贝氏体耐磨钢

1.需求煤机摇臂原材料：ZG25Mn2；成分为：C0.27-0.34、Si 0.30-0.50、Mn 1.2-1.5、S 0.035、P0.035，碳当量0.42。

摇臂壳体齿轮轴孔易变形，行星头部不能在本体上过丝紧固，缺点是强度低，耐磨性差。

2贝氏体钢组织2.1贝氏体转变特征贝氏体是指钢在奥氏体化后被过冷到珠光体转变温度区间以下，马氏体转变温度区间以上这一中温度区间(Ms～550℃)转变而成的由铁素体及其内分布着弥散的碳化物所形成的亚稳组织。

贝氏体转变既具有珠光体转变，又具有马氏体转变的某些特征，是一个相当复杂的一种转变。

归纳起来，主要有以下几个特征：1）贝氏体转变温度范围贝氏体转变有一个上限温度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。

贝氏体转变也有一个下限温度Bf点，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。

3）贝氏体转变动力学贝氏体转变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。

贝氏体等温形成需要孕育期，等温转变动力学曲线呈S形，等温形成图具有“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。

即奥氏体不能百分之百地转变为贝氏体。

通常随着温度的升高，贝氏体转变的不完全程度增大。

5）贝氏体转变的扩散性由于贝氏体转变是在中温区，存在着原子的扩散。

一般认为，在贝氏体转变过程中，只存在着碳原子的扩散，而铁及合金元素的原子是不能发生扩散的。

碳原子可以在奥氏体中扩散，也可以在铁素体中扩散。

6）贝氏体转变的晶体学在贝氏体转变中，当铁素体形成时，也会在抛光的试样表面上产生“表面浮凸”。

这说明铁素体的形成与母相奥氏体的宏观切变有关，贝氏体中的铁素体与母相奥氏体之间存在着一定的惯习面和位向关系。

7）贝氏体中铁素体的碳含量贝氏体中铁素体的碳含量一般也是过饱和的，而且随着贝氏体形成温度的降低，铁素体中碳的过饱和程度越大。

根据上述特征，有人总结出：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。

2.2贝氏体转变产物的形态1）无碳化物贝氏体形成温度：在贝氏体转变区的最上部，在靠近BS的温度处形成的贝氏体。

组织形态由板条状铁素体和富碳的奥氏体组成。

板条状铁素体在奥氏体晶界上形成，自奥氏体晶界向晶内一侧成束向晶内平行生长，形成的平行的板条束，板条间为富碳的奥氏体。

继续冷却，奥氏体可能转变为马氏体、珠光体，贝氏体(其他类型)或保留至室温，一般不能单独存在的。

铁素体条形成时在抛光表面会形成表面浮凸。

亚结构为位错。

2）上贝氏体形成温度：对于中、高碳钢，在550～350℃温度区间。

组织形态为由铁素体和碳化物（主要为渗碳体）组成的两相非层片状混合物。

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，细条状的渗碳体分布于铁素体条之间。

上贝氏体的转变速度受碳在奥氏体中扩散控制，碳通过奥氏体与铁素体界面由铁素体向奥氏体扩散，扩散不充分，在铁素体板条间沉淀出渗碳体。

从整体上看呈羽毛状。

铁素体内亚结构为位错。

3）下贝氏体形成温度：230～350℃又称为低温贝氏体。

组织形态由铁素体和碳化物组成的两相非层片状混合物。

下贝氏体转变速度受碳在铁素体中的扩散所控制，此时碳的扩散更困难，不能通过奥氏体与铁素体界面由铁素体向奥氏体扩散，只能在铁素体片内的某些特定的晶面上偏聚，进而沉淀出碳化物。

在低碳钢（低碳低合金钢）中，下贝氏体呈板条状；在高碳钢中，单独的或成堆的长成竹叶状（黑色片状或针状），立体形态呈双凸透镜状。

因此，下贝氏体又称针叶状贝氏体。

下贝氏体中的亚结构为位错，密度约为比上贝氏体高，没有孪晶。

4）粒状贝氏体形成温度：低、中碳及其合金钢在上贝氏体转变区的上部，B S以下。

粒状贝氏体是由无碳化物贝氏体演变而来的。

组织为铁素体和岛状物（富C奥氏体或马氏体+奥氏体）的两相混合物。

条状铁素体基体内沿一定方向分布一些小岛（M-A 岛），小岛为富碳的奥氏体。

5）柱状贝氏体柱状贝氏体的概念是基于贝氏体中铁素体的形态提出的。

柱状贝氏体中的铁素体呈放射状，碳化物沿一定方向分布排列，与下贝氏体相似。

柱状贝氏体不产生表面浮凸。

产生于高碳及其合金钢中，在贝氏体转变的较低温度转变区形成的。

2.3在生产中贝氏体的获得贝氏体转变在生产上很重要，贝氏体的形态组织决定了其强度、韧性以及耐磨性等性能。

上贝氏体由从奥氏体晶界向晶内平行生长的条状铁素体和在相邻铁素体条间存在的断续的，短杆状的渗碳体组成，其外观形貌似羽毛状。

冲击韧性较差，生产上应力求避免。

下贝氏体由含碳过饱和的片状铁素体和其内部析出的微细的碳化物组成。

其冲击韧性较好，强度高，在硬度相同的情况下其耐磨性明显优于马氏体。

因此要获得良好的强韧性，生产上应获得下贝氏体。

下贝氏体的获得方式有如下几种方式：１）等温淬火工艺。

把钢件加热使其奥氏体化并均匀化后，使之快冷到贝氏体转变温度区间（260～400℃），放入温度稍高于Ms点的硝盐浴或碱浴中，等温保持一定时间（一般在浴槽中保温时间为30~60min），使奥氏体转变为下贝氏体，然后取出置于空气中冷却的淬火工艺。

等温淬火后一般情况下无需再进行回火。

等温淬火变形量少，硬度较高并兼有良好的韧性。

2）在钢中加入合金元素，冶炼成贝氏体钢，如14CrMnMoVB和14MnMoVB等。

这类钢在连续冷却条件下即可得到贝氏体。

2.4合金元素对贝氏体转变各相的影响１）合金元素对钢中过冷奥氏体的稳定性具有重要的影响，多数合金元素如Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、B、Ｍｏ、Ｃｕ等使过冷奥氏体稳定性提高，阻碍其分解，使等温转变曲线右移，降低临界冷却速度，提高淬透性。

即使奥氏体能在较缓慢的冷却条件下获得马氏体、贝氏体组织。

合金元素使马氏体转变温度降低，并且由于原子扩散能力减弱，使相变进行不充分，残余奥氏体量也增加。

２）合金元素对铁素体的影响合金元素的原子是以置换方式溶入铁素体中，由于合金元素与铁元素的原子尺寸不同，使晶格内产生内应力，使铁素体的强度、硬度提高，韧性降低。

这些元素包括Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｂｅ。

某些元素在铁素体中溶解度随着温度的下降而显著降低时，使过饱和的部分合金元素析出，使其强化。

这类元素有Ｃｕ、Ａｌ。

３）所有合金元素都有减小奥氏体晶粒长大的倾向，使晶粒细化；其中Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ti等碳化物形成元素能显著地细化晶粒；Ｎｉ、Ｓｉ、Ｃｕ等非碳化物形成元素，对晶粒长大的影响比较弱；。

4）合金元素对碳在奥体体中扩散系数的影响：碳化物形成元素如Ｃｒ、Ｗ、V、Ｍｏ等强烈阻止碳的扩散；能形成稳定碳化物，但易溶于固溶体中的元素如Mn 等，对碳的扩散系数影响不大；不形成碳化物而溶于固溶体中元素如Ni、Co等提高碳的扩散系数，而Si则降低碳的扩散系数。

5）对贝氏体转变的影响Mn能显著地推迟高温转变，使过冷奥氏体等温转变的上下C曲线分离，显著降低贝氏体相变温度，提高钢的淬透性；Cr、Mo对贝氏体转变推迟作用低于珠光体转变；Mo和Mn扩大了CCT曲线的贝氏体相变区，降低Ar3并延迟γ/α相变，促进了针状铁素体，抑制了多边形铁素体的形成。

Si、Al可以抑制碳化物的析出，并降低Bs转变点；3贝氏体钢3.1贝氏体钢发展现状Irvine和Pickering等人于20世纪50年代开发出正火状态可获得贝氏体组织的Mo-B贝氏体钢；方鸿生等人于20世纪70年代开发出在正火状态获得贝氏体组织的Mn-B贝氏体钢。

康沫狂等人在Mo-B系贝氏体钢的基础上减少Mo的加入量，取消B，加入一定量Si抑制贝氏体中碳化物析出，开发出由贝氏体、铁素体和富碳的膜状残余奥氏体组成的Mn-Si-Mo系贝氏体钢。

国家科委先后将这些新型空冷贝氏体钢技术列为科技成果重点推广项目，大力推广。

3.2低碳粒状贝氏体钢铁素体和M/A岛状物构成的混合组织称为粒状贝氏体。

通常钢中有该组织，韧性较差，被认为是有害组织，应避免。

但通过控制小岛数量和分布，可得到强韧性好的低碳粒状贝氏体钢。

应用：采煤机截齿、矿用圆环链、重型钎杆、高强度抽油杆。

贝氏体钢牌号：B71、准贝氏体钢BZ-30、BZ-15、BZ-180、BZ-11；国外矿用圆环链采用高强度低碳低合金钢，如日本的23MnCrNiMo、美国的SAE820、英国的BZ2722。

12Mn2VB锻轧后空冷，ζ0.2≥500MPa，ζb>800MPa，δ5≥14％，ψ>40％，Akv≥50J/cm2。

锻轧、空冷、300℃回火，强韧性好，达到中碳钢的水平。

12Mn2VB 贝氏体钢、桥6号贝氏体钢作为汽车前桥、连杆等调质件，原材料为45、42CrMo。

应用：HL级非调质低碳Mn-B系粒状贝氏体高强度抽油杆，原材料为20CrMo 调质钢。

3.3超细组织空冷贝氏体钢通过成分的合理控制和冷却制度的优化，采用微合金变质处理，使γ晶粒尺寸显著减小，碳化物弥散分布，加入少量或微量Mo，形成隐晶或细针状贝氏体钢。

以Mn、Si作为主要合金元素并添加微量元素组成，得到的显微组织为贝氏体、马氏体、碳化物和残余奥氏体；经回火处理后，消除了组织中部分残余应力，组织明显细化。

低碳空冷贝氏体钢：0.15-0.25C、0.7-1.5Mn、0.5-1.5Si、0.5-0.6Cr、0.3-0.8Mo、0.02Re。

920℃奥氏体化后，正火。

得到贝氏体和少量的铁素体组织。

冲击韧性和硬度较好。

3.4微量合金化钢微量合金化钢是低合金高强度铸钢的一个新的发展。

目前，主要是钒、铌系和硼系微量合金化铸钢。

此外，稀土元素作为微量合金加入铸钢，在我国铸造成采用较为普遍。

国内外应用的钢种和性能有以下几种：1）06Mn2AlCuTi（铸）C≤0.06 Mn 1.8-2.0 Si≤0.20 P≤0.02 S≤0.03 Al 0.05-0.12 Cu 0.3-0.6 Ti 0.008-0.04；Rm 528 Re 453 A 31 Z 68.6 Aku170。

2）国外12MDV 6-M：0.10-0.15C, 0.57-0.60Si ,1.50-1.60Mn, 0.010Nb,0.05-0.10V, 0.2-0.4Mo；Re 447-550, Rm579-650, A 18-21, Z 44-55, Ak 40-60，HBS174；国外GS10MnMo64：0.06-0.08C, 0.4Si, 1.5-1.7Mn, 0.04Nb, 0.06V, 0.4Mo；Re400-580, Rm500-680, A16-22, Ak120。