也
可能存在高碳马氏体区，容易形成大于临界尺寸的裂纹。
典型固态相变之【贝氏体转变】………..
第六节 贝氏体相变
贝氏体转变：在过冷奥氏体到珠光体和马氏体转变之间的中温转变。 （碳钢的BS约为550℃左右）
转变产物称为贝氏体，记为B，是铁素体和碳化物组成的非片层状的机 械混合物。
主要特点：贝氏体中的铁素体相形成是无扩散的，按照马氏体转变的切变
机制进行，而碳化物的析出则是通过扩散进行的，因此贝氏体转变又称为半 扩散型转变。
原理第8章贝氏体转变
实验结论与讨论
实验结论
通过对比实验结果和理论分析，得出 贝氏体转变的规律和特点，以及其对 材料性能的影响。
实验讨论
探讨实验中存在的误差和不足之处， 提出改进措施和建议，为进一步研究 贝氏体转变提供参考和借鉴。
05 贝氏体转变的应用前景
新材料开发
高强度材料
利用贝氏体转变过程中材料的强化机制，开发高强度、高韧性、 高耐磨性的新材料。
贝氏体呈现薄膜状或针状形态。
温度对贝氏体性能的影响
03
随着温度的升高，贝氏体的强度和韧性有所下降，但塑性和韧
性有所提高。
应力的影响
01
应力诱导贝氏体转变
在应力作用下，材料内部的位错密度增加，促进了贝氏体转变的进行。
02
应力对贝氏体组织形态的影响
在应力作用下，贝氏体的形态变得更加细小、均匀，有利于提高材料的
贝氏体转变（第八章）
目录
• 贝氏体转变概述 • 贝氏体转变的机理 • 贝氏体转变的影响因素 • 贝氏体转变的实验研究 • 贝氏体转变的应用前景 • 总结与展望
01 贝氏体转变概述
贝氏体的定义
贝氏体是钢在奥氏体化后，在特定的 温度范围内（通常是低于马氏体转变 温度）进行等温或连续冷却转变时形 成的一种相变产物。
合金元素对贝氏体性能的影响
合金元素可以通过改变贝氏体的微观结构和相组成来影响其性能，如提高强度、韧性和耐 腐蚀性等。
04 贝氏体转变的实验研究
实验方法与设备
实验材料
选择具有代表性的钢铁材料作为 实验材料，如碳钢、合金钢等。
实验设备
包括加热炉、显微镜、硬度计、热 分析仪等。
实验方法
采用不同的加热和冷却速率对实验 材料进行加热和冷却处理，观察并 记录贝氏体转变过程中的组织变化 和性能变化。
5.8贝氏体相变机制
等温转变量（曲线1）及奥氏体点阵常数（曲线2）与 等温时间的关系
（a）0.48C,4.33Mn
(b)1.39C,2.74Mn
贫碳区γ´的尺度
取含碳量为0.2wt％的Fe－C合金,则奥氏体中碳原子的原子百分 数为1at％C。算得平均每25个奥氏体晶胞中分布有一个碳原子，如 示意图。
贫碳区γ´
包含60 个晶胞
（2）扩散学说
60年代末，美国冶金学家H.I.Aaronson及其合作者提出 贝氏体台阶-扩散机制。其核心内容是： （1）贝氏体是过冷奥氏体的非层片状共析分解的产物。 在贝氏体相变过程中，存在碳原子、铁原子和替换原子的 扩散过程。 （2）贝氏体铁素体是通过台阶的激发形核-台阶长大机制 进行的，长大过程受碳原子扩散控制。 （3）贝氏体碳化物在奥氏体/铁素体晶界形核并且向奥氏 体内部长大。 徐祖耀、方鸿生等学者支持扩散学说。
(2).贝氏体碳化物的长大
贝氏体碳化物在BF/γ相界面上形核，并且向奥 氏体内部长大。碳化物的长大促进了铁素体的 长大。随着铁素体亚单元的重复形成，碳化物 不断长大，这是碳原子不断沿着界面扩散输运 的过程，也是铁原子在相界面上非协同热激活 跃迁的过程。 上贝氏体碳化物在BF/γ相界面上形核，向富碳 奥氏体中长大 。
扩散的确切定义：
根据各名家的定义，综合起来考虑，将扩散重 新定义为： 在金属和合金中，原子（分子）的无规则的定向 运动导致的传质过程，称为扩散。 这种传质过程是粒子的定向的不规则运动，可 以是下坡扩散，也可以是上坡扩散，可能是宏观的 物质迁移，也可能是微观迁移(纳米尺度范围)的定 向的物质流，传质是有成分变化的过程。 按照扩散机制 ，扩散时原子每次移动的距离 为一个原子间距。
贝氏体相变课件
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。
2. 上贝氏体转变 (中温范围转变，在350550℃之间)，组织为F+ Fe3C. (1) 在A中贫碳区形成F核; (2) 碳越过F/A界面向A扩散; (3) 由于温度降低，碳不能进行远程扩散，而在A界面附近堆积， 形 成Fe3C; (4) 同时F长大，形成羽毛状上贝氏体. 可见, 上贝氏体的转变速度受碳 在A中扩散控制。 整个过程可见图。
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。
冷却过程中的几种转变的主要特征见下表。
珠光体、贝氏体、马氏体转变主要特征
内容 温度范围 转变上限温度 领先相 珠光体转变 高温 A1 渗碳体或铁素体 贝氏体转变 中温 BS 铁素体 马氏体 转变 低温 MS
贝氏体相变
贝氏体相变的机械性能
影响贝氏体机械性能的主要因素： 贝氏体中铁素体的影响 符合Hall-Petch关系，铁素体的晶粒 大小主要取决于奥氏体晶粒大小和形成温度。且碳含量高于平 均碳含量，形成温度越低，碳的过饱和度就越大，强度和硬度 越高，但脆性越大。亚结构的影响。 贝氏体中渗碳体的影响 根据弥散强化机理，碳化物的颗粒大 小和数量、形态将影响其性能。 其它因素的影响 奥氏体化温度。 贝氏体的强度和硬度
由于形成温度以及奥氏体的碳含量不同，贝氏体相变过程将 按照不同的方式进行，从而形成不同形态的贝氏体组织，其示 意图如下：
贝氏体相变机制
贝氏体相变动力学
贝氏体相变动力学及其影响因素
贝氏体相变动力学
贝氏体相变时碳的扩散 贝氏体相变是在碳原子还能进行扩散的中温区发生的。与
马氏体相变不同，贝氏体相变主要是受碳的扩散所控制。
贝氏体相变机制
根据热力学条件，马氏体相变只在△G为负值，即在Ms点以下 才能进行。那么，在Ms点以上以马氏体相变机制进行转变的贝 氏体相变是如何满足热力学条件的：
贝氏体相变机制
柯俊贝氏体相变假说能够解释： 在Ms点以上温度a相可以通过马氏体型相变机制形成 按马氏体型转变机制形成的贝氏体的长大速度远低于马氏体 的长大速度； 在 贝氏体的形成过程
根据形成温度的不同和钢的化学成分的不同，可以形成两种形 态的贝氏体，上贝氏体和下贝氏体。 在贝氏体形成温度较高温度范围内形成的贝氏体称为上贝氏体；
形成温度约为：350-550℃.
贝氏体相变的基本特征
典型的上贝氏体组织在光镜下观察时呈羽毛状、条状或针状， 椭圆或矩形状。在电镜下观察时可以看到上贝氏体组织为一束 大致平行分布的条状铁素体和夹于条间的断续条状碳化物的混 合物。
第五章贝氏体相变
3.贝氏体相变动力学
• 贝氏体相变也是一种形核 和长大过程。
• 与珠光体相变一样，贝氏 体可以在一定温度范围内 等温形成，也可以在某一 冷却速度范围内连续冷却 转变。
• 贝氏体等温形成时，需要 一定的孕育期，其等温转 变动力学曲线也呈“C"字 形。
4. 贝氏体相变的扩散性
• 贝氏体相变： 奥氏体() 铁素体（）+碳化物
（100）Fe3C /（/ 554）A
（010）Fe3C //(110）A (001 温度范围内形成的贝 氏体称为下贝氏体。
• 对于中、高碳钢，下 贝氏体大约在350℃ Ms之间形成。碳含量 很低时，其形成温度 可能高于350℃
2. 下贝氏体
富集而趋于稳定，并保留到室温成为一种特殊的上贝氏体— 准上贝氏体； ⑤T渗碳体更细密
1. 上贝氏体
⑥亚结构：位错—说明切变以滑移方式进行，形成温度 位错密度；
⑦具有一定晶体学取向关系和表面浮突效应；上贝氏体 铁素体的惯习面为{111}，与奥氏体之间的位相关系 为K-S关系。碳化物的惯习面为{227}，与奥氏体之间 存在Pitsch关系。
关系，惯习面为{111}
5. 低碳低合金钢中的贝氏体
无
BI 600-500℃等温
碳 贝
慢速 连续冷却
氏 体
上
贝
500-450℃等温
氏
BII
体
中速 连续冷却
下
BIII 450℃-Ms等温
贝 氏
快速 连续冷却
体
机械性能好
5.3 贝氏体相变机制
• 贝氏体形成
– 铁素体与母相奥氏体之间保持第二类共格关系 – 具有一定的晶体学位向关系 – 在光滑试样表面产生浮突 **说明贝氏体中铁素体的形成是马氏体型相变
贝氏体——精选推荐
贝⽒体⼀.贝⽒体定义钢中的贝⽒体是过冷奥⽒体的中⽂转变产物，它以贝⽒体铁素体为基体，同时可能存在θ-渗碳体或ε-碳化物、残留奥⽒体等相构成的整合组织。
贝⽒体铁素体的形貌多呈条⽚状，内部有规则排列的亚单元及较⾼密度的位错等亚结构。
⼆．贝⽒体组织形貌及亚结构钢、铸铁的贝⽒体组织相态极为复杂，这与贝⽒体相变的中间过渡性有直接的关系。
钢中的贝⽒体本质上是以贝⽒体铁素体为基体，其上分布着θ-渗碳体（或ε-碳化物）或残留奥⽒体等相构成的有机结合体。
是贝⽒体铁素体(BF)、碳化物、残余奥⽒体、马⽒体等相构成的⼀个复杂的整合组织。
1.超低碳贝⽒体的组织形貌碳含量⼩于0.08%的超低碳合⾦钢可获得超低碳贝⽒体组织。
如果加⼤冷却速度能够获得完全条⽚状的组织，称其为超低碳贝⽒体组织。
冷却速度越⼤，转变温度越低，条⽚状贝⽒体越细⼩。
在控轧控冷条件下，超低碳贝⽒体具有极为细⼩的⽚状组织形貌。
超低碳贝⽒体实际上是⽆碳贝⽒体，钢中所含的微量碳形成了特殊碳化物被禁锢下来，或者碳原⼦只分布在位错处，被⼤量位错禁锢。
2.上贝⽒体组织形貌上贝⽒体是在贝⽒体转变温度区上部（Bs—⿐温）形成的，形貌各异。
2.1⽆碳（化物）贝⽒体当上贝⽒体组织中只有贝⽒体铁素体和残留奥⽒体⽽不存在碳化物时，这种贝⽒体就是⽆碳化物贝⽒体，⼜称⽆碳贝⽒体。
这种贝⽒体在低碳低合⾦钢中出现的⼏率较多。
⽆碳贝⽒体中的铁素体⽚条⼤体上平⾏排列，其尺⼨间距较宽，⽚条间是富碳奥⽒体，或其冷却过程的产物。
2.2粒状贝⽒体粒状贝⽒体属于⽆碳化物贝⽒体。
当过冷奥⽒体在上贝⽒体温度区等温时，析出贝⽒体铁素体（BF）后，由于碳原⼦离开铁素体扩散到奥⽒体中，使奥⽒体中不均匀的富碳，且稳定性增加，难以继续转变为贝⽒体铁素体。
这些奥⽒体区域⼀般呈粒状或长条状，即所谓的岛状，分布在贝⽒体铁素体基体上。
这些富碳的奥⽒体在冷却过程中，可以部分的转变为马⽒体，形成所谓的M/A岛。
这种由BF+M/A岛构成的整合组织即为粒状贝⽒体。
5.0贝氏体相变与贝氏体
国内20世纪的专著
• 20世纪末，康沫狂，杨思品著有《钢中贝氏体》 （1990）； • 徐祖耀、刘世楷著有《贝氏体相变和贝氏体》 （1991）； • 李承基著有《贝氏体相变理论》（1995）； • 俞德刚、王世道著有《贝氏体相变理论》， （1997）； • 方鸿生，王家军，杨志刚等著有《贝氏体相变》 （1999）。
5、贝氏体相变与贝氏体Fra bibliotek序言• 贝茵等人于1930年首次发表了这种产物的光学金相照片。 • 1939年R..F.Mehl把贝氏体分为上贝氏体和下贝氏体。 • 1952 年 ， 在 英 国 伯 明 翰 大 学 任 教 的 柯 俊 及 其 合 作 者 S.A.Cottrell第一次对贝氏体相变的本质进行了研究。 • 20 世纪 60 年代末，国际上形成了两个贝氏体学派。两派论 争近40年 • 21 世纪以来，刘宗昌等人对两派观点进行了整合，并且提 出了贝氏体相变新机制。
21世纪的专著
• Bhadeshia,H.K.D.2nd edition。Bainite in Steels,London，2001 • 刘宗昌，任慧平著《过冷奥氏体扩散性相 变》，科学出版社，2007 • 刘宗昌，任慧平著《贝氏体与贝氏体相 变》，冶金工业出版社，2009
本章学习要求
• • • • • • 1）掌握贝氏体与贝氏体相变的基本概念； 2）熟悉贝氏体的组织形貌和亚结构； 3）掌握贝氏体相变的特征； 4）了解两派学术论争； 5）了解贝氏体相变热力学和动力学； 6）学习贝氏体相变机理。
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却条件下连续转变形成
2、相变的扩散性
只有碳原子的扩散，合金元素 （包括Fe）不扩散；
上贝氏体的相变速度取决于碳 在FCC-Fe中的扩散，下贝氏 体的相变速度取决于碳在 BCC-Fe中的扩散
3、贝氏体相变有表面浮凸
上贝氏体、下贝氏体相变均有表面浮凸现象
表面浮凸
干涉图像
4、贝氏体相变产物
贝氏体本质上是铁素体和θ-渗碳体（或ε-碳化物）的混 合组织。组织中常夹杂着残余奥氏体、马氏体等相。组成 相较多，形态多变。
序言
贝茵等人于1930年首次发表了这种产物的光学 金相照片。为了纪念Bain的功绩，将奥氏体中 温转变产物命名为贝氏体。
1939年R.F.Mehl把贝氏体分为上贝氏体和下贝 氏体。
1952年，在英国伯明翰大学任教的柯俊及其合 作者S.A.Cottrell第一次对贝氏体相变的本质 进行了研究。提出了贝氏体相变机制类似于马 氏体相变的切变机制。
这个学说被我国金属学家徐祖耀及 H.I.Aaronson 的 学 生 们 所 继 承 ， 形 成 “ 扩 散 学 派”。
5.1 贝氏体相变的基本特征和组织形态
贝氏体相变的基本特征
1、贝氏体相变的温度范围和C曲线 存在BS点 存在残余奥氏体（等温温度越靠近BS
点，形成的贝氏体越少） 可以等温转变形成，也可以在一定冷
中碳Mn-Si钢贝氏体铁素体的亚片条HREM 形貌：a)明场像，b)暗场像
较高密度的位错亚结构
贝氏体中的位错密度不如马氏体中那样高，但也有较高密度的位错亚结构。有的 认为贝氏体亚单元内部有较高密度的位错，ρ＝1010 cm－2。
5.2 贝氏体相变机制
经典的贝氏体形成过程示意图
（1）孕育期的预相变及形核
23MnCrNiMo钢板条状马氏体和下贝氏体的混合组织
（5）贝氏体组织中的亚结构
贝氏体铁素体是由更小的“亚单元”组成。
亚单元通常在已经形成的铁素体端部附近形 核，通过纵向伸长与增厚的方式长大。亚单
元长大受阻时，再激发形核，在铁素体板条
顶部的侧面（上贝氏体）或铁素体针的来自端（下贝氏体）形成新的亚单元核心。亚单元
粒状贝氏体
经典（羽毛状）上贝氏体
经典上贝氏体是由板条状 铁素体和条间分布不连续 碳化物所组成。
贝氏体铁素体条间的碳化 物是片状形态的细小的渗 碳体，光学显微镜下组织 形貌呈现羽毛状、条状或 针状。
SEM 9Cr2钢的羽毛状上贝氏体(a) 和 示意图(b)
电镜下上贝氏体组织为一束 大致平行分布的条状铁素体和 分布于条间的断续条状碳化物 的混合物。条状铁素体与板条 马氏体束接近； 随碳含量升高，铁素体条增 多而变薄，条间渗碳体数量增 多，形态由粒状变为链珠状、 短杆状，直至断续条状。
无碳（化物）贝氏体
当上贝氏体组织中只有贝氏 体铁素体和残留奥氏体而不 存在碳化物时，这种贝氏体 就是无碳化物贝氏体，或称 无碳贝氏体。
这种贝氏体通常在低碳低合 金钢中出现。
无碳贝氏体中的铁素体板条平行排列，其尺寸及间距较宽，板条间是富碳奥 氏体，或其冷却过程的产物。
无碳贝氏体的形成
由于Si、Al不溶于渗碳体中，故延迟渗碳体的形成， 因此，在硅钢和铝钢的上贝氏体中，常常在室温时还保留 残余奥氏体，而不析出渗碳体，形成无碳贝氏体。 在低碳合金钢中，形成贝氏体铁素体后，渗碳体尚未 析出，贝氏体铁素体间仍为奥氏体，碳充分向奥氏体中扩 散，使奥氏体趋于稳定而保留下来，形成无碳化物贝氏体。
（2）下贝氏体
下贝氏体在贝氏体C曲线鼻温以下温度区间形成。对中高碳钢，形成 温度为350 ºC～Ms；
下贝氏体有经典下贝氏体、柱状贝氏体、准贝氏体等。 光学显微镜下呈黑色针状或片状，片之间有一定交角。 下贝氏体铁素体碳含量远高于平衡碳含量，亚结构为高密度位错，位
错密度高于上贝氏体铁素体。
在较高温度区形成上贝氏体，在“鼻温”以下的较低温度 区域形成下贝氏体。二者在组织上的主要区别，一是铁素 体的形态差异，二是碳化物的形态和析出的位置不同。
随贝氏体形成温度下降，贝氏体中铁素体的碳含量升高。
（1）上贝氏体
上贝氏体是在贝氏体转变温度区 的上部形成的。对中高碳钢，形成温 度为350～550 ºC。 主要分为三种： 无碳（化物）贝氏体 （a, c） 粒状贝氏体（b） 经典上贝氏体（d）
切变学派认为，在贝氏体转变孕育期内，由于奥氏体 内晶体缺陷与碳原子的相互作用，形成贫碳区和富碳 区。在贫碳区内，贝氏体铁素体可以按低碳或超低碳 马氏体的切变机制形核。
这种学说被许多学者所继承，形成了“切变 学派”。
2、“扩散学派”的形成
20世纪60年代末，美国冶金学家H.I.Aaronson 及其合作者从能量上对贝氏体转变的切变机制进 行了否定。
他们认为：贝氏体转变是共析转变的变种。在 贝氏体转变温度区间，热力学计算的相变驱动力 不能满足切变所需要的能量水平。
经典下贝氏体
SEM GCr15下贝氏体组织
23MnNiCrMo钢下贝氏体
柱状贝氏体
（3）实际钢中的贝氏体组织
实际钢中还经常出现贝氏体和马氏体的混和组织。 上贝氏体和低碳板条状马氏体形貌类似，但是上贝
氏体中位错密度较马氏体为低。 高碳片状马氏体和下贝氏体的形貌类似，但前者的
亚结构是孪晶，而在下贝氏体中很少见到孪晶。
20世纪60年代末形成了两个贝氏体研究学派。
1、柯俊创始了贝氏体相变学说
1952年，在英国伯明翰大学任教的柯俊及其 合作者S.A.Cottrell以贝氏体浮凸现象为依 据，提出了贝氏体相变机制类似于马氏体相 变的切变机制。他们认为，铁原子和置换原 子是无扩散的切变,而间隙溶质原子是有扩 散的。
重复形核长大构成了贝氏体中铁素体的形核
长大过程。
上贝氏体亚单元 下贝氏体亚单元
STM Fe-0.5C-3.3Mn上贝氏体中的亚结构
500nm
下贝氏体的精细亚结构
下贝氏体条片由亚片条组成，亚片条由亚单元组成。亚单元相互平行，近似于平行四边形
STM Fe-1.0C-4.0Cr-2.0Si钢的 下贝氏体的精细亚单元
2、相变的扩散性
只有碳原子的扩散，合金元素 （包括Fe）不扩散；
上贝氏体的相变速度取决于碳 在FCC-Fe中的扩散，下贝氏 体的相变速度取决于碳在 BCC-Fe中的扩散
3、贝氏体相变有表面浮凸
上贝氏体、下贝氏体相变均有表面浮凸现象
表面浮凸
干涉图像
4、贝氏体相变产物
贝氏体本质上是铁素体和θ-渗碳体（或ε-碳化物）的混 合组织。组织中常夹杂着残余奥氏体、马氏体等相。组成 相较多，形态多变。
序言
贝茵等人于1930年首次发表了这种产物的光学 金相照片。为了纪念Bain的功绩，将奥氏体中 温转变产物命名为贝氏体。
1939年R.F.Mehl把贝氏体分为上贝氏体和下贝 氏体。
1952年，在英国伯明翰大学任教的柯俊及其合 作者S.A.Cottrell第一次对贝氏体相变的本质 进行了研究。提出了贝氏体相变机制类似于马 氏体相变的切变机制。
这个学说被我国金属学家徐祖耀及 H.I.Aaronson 的 学 生 们 所 继 承 ， 形 成 “ 扩 散 学 派”。
5.1 贝氏体相变的基本特征和组织形态
贝氏体相变的基本特征
1、贝氏体相变的温度范围和C曲线 存在BS点 存在残余奥氏体（等温温度越靠近BS
点，形成的贝氏体越少） 可以等温转变形成，也可以在一定冷
中碳Mn-Si钢贝氏体铁素体的亚片条HREM 形貌：a)明场像，b)暗场像
较高密度的位错亚结构
贝氏体中的位错密度不如马氏体中那样高，但也有较高密度的位错亚结构。有的 认为贝氏体亚单元内部有较高密度的位错，ρ＝1010 cm－2。
5.2 贝氏体相变机制
经典的贝氏体形成过程示意图
（1）孕育期的预相变及形核
23MnCrNiMo钢板条状马氏体和下贝氏体的混合组织
（5）贝氏体组织中的亚结构
贝氏体铁素体是由更小的“亚单元”组成。
亚单元通常在已经形成的铁素体端部附近形 核，通过纵向伸长与增厚的方式长大。亚单
元长大受阻时，再激发形核，在铁素体板条
顶部的侧面（上贝氏体）或铁素体针的来自端（下贝氏体）形成新的亚单元核心。亚单元
粒状贝氏体
经典（羽毛状）上贝氏体
经典上贝氏体是由板条状 铁素体和条间分布不连续 碳化物所组成。
贝氏体铁素体条间的碳化 物是片状形态的细小的渗 碳体，光学显微镜下组织 形貌呈现羽毛状、条状或 针状。
SEM 9Cr2钢的羽毛状上贝氏体(a) 和 示意图(b)
电镜下上贝氏体组织为一束 大致平行分布的条状铁素体和 分布于条间的断续条状碳化物 的混合物。条状铁素体与板条 马氏体束接近； 随碳含量升高，铁素体条增 多而变薄，条间渗碳体数量增 多，形态由粒状变为链珠状、 短杆状，直至断续条状。
无碳（化物）贝氏体
当上贝氏体组织中只有贝氏 体铁素体和残留奥氏体而不 存在碳化物时，这种贝氏体 就是无碳化物贝氏体，或称 无碳贝氏体。
这种贝氏体通常在低碳低合 金钢中出现。
无碳贝氏体中的铁素体板条平行排列，其尺寸及间距较宽，板条间是富碳奥 氏体，或其冷却过程的产物。
无碳贝氏体的形成
由于Si、Al不溶于渗碳体中，故延迟渗碳体的形成， 因此，在硅钢和铝钢的上贝氏体中，常常在室温时还保留 残余奥氏体，而不析出渗碳体，形成无碳贝氏体。 在低碳合金钢中，形成贝氏体铁素体后，渗碳体尚未 析出，贝氏体铁素体间仍为奥氏体，碳充分向奥氏体中扩 散，使奥氏体趋于稳定而保留下来，形成无碳化物贝氏体。
（2）下贝氏体
下贝氏体在贝氏体C曲线鼻温以下温度区间形成。对中高碳钢，形成 温度为350 ºC～Ms；
下贝氏体有经典下贝氏体、柱状贝氏体、准贝氏体等。 光学显微镜下呈黑色针状或片状，片之间有一定交角。 下贝氏体铁素体碳含量远高于平衡碳含量，亚结构为高密度位错，位
错密度高于上贝氏体铁素体。
在较高温度区形成上贝氏体，在“鼻温”以下的较低温度 区域形成下贝氏体。二者在组织上的主要区别，一是铁素 体的形态差异，二是碳化物的形态和析出的位置不同。
随贝氏体形成温度下降，贝氏体中铁素体的碳含量升高。
（1）上贝氏体
上贝氏体是在贝氏体转变温度区 的上部形成的。对中高碳钢，形成温 度为350～550 ºC。 主要分为三种： 无碳（化物）贝氏体 （a, c） 粒状贝氏体（b） 经典上贝氏体（d）
切变学派认为，在贝氏体转变孕育期内，由于奥氏体 内晶体缺陷与碳原子的相互作用，形成贫碳区和富碳 区。在贫碳区内，贝氏体铁素体可以按低碳或超低碳 马氏体的切变机制形核。
这种学说被许多学者所继承，形成了“切变 学派”。
2、“扩散学派”的形成
20世纪60年代末，美国冶金学家H.I.Aaronson 及其合作者从能量上对贝氏体转变的切变机制进 行了否定。
他们认为：贝氏体转变是共析转变的变种。在 贝氏体转变温度区间，热力学计算的相变驱动力 不能满足切变所需要的能量水平。
经典下贝氏体
SEM GCr15下贝氏体组织
23MnNiCrMo钢下贝氏体
柱状贝氏体
（3）实际钢中的贝氏体组织
实际钢中还经常出现贝氏体和马氏体的混和组织。 上贝氏体和低碳板条状马氏体形貌类似，但是上贝
氏体中位错密度较马氏体为低。 高碳片状马氏体和下贝氏体的形貌类似，但前者的
亚结构是孪晶，而在下贝氏体中很少见到孪晶。
20世纪60年代末形成了两个贝氏体研究学派。
1、柯俊创始了贝氏体相变学说
1952年，在英国伯明翰大学任教的柯俊及其 合作者S.A.Cottrell以贝氏体浮凸现象为依 据，提出了贝氏体相变机制类似于马氏体相 变的切变机制。他们认为，铁原子和置换原 子是无扩散的切变,而间隙溶质原子是有扩 散的。
重复形核长大构成了贝氏体中铁素体的形核
长大过程。
上贝氏体亚单元 下贝氏体亚单元
STM Fe-0.5C-3.3Mn上贝氏体中的亚结构
500nm
下贝氏体的精细亚结构
下贝氏体条片由亚片条组成，亚片条由亚单元组成。亚单元相互平行，近似于平行四边形
STM Fe-1.0C-4.0Cr-2.0Si钢的 下贝氏体的精细亚单元