第六章 贝氏体与钢的中温转变
马氏体与贝氏体转变异同点
马氏体与贝氏体转变有哪些异同点？（１）二者转变都有一个转变温度区，马氏体转变对应于M s~M f，贝氏体转变与B s~B f点。
（２）贝氏体转变可等温进行，而钢中马氏体转变是非恒温性的，即马氏体转变是在不断降温的条件下才能进行。
由此可见，马氏体转变量是温度的函数，而与等温时间无关。
（３）马氏体转变只有点阵改组而无成分的改变，如钢中的奥氏体转变为马氏体时，只是点阵由面心立方通过共格切变改组成体心立方（或体心正方），因而马氏体的成分与奥氏体的成分完全一样。
这种母相（奥氏体）以均匀切变方式转变为新相（马氏体）的转变称为无扩散型相变—现在各种合金中广泛地叫做马氏体转变。
此时钢中的铁、碳原子均无扩散，而贝氏体转变只有碳原子的扩散，而无铁原子和合金元素的扩散。
这种中温转变包含着两种不同机制的转变，贝氏体为两相混合物组织，而马氏体是单相组织。
（４）贝氏体中铁素体在形成时，与马氏体转变一样，在抛光面上均引起浮凸。
所不同的是马氏体浮凸呈“N”形，而贝氏体中铁素体的浮凸呈“V”形或“A”形。
贝氏体的晶体学特征，其中包括位向关系与惯习面等与马氏体接近。
（５）二者转变均存在不完全性，即转变不能进行到终了。
马氏体转变还具有可逆性，即快速反向加热不到Ａ1点发生逆转变珠光体、贝氏体和马氏体的组织和性能有什么区别？珠光体转变是奥氏体在过冷度不大的情况下发生的共析转变，C和金属原子都可以的扩散；珠光体组织是铁素体和碳化物的机械混合物，通常形态为层片装状碳化物加铁素体组织，其层片的厚度及完整程度主要取决于转变过冷度，在特殊情况下也生产碳化物也生产粒状，形成粒状珠光体。
马氏体转变是奥氏体快速冷却到马氏体转变点以下，发生切变，形成过饱和C的α-Fe固溶体，转变中C和金属原子都来不及扩散，由于过饱和的C使晶格发生畸变，钢在受力时位错运动受到阻碍，由此提高钢的强度。
贝氏体转变介于珠光体与马氏体转变之间，但目前对此转变的机制还存在争议，但在贝氏体转变中主要C可扩散，金属原子不发生扩散，根据奥氏体过冷度的不同和C扩散能力的不同等条件，生成各种形态贝氏体组织。
第6章 钢的过冷奥氏体转变图
曲线1～5 Mo含量增加
图6.10 Mo对共析钢IT图的影响
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图6.11 合金元素对IT图的影响
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2. 奥氏体化条件
钢奥氏体化时，奥氏体成分愈均匀，则奥氏
体转变的形核率就愈低，即过冷奥氏体的稳 定性愈大，使C曲线愈趋向右移。
加热温度偏低，保温时间不足，所获得的奥
3. 塑性变形
区)塑性形变对之有减缓作用，使形成贝氏体 孕育期延长；而低温(奥氏体亚稳区)塑性形 变对之有加速作用，则孕育期缩短。
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6.1.4 IT图的基本类型
(1) 珠光体转变与贝氏体转 变曲线部分重叠
碳钢或含非(或弱)碳 化物形成元素的低合金钢， 如钴钢、镍钢或锰含量较 低的锰钢。
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图6.16 金相－硬度法 测定CT图的原理
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通过观察金相组织和测量硬度，确定过 冷奥氏体转变的开始点和终了点温度。
再取另一些不同冷速的试样重复上述操 作，即可求得在各种规定冷却速度下的 转变开始点、某一定转变量的点以及转 变终了点。 把各种相同物理意义的点连接起来，就 可得到CT图。
氏体成分不均匀，有较多量未溶解的第二相 存在，将促进过冷奥氏体的分解，使C曲线 左移。
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原因：由于中温形变时将 原因：由于高温形变时将 在奥氏体中形成大量位错 无论在高温(指奥氏体稳定区)还是低温(指奥 在奥氏体晶粒中产生多边 而促进碳原子扩散，加之 氏体亚稳定区)下对奥氏体进行塑性形变，由 化亚结构，这在一定程度 奥氏体中一定的应力状态 于形变可促使碳和铁原子的扩散，因而将加 上破坏了晶粒取向的延续 有利于贝氏体的形核，从 性，使贝氏体转变时铁素 速珠光体的转变，使形成珠光体的孕育期缩 而加速了转变过程。 体的共格成长受到阻碍而 短； 减慢转变过程。 对贝氏体转变的影响表现为高温(奥氏体稳定
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 。
材料科学基础简答题和论述题
26.加工硬化的机制、限制、利弊 加工硬化机制：随塑性变形进行，位错密度增加，位错运动交割加 剧，产生固火效应，会软化 加工硬化利弊：①对于不能热处理强化的金属材料，是提高其强度 的重要手段；②材料加工成型的保证；③提高零件或构件的使用安 全性能；④变形阻力提高，脆断危险性提高，须用再结晶退火消除 27.残余应力 ①第一类内应力——宏观残余应力，由于工件不同部分的宏观变形不均匀性引起的，
少，可承受更大的变形量；
③晶粒越细，韧性提高，细晶材料中，应力集中小，裂纹不易产生；晶界多，裂纹不易传
播，在断裂过程中可吸收较多能量
15.霍尔-配奇公式适用性 s 0 Kd
1
2
①亚晶粒大小或片状两相组织层片间距与屈服强度的关系 ②塑性材料流变应力与晶粒大小的关系 ③脆性材料的脆断应力与晶粒大小的关系 ④金属材料的疲劳强度或硬度与晶粒大小之间的关系 ⑤纳米材料的强度与颗粒度之间的关系(很大范围内满足) 16.蠕变机制（恒压下，一定温度下，发生的缓慢而连续的塑性流变现象） ①回复蠕变，滑移受阻，加大应力，发生攀移，攀移后继续滑移，使回复过程充分进行 ②扩散蠕变，空位的移动造成的 ③晶界滑动蠕变，晶界上的原子容易扩散，受力后易产生滑动，促进蠕变进行
16. 细晶粒多晶体另一高温变形机制——空位扩散蠕变机制
①设多晶体中的四方晶粒 ABCD 受拉伸变形，则其受拉晶界 AB 和 CD 附近容易形成空位，空位浓度较高；而受压的晶界 AD 和 BC 附近形 成空位较困难，空位浓度较低。 ②晶粒内部存在的空位浓度梯度，使空位从高浓度的晶界 AB 和 CD 附近向低浓度的晶界 AD 和 BC 附近定向移动，而原子则发生反方向 的迁移，最终导致晶粒沿拉伸方向伸长。 17.固溶强化的影响因素，溶入溶质原子形成固溶体而使金属强度硬度升高的现象 ①溶质原子的原子分数越高，强化作用越大，原子分数很低时，强 化作用显著； ②溶质原子与基体金属的原子尺寸相差越大，强化作用越大； ③间隙型溶质原子比置换原子强化作用大； ④溶质原子与基体金属的价电子数相差越大，强化作用越大 18.固溶强化机制 ①溶质原子与位错的弹性交互作用、化学交互作用、静电交互作用 ②塑性变形时，位错运动改变了溶质原子在固溶体结构中以短程有 序或偏聚形式分布的状态，引起系统能量增高，增加了变形阻力 19.屈服现象的物理本质，应力达到一定值后，应力基本不变，应变急剧增长的现象 ①固溶体合金中的溶质原子或杂质原子与位错交互作用形成溶质原
金属工艺第5-7章答案
作业第六章钢的热处理一、名词解释1、钢的热处理—是采用适当的方式对金属材料或工件进行加热、保温和冷却，以获得预期的组织结构与性能的工艺。
2、等温冷却转变—工件奥氏体化后，冷却到临界点以下的某一温度区间等温保持时，过冷奥氏体发生的相变。
3、连续冷却转变—工件奥氏体化后，以不同冷速连续冷却时过冷奥氏体发生的相变。
4、马氏体—碳或合金元素在α—Fe中的过饱和固溶体。
5、退火—将工件加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。
6、正火—工件加热奥氏体化后在空气中冷却的热处理工艺。
7、淬火—工件加热奥氏体化后，以适当方式冷却获得马氏体或（和）贝氏体组织的热处理工艺。
8、回火—工件淬硬后，加热到Ac1以下的某一温度，保持一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。
9、表面热处理—为了改变工件表面的组织和性能，仅对其表面进行热处理的工艺。
10、真空热处理—在低于一个大气压（10-1～10-3Pa）的环境中加热的热处理工艺。
11、渗碳—为了提高工件表面碳的质量分数，并在其中形成一定的碳含量梯度，将工件在渗碳介质中加热、保温，使碳原子渗入的化学热处理工艺。
12、渗氮—在一定温度下，与一定介质中，使氮原子渗入工件表面的化学热处理工艺。
二、填空题1、整体热处理分为退火、正火、淬火和回火等。
2、表面淬火的方法有感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、接触电阻加热表面淬火、电解液表面淬火等。
3、化学热处理包括渗碳、渗氮、碳氮共渗和渗硼等。
4、热处理工艺过程由加热、保温和冷却三个阶段组成。
5、共析钢在等温转变过程中，其高温转变产物有： P(珠光体) 、 S(索氏体) 和 T(托氏体) 。
6、贝氏体分上贝氏体和下贝氏体两种。
7、淬火方法有：单液淬火、双液淬火、马氏体分级淬火和贝氏体等温淬火等。
8、常用的退火方法有：完全退火、球化退火和去应力退火等。
9、常用的冷却介质有油、水、空气等。
10、常见的淬火缺陷有过热与过烧、氧化与脱碳、硬度不足与软点、变形与开裂等11、感应加热表面淬火，按电流频率的不同，可分为高频感应加热、中频感应加热和工频感应加热三种。
3.4 贝氏体转变与等温淬火
3.6 贝氏体转变与钢的等温淬火钢经奥氏体化后过冷到C曲线中的珠光体和马氏体转变线之间的中温区域，将发生贝氏体转变亦称中温转变。
在贝氏体转变温度区域，铁原子已经难以扩散，而碳原子尚能扩散，其相变产物一般为铁素体+渗碳体的非层状组织，这种组织称为贝氏体。
贝氏体有上贝氏体、下贝氏体和粒状贝氏体多种。
其中下贝氏体具有非常好的综合性能，据此发展出了等温淬火工艺，并开发出贝氏体钢。
3.6.1 贝氏体转变基本特征贝氏体转变兼有马氏体转变和珠光体转变的某些特征。
1. 贝氏体转变有上、下限温度：贝氏体转变的上限温度用B s 表示， 下限温度用B f 表示。
奥氏体必须过冷到B s 点以下才能发生贝氏体相变， 必须冷却到B f 点以下才有可能完全转变为贝氏体，但通常贝氏体转变完全，且等温转变越靠近Bs 点，贝氏体转变量越少。
2. 转变产物为非层片状：贝氏体也是α相与碳化物组成的两相机械混合物，但贝氏体不是层片状组织，α相也不同于珠光体中的铁素体，而 是类似于马氏体（贝氏体铁素体）。
碳化物的分布随形成温度不同而异。
较高温度时形成上贝氏体，碳化物是渗碳体，分布在铁素体条之间；较 低温度形成下贝氏体，碳化物可以是渗碳体，也可以是碳化物，分布在 铁素体条内部。
3.贝氏体转变通过形核和长大的方式进行，可在一定稳定范围内等温形成，也可以在某一冷却速度范围内连续冷却转变。
贝氏体转变等温形成时需要一定的孕育期，其等温转变曲线也呈“C”字形。
4.贝氏体转变是扩散型相变，相变时有碳原子的扩散，但无铁和其他合金原子扩散，碳原子的扩散速度控制贝氏体相变速率并影响贝氏体的组织形貌。
5.贝氏体转变晶体学：母相奥氏体与新相铁素体（贝氏体铁素体）之间维持第二类共格（切变共格）关系，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。
3.6.2贝氏体的组织形态和性能贝氏体按金相组织形态来分，可分为上贝氏体，下贝氏体和粒状贝氏体。
1.上贝氏体：➢上贝氏体形成温度范围：上贝氏体在贝氏体转变区较高的温度范围形成，对于中、高碳钢，上贝氏体大约在550～350℃之间形成。
钢的热处理要点
１．３钢的热处理钢的热处理是指将钢在固态下进行加热、保温和冷却，以改变其内部组织，从而获得所需要性能的一种工艺方法。
热处理的目的是提高工件的使用性能和寿命。
还可以作为消除毛坯〔如铸件、锻件等〕中缺陷，改善其工艺性能，为后续工序作组织准备。
钢的热处理种类很多，根据加热和冷却方法不同，大致分类如下：钢在加热时的组织转变在Ｆｅ－Ｆｅ３Ｃ相图中，共析钢加热超过ＰＳＫ线〔Ａ１〕时，其组织完全转变为奥氏体。
亚共析钢和过共析钢必须加热到ＧＳ线〔Ａ３〕和ＥＳ线〔Ａｃｍ〕以上才能全部转变为奥氏体。
相图中的平衡临界点Ａ１、Ａ３、Ａｃｍ是碳钢在极缓慢地加热或冷却情况下测定的。
但在实际生产中，加热和冷却并不是极其缓慢的。
加热转变在平衡临界点以上进行，冷却转变在平衡临界点以下进行。
加热和冷却速度越大，其偏离平衡临界点也越大。
为了区别于平衡临界点，通常将实际加热时各临界点标为Ａｃ１、Ａｃ３、Ａｃｃｍ；实际冷却时各临界点标为Ａｒ１、Ａｒ３、Ａｒｃｍ，任何成分的碳钢加热到相变点Ａｃ１以上都会发生珠光体向奥氏体转变，通常把这种转变过程称为奥氏体化。
１．奥氏体的形成共析钢加热到Ａｃ１以上由珠光体全部转变为奥氏体第一阶段是奥氏体的形核与长大，第二阶段是剩余渗碳体的溶解，第三阶段是奥氏体成分均匀化。
亚共析钢和过共析钢的奥氏体形成过程与共析钢根本相同，不同处在于亚共析钢、过共析钢在Ａｃ１稍上温度时，还分别有铁素体、二次渗碳体未变化。
所以，它们的完全奥氏体化温度应分别为Ａｃ３、Ａｃｃｍ以上。
２．奥氏体晶粒的长大及影响因素钢在加热时，奥氏体的晶粒大小直接影响到热处理后钢的性能。
加热时奥氏体晶粒细小，冷却后组织也细小；反之，组织那么粗大。
钢材晶粒细化，既能有效地提高强度，又能明显提高塑性和韧性，这是其它强化方法所不及的。
〔１〕奥氏体晶粒度晶粒度是表示晶粒大小的一种量度。
（2〕、影响奥氏体晶粒度的因素1〕加热温度和保温时间：加热温度高、保温时间长，A晶粒粗大。
8.贝氏体转变和钢的等温淬火821
第八章贝氏体转变钢中的贝氏体转变是发生在珠光体转变和马氏体转变温度范围之间的中温转变。
它既不是珠光体那样的扩散型相变，也不是马氏体那样的无扩散型相变，而是“半扩散型相变”，即只有碳原子能够扩散，而铁原子及其他替换合金元素的原子难以扩散。
由于贝氏体相变具有过渡性，它既有珠光体分解的某些待征，又有马氏体相变的一些特点，因此是一个相当复杂的相变。
至今研究不够充分，且有激烈争论。
虽然我们对贝氏体相变了解得还很不够，但贝氏体相变在实际生产上得到了重要的应用。
因为在低温范围内，通过贝氏体相变所得的下贝氏体具有良好的综合力学性能，而且为获得下贝氏体组织所采取的等温淬火工艺或连续冷却工艺均可减少工件的变形和开裂。
因此，学习和研究贝氏体相变既具有理论意义，又有重要的实际应用价值。
8.1 贝氏体组织和性能贝氏体的组织形态随钢的化学成分及形成温度而异，贝氏体可以按组织形态的不同区分为无碳化物贝氏体、上贝氏体和下贝氏体及粒状贝氏体等。
另外由于目前对贝氏体的组织形态的划分还没有统一的标准，所以还有一些其他贝氏体形态的报道，这里仅就最主要的无碳化物贝氏体、上贝氏体和下贝氏体及粒状贝氏体的组织形态进行讨论。
8.1.1 无碳化物贝氏体无碳化物贝氏体有时也称BI型贝氏体，这种贝氏体在低碳低合金钢中出现几率较大。
当上贝氏体组织中只有贝氏体铁素体和残余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。
无碳贝氏体中的铁素体片条平行排列，其尺寸及间距较宽，片条间是富碳奥氏体，或是其冷却过程的产物。
往往在如下情况时出现。
(1)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。
(2)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，碳不断向奥氏体中扩散富集，使奥氏体趋于稳定而保留下来，形成无碳化物贝氏体。