第五章 贝氏体相变
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第5章_贝氏体转变
在下贝氏体铁素体中溶有比上贝氏体铁素体多的过饱和 碳；形成温度越低，碳的过饱和度越大。
下B中碳化物也是θ型，但形成温度低时，最初是碳化 物，时间延长，转变为θ碳化物。在含Si钢中，由于Si能 阻止θ碳化物的析出，故B转变时主要析出ε碳化物。
随钢中碳含量的增高，下贝氏体铁素体中沉淀的碳化物 量亦增多，并随形成温度的降低而更趋弥散。当钢中含有 较多稳定奥氏体的合金元素时，在铁素体基体上也可能同 时有残余奥氏体和碳化物存在。
(a)
(b)
图5-7 无碳化物贝氏体
a) 20CrMo，1150℃→535℃ ×800
b) 30CrMnSi，900℃→550℃ ×1000
5.2.2 上贝氏体
1. 形成温度范围 B转变温度区的较高温度区域，对中、高碳钢，
约550~350℃。又称为高温贝氏体。
2. 组织形态 由铁素体和碳化物（主要为渗碳体）组成的两相
5.2 贝氏体的组织形态
一般由F和组成的非层片状组织，形态受钢的化 学成分及形成温度的影响。
无碳化物贝氏体
贝氏体
上贝氏体 下贝氏体
粒状贝氏体
柱状贝氏体
5.2.1 无碳化物贝氏体
钢中含一定量硅或铝时，B组织由板条F及富碳残A组 成，F间为富碳A，F与A内均无碳化物析出，是贝氏体 的一种特殊形态。在光学显微镜下，难与一般上B区别， 只能在透射电子显微镜下区别。
5.2.3 下贝氏体
1. 形成温度范围 B转变区域的低温范围形成，约在350℃以下。碳
含量低时，形成温度可略高于350℃。又称为低温贝 氏体。
2. 组织形态 由铁素体和碳化物组成的两相非层片状混合物。
最显著的差异是F形态及碳化物的分布。 下贝氏体F的形态与M很相似，亦与奥氏体的碳含
下B中碳化物也是θ型，但形成温度低时，最初是碳化 物，时间延长，转变为θ碳化物。在含Si钢中，由于Si能 阻止θ碳化物的析出，故B转变时主要析出ε碳化物。
随钢中碳含量的增高，下贝氏体铁素体中沉淀的碳化物 量亦增多，并随形成温度的降低而更趋弥散。当钢中含有 较多稳定奥氏体的合金元素时，在铁素体基体上也可能同 时有残余奥氏体和碳化物存在。
(a)
(b)
图5-7 无碳化物贝氏体
a) 20CrMo，1150℃→535℃ ×800
b) 30CrMnSi，900℃→550℃ ×1000
5.2.2 上贝氏体
1. 形成温度范围 B转变温度区的较高温度区域，对中、高碳钢，
约550~350℃。又称为高温贝氏体。
2. 组织形态 由铁素体和碳化物（主要为渗碳体）组成的两相
5.2 贝氏体的组织形态
一般由F和组成的非层片状组织，形态受钢的化 学成分及形成温度的影响。
无碳化物贝氏体
贝氏体
上贝氏体 下贝氏体
粒状贝氏体
柱状贝氏体
5.2.1 无碳化物贝氏体
钢中含一定量硅或铝时，B组织由板条F及富碳残A组 成，F间为富碳A，F与A内均无碳化物析出，是贝氏体 的一种特殊形态。在光学显微镜下，难与一般上B区别， 只能在透射电子显微镜下区别。
5.2.3 下贝氏体
1. 形成温度范围 B转变区域的低温范围形成，约在350℃以下。碳
含量低时，形成温度可略高于350℃。又称为低温贝 氏体。
2. 组织形态 由铁素体和碳化物组成的两相非层片状混合物。
最显著的差异是F形态及碳化物的分布。 下贝氏体F的形态与M很相似，亦与奥氏体的碳含
贝氏体相变
温转变产物。因奥氏体中含碳量、合金元素及转变温度不同，钢中贝氏 体组织形态有下述几种：①上贝氏体。含碳量高于0.4%的碳素钢中，在600～ 350℃的较高温度下形成。在光镜 下为羽毛状。在电镜下，上贝氏体由许多从奥氏体晶界向晶内平行生长的板条状铁素体和在相邻铁素体条间存在 的不连续的、短杆状的渗碳体所组成，其铁素体的形态与亚结构和板条马氏体相似，但位错密度要低2～3个数量 级，约为10～10/cm； ②下贝氏体。在 350℃～Ms的较低温度下形成。在光镜下呈黑色针状。下贝氏体中铁素体 的形态与马氏体很相似，碳含量低时呈板条状，碳含量高时呈透镜片状，碳含量中等时两种形态兼有。与马氏体 不同，下贝氏体中铁素体的亚结构为位错型，不存在孪晶，其位错密度比上贝氏体中铁素体的高；③反常贝氏体。 出现在过共析钢中，以渗碳体为领先相；④粒状贝氏体。可能存在于一些低碳钢及低碳、中碳合金钢中，在上贝 氏体形成温度以上和奥氏体转变为贝氏体最高温度 （Bs点）以下的温度范围内形成。由块状或针状铁素体基体 以及分布在基体上的一些颗粒状小岛所组成。小岛呈不连续条形，平行排列在铁素体基体中。下贝氏体形成温度 较低，其铁素体针细小，无方向性，碳的过饱和度大，位错密度高，且碳化物分布均匀，弥散度大，所以硬度高， 韧性好，具有较好的综合性能。上贝氏体的铁素体片较宽，强韧性均差，故在生产上力求避免。
转变过程
图1贝氏体形成过程示意上贝氏体开始转变前，在过冷奥氏体的贫碳区先孕育出铁素体晶核。它处于碳过饱和 状态，碳有从铁素体中向奥氏体扩散的倾向，随着密排的铁素体条的伸长、变宽，生长着的铁素体中的碳不断地 通过界面排到其周围的奥氏体中，导致条间奥氏体的碳不断富集，当其碳质量分数足够高时，便在条间沿条的长 轴方向析出碳化物，形成典型的上贝氏体，如图1中（a）。
此外，在低中碳合金钢中，还往往会出现粒状贝氏体，其形成温度大致在上贝氏体转变温度区的上部。
转变过程
图1贝氏体形成过程示意上贝氏体开始转变前，在过冷奥氏体的贫碳区先孕育出铁素体晶核。它处于碳过饱和 状态，碳有从铁素体中向奥氏体扩散的倾向，随着密排的铁素体条的伸长、变宽，生长着的铁素体中的碳不断地 通过界面排到其周围的奥氏体中，导致条间奥氏体的碳不断富集，当其碳质量分数足够高时，便在条间沿条的长 轴方向析出碳化物，形成典型的上贝氏体，如图1中（a）。
此外，在低中碳合金钢中，还往往会出现粒状贝氏体，其形成温度大致在上贝氏体转变温度区的上部。
贝氏体转变的特点
相变之间的中温区时，将发生贝氏体相变，亦称为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，少数呈椭圆形或矩形。
光镜下电镜下素体条增多并变薄，条间渗碳体的数量增多，其形态也由粒状变为链珠状、短杆状、直至断续条状。
为间形成。
渗碳体，也可以是ε-碳化物，主要分布在铁素体条内部。
下贝氏体既可以在奥氏体晶界上形核，也可以在奥氏体晶粒内部形核。
光镜下电镜下下贝氏体中铁素体的碳含量远远氏体铁素体相似，也是往高于上贝氏体铁素体，而且未发现有孪晶亚结体相变区无碳化物贝氏体示意图）体相变区状(岛状)富碳奥氏体贝氏体相变是由一个单相（γ）转变为两个相（α相和碳化物）的过程，所以相变过程中子的扩散。
贝氏体相变时产生氏体保持一定的晶体学位向关系。
转变温度范围①转变的两个基本过程贝氏体的转变包含铁素体的成长和碳化物的析出两个过程。
Fe -Fe3C平衡状态图育期内由于碳原子的扩散重新分配，在奥氏体内形成富碳区和贫碳区，其Ms Bs奥氏体和贝氏体自由能与温度的关系素体的碳含量减低，则使其自由能降低，增大了新、母相自由能的差值。
某合金钢等温转变动力学示意图贝氏体和珠光体的转变曲线轮廓合为一条某合金钢等温转变动力学示意图(珠光体转变与贝氏体转变已分离)生的，贝氏体相变主要受碳的扩散所控制。
中的扩散速度所控制。
1）化学成分的影响温转变为碳含量增高，形成贝氏体时需要扩散的碳的数量入多种合金元素，其相互影响比较复杂。
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。
高，有利于碳的扩散，故使贝氏体相变（（分上贝氏体后再冷却至贝氏体相变的低温区（曲线2）时，将使下贝氏体相变的孕育期延长，速度，减少最终贝氏体转变量。
要低，体时脆性转折温度突然下降，其原因可能是：。
第5章 贝氏体转变8
由于θ与A之间存在位向关系，所以一般认为上B中θ是从 A中析出的。 上B中，除FB 及θ外，还可能存在未转变的残A。硅、铝 多时，可延缓渗碳体的析出，使B板条间很少或无渗碳 体析出，成为特殊B形态。 形成温度对上B组织形态影响显著，形成温度降低，F板 条变薄、变小，θ也更细小密集。
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二、下贝氏体
下B形成机制不同。
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三、贝氏体转变时碳的扩散
贝氏体转变是在碳原子尚能发生扩散的中温区范围内发 生的。与M转变不同，B转变依赖碳原子扩散。 FB初形成时是过饱和的，因转变温度较高，所以FB形成 后将发生分解，自FB析出碳化物而使F碳含量下降。→B转 变与碳原子扩散密切相关。 析出θ 析出θ
无θ析出
① P-B间的亚稳区域保温，加速随后B形成速度 ② 高温B转变区保温降低B转变 ③ 先降低到MS以下再升温增加B转变
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五、钢中贝氏体组织的获得
贝氏体等温淬火：将经A化的钢淬入稍高于Ms点的盐浴或 碱浴中，停留一定时间以获得下B组织，然后取出空冷。 常用方法 良好的综合力学性能，淬火应力小，适用于形状复杂及 要求较高的小型件。 贝氏体钢：通过连续冷却（空冷）获得贝氏体组织。在低 碳低合金钢焊缝组织中常获得粒状B。 只是一些特殊成分的钢
4、转变的不完全性 B等温转变一般不能进行到底，随温度升高，不完全增加 未转变的A，可能发生P转变，称为“二次珠光体转变”。 5、转变的扩散性 Fe及Me原子则不发生扩散，碳原子可发生扩散。 B转变的扩散性是指碳原子的扩散。 6、贝氏体转变的晶体学 表面浮凸：FB形成与母相A维持切变共格关系， FB与母相A之间存在惯习面和位向关系。 7、 FB也为碳过饱和固溶体 过饱和程度随B形成温度的降低而增加，但低于M过饱和程 4 度。
贝氏体相变
3. 无碳化物贝氏体
在靠近 BS 的温度处形成，由平行
板条铁素体束及板条间未转变的富
碳奥氏体组成。
§5.3贝氏体转变的特点
（ 1 ）贝氏体转变速度比马氏体转变速 度慢得多。
（2）贝氏体转变的不完全性 等温温度降至某一温度时，奥氏体可 以全部转变为贝氏体； 等温温度即使降到很低的温度，仍不 能完全转变，仍有部分奥氏体残留下来。
随奥氏体化温度和保温时间的增加，贝 氏体转变速度先降后增。
（三）应力和塑性变形的影响 拉应力加快贝氏体转变。 在较高温度的形变使贝氏体转变 速度减慢；而在较低温度的形变却 使转变速度加快。
（四）冷却时在不同温度下停留的影响
图5-13 冷却时不同温度停留的三种情况
① 曲线1：在珠光体相变与贝氏体相 变之间的过冷奥氏体稳定区停留， 会加速随后的贝氏体转变速度。
贝氏体转变产物为 α 相与碳化物的两 相混合物，为非层片状组织。 α 相（即贝 氏体铁素体BF）形态类似于马氏体而不同 于珠光体中的铁素体。
3. 贝氏体转变通过形核及长大方式进行
贝氏体长大时，在平滑试样表面有浮凸现象发生，
这说明α -Fe可能按共格切变方式长大。
相变时C扩散重新分配，α 相长大速度受钢中C的
第五章 贝氏体相变
美国冶金学家 Edgar C. Bain
(Sept. 14, 1891 -- Nov. 27, 1971) United States Steel Corporation
贝氏体 -- Bainite
奥氏体：austenite 珠光体：pearlite 马氏体：martensite 贝氏体：bainite 铁素体：ferrite 渗碳体：cementite
6. 转变的晶体学特征
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5章 贝氏体转变
2、粒状贝氏体
形成温度→接近Bs，高于上B 形成温度→接近Bs，高于上B转变温度 形态
板条F+富碳岛状 板条F+富碳岛状A 富碳岛状A 冷却转变：F+K；M+残余 残余A 残余A 冷却转变：F+K；M+残余A；残余A 有浮凸；C%接近平衡 接近平衡； 有浮凸C%接近平衡； F中有亚单元
成分：低、中碳合金钢（Cr、Ni 、Mo） Mo） 成分： 中碳合金钢（Cr、 冷却：焊接、正火、 冷却：焊接、正火、热轧连续冷却出现 与粒状组织区别： F+富 岛状A 与粒状组织区别：块F+富C岛状A（无取 向、无浮凸），与粒B共存 无浮凸），与粒 ），与粒B
§5 贝氏体转变的动力学
一、B转变的动力学特点 1、上、下B转变机制不同 实验→转变全激活能不同；C%↑→激活能 激活能↑ 实验→转变全激活能不同；C%↑→激活能↑ 2、根据实验数据计算： 根据实验数据计算： 的全激活能分别与碳在A 上、下B的全激活能分别与碳在A和F中的扩散 激活能相近→ 转变受C 中扩散控制； 激活能相近→上B转变受C在A中扩散控制； 转变受C 下B转变受C在F中扩散控制 中碳化物分别从A 析出（有争议） 上、下B 中碳化物分别从A和F析出（有争议）
§3 贝氏体转变过程及热力学
一、转变过程 一、转变过程 1、F生长和碳化物析出两个过程→组织、性 生长和碳化物析出两个过程→组织、 能变化 2、奥氏体中碳的再分配 俄歇分析→孕育期和转变期间→ 俄歇分析→孕育期和转变期间→碳的再分配 晶界、晶内有贫碳区（有利于F形核） 晶界、晶内有贫碳区（有利于F形核） Fe、合金元素无再分配现象 Fe、 合金% 碳%、合金%、转变温度影响碳的再分配 碳化物容易析出） （碳% 高→ 碳化物容易析出）
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
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3、影响贝氏体相变动力学的因素
i）碳含量
随碳含量增加，贝氏体相变速度降低。
ii）合金元素
Co, Al加速贝氏体相变速度；其它元素延缓贝氏体 相变速度。
iii）奥氏体晶粒大小和奥氏体化温度
随奥氏体晶粒增大，晶界面积减小，贝氏体形核率 降低，相变孕育期增长，转变速度减慢； 提高奥氏体化温度或延长保温时间，奥氏体晶粒长 大，同时，也有加速贝氏体相变的作用。
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2、贝氏体的形成过程 i）高温范围的转变 高温区将转变为无碳化物贝氏体。 在较高温度范围内，碳过饱和度较小，贝氏 体铁素体形成后，过饱和的碳可以通过界面迅 速进入奥氏体，并迅速向纵深扩散。若奥氏体 的碳含量不高，不会析出碳化物，于是得到贝 氏体铁素体及碳富化的奥氏体，即无碳化物贝 氏体。
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2、下贝氏体
i）在较低温度范围内形成； ii）双凸透镜状片状碳过饱和的铁素体片，片间 分布与片的长轴呈55º ～65º 角平行排列碳化物； iii）形成温度：350º C以下
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IV）光学显微镜：类似细的针条状马氏体 亚结构：高密度位错 V）下贝氏体铁素体与奥氏体的关系：K-S关系 下贝氏体中碳化物只有一个取向，平行排列。
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1、影响贝氏体力学性能的因素
i）贝氏体铁素体条或片的粗细（细晶强化） 条或片越细小，则贝氏体强度越高。 ii）弥散碳化物质点（弥散强化） 碳化物的颗粒直径越小，数量越多，则强度越 大。下贝氏体碳化物颗粒较小，而上贝氏体碳化 物颗粒较粗大，且分布不均匀。 iii）其他因素（固溶强化，位错亚结构强化） 贝氏体形成温度越低，则碳的过饱和度越大， 位错密度增加。 Yuxi Chen
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2、贝氏体相变的台阶机制
台阶机制与切变机制相对立。贝氏体是非层状 共析反应的产物，即一种特殊的共析反应。
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根据台阶机制，贝氏体相变与珠光体转变的主要 不同点是转变时移动的界面不同。在奥氏体晶界 处形成的相与一侧的奥氏体保持半共格关系， 两者之间存在一定位向关系；而与另外一侧的奥 氏体界面则为非共格界面。半共格界面通过台阶 机制推移得到贝氏体铁素体，非共格界面通过扩 散机制推移得到珠光体。 主要障碍：相变时的浮凸。台阶机制认为浮凸不 是切变机制造成的，而使由铁素体和奥氏体的比 容不同造成。 Yuxi Chen
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4、粒状贝氏体
一般是低、中碳合金钢的奥氏体在以一定速度 连续冷却时，或在稍高于上贝氏体的形成温度 等温时形成。由条状贝氏体铁素体与分布在板 条界面、呈岛状物组成，岛状物多为马氏体和 奥氏体，称M-A岛。
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1）上贝氏体
i）在较高温度范围内形成； ii）大致平行、含碳稍微过饱和的铁素体板条为 主体，板条间分布短棒状或短片状碳化物； iii）形成温度：350550º C； IV）光学显微镜：羽毛状、条状或针状；
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V）上贝氏体铁素体是稍微过饱和的铁素体，板 条内的亚结构是高密度位错； VI）上贝氏体铁素体与奥氏体的关系：K-S关系 碳化物与奥氏体之间是Pitsch关系。
上贝氏体和下贝氏体；
其相变机制没有定论（切变学派、扩散学派）
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贝氏体相变的基本特征
既有马氏体相变特征，又有珠光体转变特征。 1）温度范围（宽，Bs，Bf） i）转变温度范围较宽，且转变前有孕育期。 ii）贝氏体转变也存在一个上限温度Bs和下限 温度 Bf
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Ms
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柯俊贝氏体相变假说
形成马氏体时总的自由能变化
G = −V GV + S + E
如果相变时伴随着碳的脱溶， 由高碳奥氏体转变为低碳马 氏体的单位体积自由能变化 将增大，因此相变开始点将 上升至MsHL； 并且，奥氏体与贝氏体的比 体积差小于奥氏体与马氏体 的比体积差，所以贝氏体转 变时弹性能E较小。
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第四节 贝氏体相变动力学
1、贝氏体等温转变动力学
贝氏体相变是形核、长大过程，需要孕育期， 这一点与珠光体转变相似；但贝氏体晶核的长 大速度比珠光体慢得多，且转变不能终了。
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2、贝氏体相变时碳的扩散
1）贝氏体相变是扩散型相变；铁及合金原子不 能扩散，但碳原子可以扩散。 2）相变速度：v = vo exp (−Q/kT) 3）上贝氏体的扩散激活能126 kJ/mol, 受奥氏体 中碳的扩散所控制； 4）下贝氏体的扩散激活能75kJ/mol，受铁素体 内碳的扩散所控制。
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4）扩散性（碳原子扩散控制的扩散型相变） i）贝氏体相变是扩散型相变。有碳原子的扩 散，且碳的扩散速度控制贝氏体相变速率并影响 贝氏体形貌。 ii）贝氏体相变无铁原子及其它合金元素原子 的扩散。 5）晶体学特征（浮凸，V形） i）贝氏体相变与马氏体相变类似，也能在抛 光的表面引起浮凸； ii）贝氏体铁素体的浮凸呈V型，而马氏体浮 凸呈N型。
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2、贝氏体的强度和硬度
贝氏体屈服强度经验公式： 0.2 = 16.4 (−12.6 + 11.3 d −1/2 + 0.98 n1/4) d：贝氏体铁素体晶粒尺寸； n：每平方毫米截面中碳化物颗粒数。
3、贝氏体的韧性
下贝氏体韧性优于上贝氏体。 上贝氏体中存在粗大碳化物，裂纹扩展迅速。 下贝氏体碳化物颗粒细小，不易形成裂纹，也 不易扩展。
珠光体、马氏体、贝氏体转变特点比较
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第三节 贝氏体相变机制
过程： 1）过冷奥氏体向贝氏体铁素体的转变； 2）贝氏体碳化物的析出。 切变机制和台阶机制 切变学派认为，贝氏体是指在中温转变时切变形 成的非片层状产物； 台阶派认为，贝氏体为“共析分解的非片层状产 物”。
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2）相变产物（铁素体和碳化物，非层片状组织） i）贝氏体：由铁素体和碳化物两相组成。 ii）贝氏体不是层片状产物，而是在不同转 变温度下得到不同类型贝氏体。 3）相变动力学（形核长大，等温，变温） i）通过形核、长大方式进行； ii）贝氏体即可等温形成，也可变温形成； iii）其等温转变动力学图也呈现C型。
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1、贝氏体相变的切变机制
贝氏体相变产生浮凸——类似马氏体相变 奥氏体分解为铁素体和碳化物——碳原子扩散 因此一般认为贝氏体相变过程是马氏体相变加 碳原子扩散。
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恩金的贫富碳理论假说
在贝氏体相变前奥氏体中已经发生了碳的扩 散和重新分配，形成了贫碳区和富碳区。在贫 碳区发生马氏体相变而形成低碳马氏体，然后 马氏体迅速回火形成过饱和的铁素体和渗碳体 的机械混合物，即贝氏体。在富碳区首先析出 渗碳体，使其碳浓度下降称为贫碳区，然后在 新的贫碳区通过马氏体相变形成马氏体，尔后 又通过回火成为铁素体与渗碳体的机械混合物。
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5、其它类型贝氏体
包括所谓的反常贝氏体及柱状贝氏体。
1）反常贝氏体出现在过共析钢中，因为以渗碳体作为 领先相。 2）柱状贝氏体一般产生在高碳碳素钢或高碳中合金钢 中，呈柱状铁素体组织，铁素体中碳化物有规律排列。
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IV）应力
拉应力可以加快贝氏体相变。
V）塑性变形
高温时对奥氏体进行塑性变形，将使贝氏体相变孕育 期延长，转变速度减慢； 中温区对奥氏体进行塑性变形，则贝氏体相变孕育期 缩短，相变速度加快。
VI）冷却时在不同温度下停留
曲线1，过冷奥氏体在稳定区停留会加速 随后的贝氏体相变；按曲线2，先形成的 上贝氏体会降低下贝氏体转变速度； 按曲线3，先形成的少量马氏体或下贝氏 体会加速的贝氏体转变速度。
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第五节 贝氏体的力学性能
1）对同一种钢而言，通常贝氏体的强度和硬度 低于马氏体，而比珠光体高得多；贝氏体的塑 性和韧性比马氏体好，但比珠光体低得多。 2）一般来说，下贝氏体具有高的强度、高的韧 性和高的耐磨性；而上贝氏体的强度低、韧性 差。
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ii）中温范围内的转变
中温区转变为上贝氏体。 界面附近的奥氏体中的碳含量将伴随着贝 氏体铁素体的生长而显著升高，当奥氏体中析 出碳化物，形成羽毛状上贝氏体。
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iii）低温范围的转变 低温区将转变为下贝氏体。 初形成的贝氏体铁素体过饱和度较大，形态 由板条状转变为凸透镜片状。 IV）粒状贝氏体的形成也是在高温区。 贝氏体相变的领先相是铁素体，不同形态贝氏 体的铁素体都是通过切变机制形成。形成温度 不同，使铁素体中碳脱溶及碳化物的形成方式 不同而导致贝氏体组织形态的不同。
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3、影响贝氏体相变动力学的因素
i）碳含量
随碳含量增加，贝氏体相变速度降低。
ii）合金元素
Co, Al加速贝氏体相变速度；其它元素延缓贝氏体 相变速度。
iii）奥氏体晶粒大小和奥氏体化温度
随奥氏体晶粒增大，晶界面积减小，贝氏体形核率 降低，相变孕育期增长，转变速度减慢； 提高奥氏体化温度或延长保温时间，奥氏体晶粒长 大，同时，也有加速贝氏体相变的作用。
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2、贝氏体的形成过程 i）高温范围的转变 高温区将转变为无碳化物贝氏体。 在较高温度范围内，碳过饱和度较小，贝氏 体铁素体形成后，过饱和的碳可以通过界面迅 速进入奥氏体，并迅速向纵深扩散。若奥氏体 的碳含量不高，不会析出碳化物，于是得到贝 氏体铁素体及碳富化的奥氏体，即无碳化物贝 氏体。
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2、下贝氏体
i）在较低温度范围内形成； ii）双凸透镜状片状碳过饱和的铁素体片，片间 分布与片的长轴呈55º ～65º 角平行排列碳化物； iii）形成温度：350º C以下
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IV）光学显微镜：类似细的针条状马氏体 亚结构：高密度位错 V）下贝氏体铁素体与奥氏体的关系：K-S关系 下贝氏体中碳化物只有一个取向，平行排列。
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1、影响贝氏体力学性能的因素
i）贝氏体铁素体条或片的粗细（细晶强化） 条或片越细小，则贝氏体强度越高。 ii）弥散碳化物质点（弥散强化） 碳化物的颗粒直径越小，数量越多，则强度越 大。下贝氏体碳化物颗粒较小，而上贝氏体碳化 物颗粒较粗大，且分布不均匀。 iii）其他因素（固溶强化，位错亚结构强化） 贝氏体形成温度越低，则碳的过饱和度越大， 位错密度增加。 Yuxi Chen
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2、贝氏体相变的台阶机制
台阶机制与切变机制相对立。贝氏体是非层状 共析反应的产物，即一种特殊的共析反应。
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根据台阶机制，贝氏体相变与珠光体转变的主要 不同点是转变时移动的界面不同。在奥氏体晶界 处形成的相与一侧的奥氏体保持半共格关系， 两者之间存在一定位向关系；而与另外一侧的奥 氏体界面则为非共格界面。半共格界面通过台阶 机制推移得到贝氏体铁素体，非共格界面通过扩 散机制推移得到珠光体。 主要障碍：相变时的浮凸。台阶机制认为浮凸不 是切变机制造成的，而使由铁素体和奥氏体的比 容不同造成。 Yuxi Chen
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4、粒状贝氏体
一般是低、中碳合金钢的奥氏体在以一定速度 连续冷却时，或在稍高于上贝氏体的形成温度 等温时形成。由条状贝氏体铁素体与分布在板 条界面、呈岛状物组成，岛状物多为马氏体和 奥氏体，称M-A岛。
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1）上贝氏体
i）在较高温度范围内形成； ii）大致平行、含碳稍微过饱和的铁素体板条为 主体，板条间分布短棒状或短片状碳化物； iii）形成温度：350550º C； IV）光学显微镜：羽毛状、条状或针状；
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V）上贝氏体铁素体是稍微过饱和的铁素体，板 条内的亚结构是高密度位错； VI）上贝氏体铁素体与奥氏体的关系：K-S关系 碳化物与奥氏体之间是Pitsch关系。
上贝氏体和下贝氏体；
其相变机制没有定论（切变学派、扩散学派）
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贝氏体相变的基本特征
既有马氏体相变特征，又有珠光体转变特征。 1）温度范围（宽，Bs，Bf） i）转变温度范围较宽，且转变前有孕育期。 ii）贝氏体转变也存在一个上限温度Bs和下限 温度 Bf
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Ms
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柯俊贝氏体相变假说
形成马氏体时总的自由能变化
G = −V GV + S + E
如果相变时伴随着碳的脱溶， 由高碳奥氏体转变为低碳马 氏体的单位体积自由能变化 将增大，因此相变开始点将 上升至MsHL； 并且，奥氏体与贝氏体的比 体积差小于奥氏体与马氏体 的比体积差，所以贝氏体转 变时弹性能E较小。
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第四节 贝氏体相变动力学
1、贝氏体等温转变动力学
贝氏体相变是形核、长大过程，需要孕育期， 这一点与珠光体转变相似；但贝氏体晶核的长 大速度比珠光体慢得多，且转变不能终了。
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2、贝氏体相变时碳的扩散
1）贝氏体相变是扩散型相变；铁及合金原子不 能扩散，但碳原子可以扩散。 2）相变速度：v = vo exp (−Q/kT) 3）上贝氏体的扩散激活能126 kJ/mol, 受奥氏体 中碳的扩散所控制； 4）下贝氏体的扩散激活能75kJ/mol，受铁素体 内碳的扩散所控制。
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4）扩散性（碳原子扩散控制的扩散型相变） i）贝氏体相变是扩散型相变。有碳原子的扩 散，且碳的扩散速度控制贝氏体相变速率并影响 贝氏体形貌。 ii）贝氏体相变无铁原子及其它合金元素原子 的扩散。 5）晶体学特征（浮凸，V形） i）贝氏体相变与马氏体相变类似，也能在抛 光的表面引起浮凸； ii）贝氏体铁素体的浮凸呈V型，而马氏体浮 凸呈N型。
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2、贝氏体的强度和硬度
贝氏体屈服强度经验公式： 0.2 = 16.4 (−12.6 + 11.3 d −1/2 + 0.98 n1/4) d：贝氏体铁素体晶粒尺寸； n：每平方毫米截面中碳化物颗粒数。
3、贝氏体的韧性
下贝氏体韧性优于上贝氏体。 上贝氏体中存在粗大碳化物，裂纹扩展迅速。 下贝氏体碳化物颗粒细小，不易形成裂纹，也 不易扩展。
珠光体、马氏体、贝氏体转变特点比较
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第三节 贝氏体相变机制
过程： 1）过冷奥氏体向贝氏体铁素体的转变； 2）贝氏体碳化物的析出。 切变机制和台阶机制 切变学派认为，贝氏体是指在中温转变时切变形 成的非片层状产物； 台阶派认为，贝氏体为“共析分解的非片层状产 物”。
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2）相变产物（铁素体和碳化物，非层片状组织） i）贝氏体：由铁素体和碳化物两相组成。 ii）贝氏体不是层片状产物，而是在不同转 变温度下得到不同类型贝氏体。 3）相变动力学（形核长大，等温，变温） i）通过形核、长大方式进行； ii）贝氏体即可等温形成，也可变温形成； iii）其等温转变动力学图也呈现C型。
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1、贝氏体相变的切变机制
贝氏体相变产生浮凸——类似马氏体相变 奥氏体分解为铁素体和碳化物——碳原子扩散 因此一般认为贝氏体相变过程是马氏体相变加 碳原子扩散。
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恩金的贫富碳理论假说
在贝氏体相变前奥氏体中已经发生了碳的扩 散和重新分配，形成了贫碳区和富碳区。在贫 碳区发生马氏体相变而形成低碳马氏体，然后 马氏体迅速回火形成过饱和的铁素体和渗碳体 的机械混合物，即贝氏体。在富碳区首先析出 渗碳体，使其碳浓度下降称为贫碳区，然后在 新的贫碳区通过马氏体相变形成马氏体，尔后 又通过回火成为铁素体与渗碳体的机械混合物。
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5、其它类型贝氏体
包括所谓的反常贝氏体及柱状贝氏体。
1）反常贝氏体出现在过共析钢中，因为以渗碳体作为 领先相。 2）柱状贝氏体一般产生在高碳碳素钢或高碳中合金钢 中，呈柱状铁素体组织，铁素体中碳化物有规律排列。
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IV）应力
拉应力可以加快贝氏体相变。
V）塑性变形
高温时对奥氏体进行塑性变形，将使贝氏体相变孕育 期延长，转变速度减慢； 中温区对奥氏体进行塑性变形，则贝氏体相变孕育期 缩短，相变速度加快。
VI）冷却时在不同温度下停留
曲线1，过冷奥氏体在稳定区停留会加速 随后的贝氏体相变；按曲线2，先形成的 上贝氏体会降低下贝氏体转变速度； 按曲线3，先形成的少量马氏体或下贝氏 体会加速的贝氏体转变速度。
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第五节 贝氏体的力学性能
1）对同一种钢而言，通常贝氏体的强度和硬度 低于马氏体，而比珠光体高得多；贝氏体的塑 性和韧性比马氏体好，但比珠光体低得多。 2）一般来说，下贝氏体具有高的强度、高的韧 性和高的耐磨性；而上贝氏体的强度低、韧性 差。
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ii）中温范围内的转变
中温区转变为上贝氏体。 界面附近的奥氏体中的碳含量将伴随着贝 氏体铁素体的生长而显著升高，当奥氏体中析 出碳化物，形成羽毛状上贝氏体。
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iii）低温范围的转变 低温区将转变为下贝氏体。 初形成的贝氏体铁素体过饱和度较大，形态 由板条状转变为凸透镜片状。 IV）粒状贝氏体的形成也是在高温区。 贝氏体相变的领先相是铁素体，不同形态贝氏 体的铁素体都是通过切变机制形成。形成温度 不同，使铁素体中碳脱溶及碳化物的形成方式 不同而导致贝氏体组织形态的不同。