贝氏体及相关知识
关于贝氏体
关于贝氏体：（1）上贝氏体为过冷奥氏体在550~400℃温区等温形成的一种组织，由铁素体和渗碳体组成，在光学显微镜下观察，呈羽毛状。
上贝氏体常沿奥氏体晶界形核，向晶内发展。
从电子显微照片上可以看到：在平行的铁素体条间有短棒状或串珠状渗碳体断续分布，其硬度为35~45HRC。
上贝氏体的铁素体内含有一定程度的过饱和碳量，具有体心立方点阵，与奥氏体保持严格的晶格学位向关系，过去认为是西山关系，进一步研究证明为K-S关系，其惯习面为（111）A。
在磨光的试样表面呈现浮凸。
上贝氏体机械性能低劣，使用价值不大。
（2）下贝氏体下贝氏体为过冷奥氏体于400~200℃温区形成的一种组织。
其组织形态与上贝氏体明显不同，类似于片状马氏体的回火组织。
在光学显微镜下呈黑色片状（针状或竹叶状），互成一定角度。
在电子显微镜下观察或X 射线结构分析：这种组织乃是由过饱和α固溶体与其长轴成50~60o角度分布的碳化物质点形成。
其硬度为45~50HRC。
双面金相分析表明：下贝氏体铁素体的立体形态为双凸镜状。
下贝氏体铁素体具有较高的碳过饱和度，有的含碳量高达0.2％，晶体结构为体心立方点阵。
其内部析出的碳化物不是渗碳体，而是ε相（Fe2.4C），属六方晶系。
下贝氏体中铁素体与母相奥氏体保持严格的晶体学位向关系（K-S关系），惯习面为（225）A。
其亚结构为高密度位错，在磨光的试样表面亦呈现浮凸。
可见，下贝氏体形成亦具有切变特征。
下贝氏体具有优良的强韧性，硬度和耐磨性也很高，缺口敏感性和脆性转变温度较低，是一种理想的淬火组织，具有很高的实用价值。
因此，以获得这种组织为目的的等温淬火工艺，在生产中得到了广泛的应用。
上贝氏体的渗碳体是以片状分布在界面，很大程度上降低了材料的塑性和韧性，而下贝氏体中的渗碳体则是以弥散的质点相分布在基体中，有很到的强韧性，所以通常为得到下贝氏体组织。
等温淬火法将加热的工件放入温度稍高于Ms点的硝盐浴或碱浴中，保温足够长的时间使其完成贝氏体转变，获得下贝氏体组织。
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。
贝氏体
组织形貌
钢、铸铁及铁合金中的贝氏体组织形态极为复杂，这与贝氏体相变的中间过渡性特征有直接的关系。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、马氏体等相构成一个复杂的整合组织。
超低碳钢的贝氏体组织形貌
关于贝氏体的定义和转变机制，是固态转变理论发展中最有争议的领域之一。它形成了两个对立的学派，即 以柯俊为代表的切变学派和以美国人阿洛申(son)为代表的扩散学派，以及介于两个学派之间的一种所谓转变机 制转化连续性和阶段性理论。
20世纪50年代初，当时在英国伯明翰大学任教的中国学者柯俊及其合作者英国人科垂耳首次研究了钢中贝氏 体转变的本质。他们用光学金相法在预先抛光的样品表面发现，在贝氏体转变时有类似于马氏体转变的表面浮凸 效应。在当时，转变过程的表面浮凸效应被公认是马氏体型切变机制的有力证据。以此实验现象为依据，认为贝 氏体转变是受碳扩散控制的马氏体型转变。铁和置换式溶质原子是无扩散的切变，间隙式溶质原子(如碳)则是有 扩散的。这种观点后来为许多学者所继承和发展，人们统称为“切变学派”。它在20世纪50～60年代，是贝氏体 转变的主导理论。
为延迟钢的珠光体转变(包括先共析铁素体转变)，最有效的合金元素是B、Mo、Mn、W和Cr。其中特别是B和 Mo在延迟珠光体转变的同时对贝氏体转变却影响不大。所以贝氏体钢大多以Mo、B为基本合金元素。
贝氏体转变
B转变的台阶机制（Aaronson，Laaird等）
• 认为B浮凸与M转变的浮凸不同，是 由转变产物的体积效应引起的，而 非切变所致。 • B是非片层的共析反应产物，B转变 同 P 转变机理相同，两者的区别仅 在于后者是片层状。 • B中F的长大是按台阶机理进行，并 受C的扩散控制。
台阶的水平面为α－γ的半共格界面，界面两侧的α、 γ有一定的位向关系；台阶的端面（垂面）为非共格面， 其原子处于较高的能量状态，因此有较高的活动性，易 于实现迁移，使台阶侧向移动，从而导致台阶宽面向前 推进。
的。
（二）下贝氏体形貌
1.形成温度：在B转变区域的低温区，约350℃以下至MS。
2. 形态特征：片状 F 和其内部沉淀碳化物的组织。 K 均匀分
布在F内，由于K极细，在光学显微镜下无法分辨，看上
去是与回火 M 相似的黑色针状组织。电镜下，在电子显
微镜下可以观察到下贝氏体中碳化物的形态，它们细小、
弥散，呈粒状或短条状，沿着与铁素体长轴成55°~65° 角取向平行排列，见图7.51(b)。 3.表面浮凸：呈V或∧形。
B转变的切变机制
• 由柯俊和Cottrell提出（最早发现有浮 凸效应） • 认为B转变的浮凸与M相似，由于B转 变温度比M高，此时C尚有一定的扩散 能力，故当B中F在以切变共格方式长 大的同时，还伴随着C的扩散和K从F 中脱溶沉淀的过程，故转变过程的速 度受碳原子的扩散过程所控制，并且 依温度不同C自F中脱溶可以有以下几 种形式：
3.浮
凸：也可以在抛光表面引起针状浮凸。
粒状贝氏体转 变温度范围
B上 B下
粒状贝氏体 1000×
粒状贝氏体扫描 电镜形貌2500×
这些小岛在高温下原是富碳的奥氏体区，其后的转变可有
下贝氏体基础知识
宏观形态：呈暗黑色针 状或片状，而且各片之间 都有一定的交角
微观形态：可以清楚地看出贝氏体中
的碳化物，在贝氏体铁素体片中分布着排 列成行的细片状或颗粒状碳化物，并以 55°－60°的角度与铁素体针长轴相交，通 常下贝氏体碳化物仅分布在铁素体内部。
光学显微镜照片
• 在电子显微镜下观察
下B的立体形态呈 片状（或透镜 状）。所谓的 “针状”和“片 状”不过是同一
• θ-碳化物是比ε-碳化物更稳定的碳化物， θ-碳化物也就是渗碳体，它属于斜 方晶系。
• 下B：（350℃- Ms）
• 组织形态：（可在γ晶内或晶界形核）
• 光镜下：针片状，互成一定角度，分布杂乱。
• 电镜下：可在晶界和晶内形核，铁素体片中分布着排列成 行的细片状或粒状碳化物，以55-600角度与α长轴相交。 下B的碳化物仅分布在铁素体片内部。
• 下贝氏体中铁素体与奥氏体之间的位向关系为K-S关系。 下贝氏体中铁素体的惯习面比较复杂，有人测得为 {111}γ，也有人测得为{254}γ及{569}γ。
• 下贝氏体中的碳化物也可是渗碳体。但当温度较低时， 初期形成ε-碳化物，随时间延长，ε-碳化物转变为θ-碳 化物。由于下贝氏体中铁素体与θ-碳化物及ε-碳化物之 间均存在一定的位向关系，因此一般认为碳化物是从过 饱和铁素体中析出的。
可以清楚地看出贝氏体中的碳化物在贝氏体铁素体片中分布着排列成行的细片状或颗粒状碳化物并以5560的角度与铁素体针长轴相交通常下贝氏体碳化物仅分布在铁素体内部
下贝氏体基础知识
1、下贝氏体的形成条件
• 下贝氏体的形成温度较低， 因此下贝氏体又叫低温贝 氏体。
• 对于中、高碳钢，下贝氏 体大约在350°C－MS之间 形成。
贝氏体转变的主要特征(3篇)
第1篇一、贝氏体转变的概述贝氏体转变是指金属在一定的温度范围内，从奥氏体向贝氏体转变的过程。
在这个过程中，金属的组织结构发生了显著的变化，从而导致金属的性能发生改变。
贝氏体转变主要发生在低碳钢、低合金钢和某些高合金钢中。
二、贝氏体转变的主要特征1. 温度范围贝氏体转变的温度范围较窄，大约在280℃至550℃之间。
在这个温度范围内，奥氏体晶粒开始发生转变，形成贝氏体。
当温度低于280℃时，贝氏体转变速率会显著降低，甚至停止；当温度高于550℃时，贝氏体转变会逐渐向马氏体转变过渡。
2. 组织结构贝氏体转变后，金属的组织结构发生了显著的变化。
具体表现为：（1）奥氏体晶粒细化：在贝氏体转变过程中，奥氏体晶粒逐渐细化，晶粒尺寸减小，有利于提高金属的强度和硬度。
（2）贝氏体形态：贝氏体由贝氏体铁素体和渗碳体（或碳化物）组成。
贝氏体铁素体以片状、针状或羽毛状形态出现，渗碳体以细小的片状或针状形态存在。
（3）贝氏体晶粒尺寸：贝氏体晶粒尺寸与奥氏体晶粒尺寸密切相关。
一般来说，奥氏体晶粒越细，贝氏体晶粒也越细。
3. 性能变化贝氏体转变后，金属的性能发生了显著的变化，具体表现在以下方面：（1）强度和硬度：贝氏体转变后，金属的强度和硬度显著提高。
这是由于贝氏体组织中的贝氏体铁素体和渗碳体相互作用，使得金属的晶粒尺寸减小，晶界增多，从而提高了金属的强度和硬度。
（2）韧性：贝氏体转变后，金属的韧性也得到一定程度的提高。
这是因为贝氏体转变过程中，部分奥氏体晶粒转变为贝氏体铁素体，使金属的组织结构更加均匀，有利于提高金属的韧性。
（3）疲劳性能：贝氏体转变后，金属的疲劳性能得到显著提高。
这是因为贝氏体组织中的贝氏体铁素体和渗碳体相互作用，使得金属的晶粒尺寸减小，晶界增多，从而提高了金属的疲劳性能。
4. 热处理工艺贝氏体转变的热处理工艺主要包括以下两个方面：（1）贝氏体转变温度：贝氏体转变温度对金属的组织结构和性能具有重要影响。
一般来说，贝氏体转变温度越高，贝氏体晶粒越细，金属的强度和硬度越高。
贝氏体——精选推荐
贝氏体贝氏体：bainite又称贝茵体。
钢中相形态之一。
钢过冷奥氏体的中温转变产物，α-Fe和Fe3C 的复相组织。
贝氏体转变温度介于珠光体转变与马氏体转变之间。
贝氏体转变的基本特征：贝氏体转变兼有珠光体转变与马氏体转变的某些特征。
归纳起来，主要有以下几点：1，贝氏体转变温度范围对应于珠光体转变的A1点及马氏体转变的MS点，贝氏体转变也有一个上限温度BS点。
奥氏体必须过冷到BS以下才能发生贝氏体转变。
合金钢的BS点比较容易测定，碳钢的BS点由于有珠光体转变的干扰，很难测定。
贝氏体转变也有一个下限温度Bf点，但Bf与Mf无关，即：Bf可以高于MS，也可以低于MS。
2，贝氏体转变产物与珠光体转变一样，贝氏体转变产物也由α相与碳化物组成的两相机械混合物，但与珠光体不同，贝氏体不是层片状组织，且组织形态与转变温度密切相关，其中包括α相的形态、大小以及碳化物的类型及分布等均随转变温度而异，就α相形态而言，更多地类似于马氏体而不同于珠光体。
因此，Hehemann称贝氏体为铁素体与碳化物的非层状混合组织。
Aaronson则称之为非层状共析反应产物或非层状珠光体变态。
可以看出，Aaronson强调的是贝氏体转变与珠光体转变一样，都是共析转变，只是因为转变温度不同而导致转变产物的形态不同。
需要特别指出，在较高温度范围内转变时所得的产物中虽然无碳化物而只有α相，但从转变机制考虑，仍被称为贝氏体。
3，贝氏体转变动力学贝氏体转变也是一个形核及长大的过程，可以等温形成，也可以连续冷却形成。
贝氏体等温需要孕育期，等温转变动力学曲线也呈S形，等温形成图也具有“C”字形。
应当指出，精确测得的贝氏体转变的C曲线，明显地是由两条C曲线合并而成的，这表明，中温转变很可能包含着两种不同的转变机制。
4，贝氏体转变的不完全性贝氏体等温转变一般不能进行到底，在贝氏体转变开始后，经过一定时间，形成一定数量的贝氏体后，转变会停下来。
换言之，奥氏体不能百分之百地转变为贝氏体。
贝氏体_精品文档
贝氏体贝氏体，即Beesley体，是一种高熵合金体系，以其异常的力学性能和独特的微观结构而闻名。
它由细小的晶粒组成，这些晶粒之间存在特殊的界面结构，使其具有出色的塑性和强度。
本文将介绍贝氏体的形成机制、微观结构以及其在工程领域中的应用。
一、贝氏体的形成机制贝氏体的形成机制涉及到相变和相变动力学过程。
在合金材料中，当温度和化学成分发生改变时，固态相之间的相变就会发生。
贝氏体相的形成通常涉及到两种化学元素的相互作用。
合金的元素之间发生偏析，使得其中一种元素在晶界附近的区域过饱和。
这种过饱和引起了一个固态相变过程，即贝氏体相的形成。
二、贝氏体的微观结构贝氏体的微观结构由细小的晶粒和固相隔板组成。
晶粒的尺寸一般在纳米至微米的范围内，使得贝氏体具有优异的塑性。
而固相隔板是由夹杂在贝氏体晶粒之间的两相界面组成，这些界面的缺陷和错位可以吸收和抵消外界应变，从而提高材料的韧性和断裂韧度。
三、贝氏体的力学性能贝氏体具有出色的力学性能，主要体现在以下几个方面：1. 强度：贝氏体的晶界和界面结构能够提高材料的应变硬化能力，使其具有优异的强度。
2. 塑性：贝氏体的细小晶粒具有良好的变形能力，使其在受力时能够发生塑性变形而不易断裂。
3. 韧性：贝氏体的固相隔板结构能够吸收和抵消外界应变，提高材料的韧性和断裂韧度。
4. 耐磨性：由于贝氏体具有高硬度和较低的易变形性，因此在一些耐磨应用中具有显著的优势。
四、贝氏体的应用领域由于贝氏体具有独特的力学性能，它在众多工程领域中得到了广泛的应用。
以下是贝氏体在几个常见领域的应用实例：1. 汽车制造：贝氏体合金用于汽车零部件的制造，如发动机缸体、曲轴和齿轮等，以提高汽车的强度和耐磨性。
2. 航空航天：贝氏体合金用于航空发动机的制造，以提高发动机的工作温度和耐腐蚀性。
3. 电子设备：贝氏体合金用于制造电子设备的外壳和散热器，以提高设备的耐久性和散热性能。
4. 建筑工程：贝氏体合金用于制造建筑物的结构件，如桥梁和塔杆，以提高其抗风性能和使用寿命。
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六、贝氏体的力学性能
贝氏体强度 贝氏体形成温度越低，贝氏体 条越细小，强度越高。下贝中 碳化物颗粒小、数量多，均匀 分布，合金性能好；上贝中碳 化物颗粒较粗，不均匀分布于 铁素体条间，合金性能低。 上贝中存在较粗大的碳化物颗 由上可知，上贝的强度由贝氏 粒或断续的条状碳化物，也可 体铁素体的尺寸控制；下贝或 能存在高碳的马氏体区，因此 高碳贝氏体化合物的弥散强化 呈硬脆性，易于裂纹扩展。 有较明显的作用。 下贝中碳化物界面尺寸较小， 韧性好。
控制过冷度
形核率和长大速度都与过冷度有关，过冷 度增加，形核率和长大速度均随之增加， 且形核率的增长率大于长大速度的增长率， 因而晶粒越细小。 增加过冷度的方法主要是提高金属的冷却 速度。 但此法存在弊端
中温转变组织进一步超细化的新思路
有效的控制新相的长大 提供尽可能多的形核位置
充分细化的中温组织
增加形核率
奥氏体中位错组态的演变对变形产物的细化是非 常重要的，但对阻碍新相长大效果一般。 如果将变形奥氏体弛豫一段时间再加速冷却，利 用弛豫过程中位错密度下降，位错结构不断变化，以 及析出相体积分数逐渐增加等特殊过程，则可能会引 发新思路。
贝氏体及相关知识学习
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一、贝氏体相变的主要特征
1.表面浮凸效应 2.相变温度范围(BsBf ) 3.转变的不完全性 4.形核、长大的过程 5.转变的扩散性 6.应力、应变的影响
二、贝氏体的形貌、性能
贝氏体是含碳过饱和的铁素体和碳化物组成 的机械混合物。
贝氏体
上贝氏体
四、贝氏体转变的热力学和动力学：
贝氏体转变的热力学
贝氏体转变的驱动力是自 由焓差。由于贝氏体形成 时应变能小于马氏体转变 时的应变能而大于珠光体 的应变能，故转变温度也 介于二者之间。 贝氏体可以等温形成，且 有不完全性。温度越高， 越接近Bs点，等温转变量 愈少。转变是在中温区形 成的，依赖于碳原子的扩 散。
大块状或条状的铁素体 内分布着众多小岛的复 相组织
大多在连续冷却条件下形 成，这些岛状物多为富碳 奥氏体和马氏体
由板条状铁素体与夹杂 铁素体内固溶的碳量很低， 其间的富碳奥氏体组成， 在转变过程中无碳化物沉 常有少量马氏体 淀
三、贝氏体的形成过程:
高温转变 初生铁素体过饱和量较小，碳在铁素体和奥氏体中的扩散能力均 很强，若奥氏体含碳量不高，不会析出碳化物，得到铁素体及富 碳奥氏体，即无碳化物贝氏体。 中温转变（350~550 ℃） 碳在奥氏体中扩散速率已较慢，界面附近奥氏体的含碳量将伴随 铁素体的生长而显著提高，将自奥氏体中析出碳化物，形成羽毛 状上贝氏体。 低温转变（﹤350 ℃） 初形成的铁素体过饱和度较大，其形态由板条状变为凸透镜片状。 由于碳的扩散速率低，过饱和碳无法通过界面进入奥氏体，只能 在贝氏体内就地析出。
3.无碳化物贝氏体
形成条件：多在低、中碳钢中得到 转变温度：接近Bs点 形貌：呈条状 组织：板条铁素体及富碳 奥氏体
4.粒状贝氏体
形成条件：在低、中碳钢的连续冷却中形成 转变温度：接近Bs点 形貌：粒状或大块状 组织：块状铁素体及残余 奥氏体 性能：具有较好的强韧性
贝氏体转变的动力学
五、珠光体与贝氏体的转变分离曲线
贝氏体等温转变 动力学曲线也呈C形。 在Bs点以下，随转变 温度的降低，等温转 变速度先曾后减，在 鼻尖温度处达பைடு நூலகம்最大 值。
Bs
珠光体与贝氏体的转变合成曲线
贝氏体转变 是在中温区发生 的，转变依赖于 碳原子的扩散。 推测为上下贝氏 体的长大速度分 别受碳在奥氏体 和铁素体中的扩 散速度控制。
四种贝氏体组织形貌比较
上贝氏体 下贝氏体
粒状贝氏体 无碳贝氏体
成束分布、平行排列的 铁素体和夹于期间的条 状渗碳体的混合物 由针状或片状铁素体和 其内部沉淀的碳化物 （渗碳体）的混合物 随含碳量增多，铁素体变 薄，变细，数量增多，渗 碳体聚集，变大 碳化物细小、弥散，呈粒 状或短条状；铁素体内含 过饱和的碳，固溶量随温 度升高而增大
下贝氏体
粒状贝氏体
无碳贝氏体
1.上贝氏体（Upper Bainite）
形成温度：550~350℃ 亚结构：位错 形貌：羽毛状 组织：铁素体和渗碳体 的混合物（与含碳量、 转变温度有关） 性能：强度硬度较低， 且冲击韧性差
2.下贝氏体（Lower Bainite）
形成温度：350 ℃ ~Bf 点 亚结构：位错 形貌：针状 组织：铁素体和渗碳体 的混合物 性能：强度高、韧性好， 具有较好的机械性能
贝氏体韧性
七、细化晶粒对其性能的影响
常温下，金属的晶粒越细小，强度和硬度 越高，同时塑韧性越好。用细化晶粒来提高材 料强度的方法称为细晶强化。 晶粒大小取决于形核率N与晶粒长大速度G， N/G越大，晶粒越细小。凡能促进形核，抑制晶 粒长大的因素都能细化晶粒。 工业中常采用控制过冷度、变质处理以及 震动搅拌等方法来处理。