焊接贝氏体转变机理
在焊缝金属连续冷条件下,焊缝金属首先凝固为体合立方的固溶体。然后随着焊缝金属温度的降低
开始发生固溶体的同素异晶转变,由体心立方转变成面心立方。当转变完成时,焊缝金属为单相奥氏体。焊缝金属继续冷却,当焊缝金属温度冷却至铁碳相图的GS或SE以下,奥氏体本应从面自立方的固溶体
转变为体心立方的固溶体,但此时并没有转变,而是形成了过冷奥氏体
过冷奥氏体温度继续降低,对于碳钢和含有不形成碳化物元素的钢中,贝氏体和珠光体转变”C”,曲
线是重叠的 (如图2-2)。在曲线重叠的温度范围内两种转变都可以发生。只是在较高温度时珠光体将首先进行,而在较低温度时则贝氏体转变将先于珠光体。和不形成碳化物元素相反,钢中有碳化物形成元素存在时,将导致珠光体移向高温,同时又降低贝氏体转变的温度范围。因此随着这些元素含量的增加,使得两组“C”曲线逐渐分离 (如图2-3)。如果连续冷却速度恰好避开珠光体转变或添加其他一些有利于形成贝氏体组织的合金元素避免珠光体转变。
焊缝中的贝氏体转变也是一个形核与长大的过程:贝氏体转变和珠光体相似,也是一个相分解为两
个相的过程,贝氏体转变需要一定的孕育期。在孕育期内,由于碳在奥氏体中重新分布,造成浓度起伏,随着过冷度增大,奥氏体成分越来越不均匀,因而有可能形成贫碳区和富碳区,在碳含量较低的部位首
先形成铁素体晶核。上贝氏体中铁素体晶核一般优先在奥氏体晶粒内形成。铁素体形核后,当浓度起
伏合适且晶核尺寸超过临界尺寸时便开始长大,在其长大的同时,过饱和的碳从铁素体向奥氏体中扩散,并于铁素体中间或在铁素体内析出碳化物。因而贝氏体长大速度受到碳的扩散所控制。通常上贝
氏体的长大速度取决于碳在奥氏体中的扩散。
粒状贝氏体的形成温度一般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）以下
的温度范围内。析出贝氏体铁素体后,由于碳通过相界部分的扩散至奥氏体内,使奥氏体富碳不均匀,
不再转变为铁素体。这些奥氏体区域一般如孤岛（粒状或长条状）分布在铁素体机体上,粒状贝氏体
内的奥氏体岛继续冷却或等温,视奥氏体内的成分及冷却条件,可能有不同程度的转变或分解。当岛内奥氏体在冷却过程中部分的转变为马氏体时,岛内就成为奥氏体和马氏体的混合组织（通常称为M-A
组织）。岛内奥氏体也可能部分的分解为铁素体和渗碳体。因此从粒状贝氏体组织组成物来说,一般
认为它由大块状或针状铁素体和被它包围的岛状物所构成的混合物（粒状贝氏体组织可认为是上贝氏体相变的一种)。
粒状贝氏体转变过程中也可能析出碳化物,包围在铁素体内的岛状物无论是形态或是大小都极不
一致,有的呈条形,有的呈颗粒形。岛状物在铁素体内的分布大都具有不同程度的方向性,在一个原奥
氏体晶粒内,这种方向性可能出现几个取向。这些岛状物为富碳的组成物,它不外乎是:(l)单一的高碳马氏体或残余奥氏体;(2)马氏体和残余奥氏体的混合物;(3)部分或全部是铁素体和碳化物的混合物。至于岛状物究竟属于哪一种或哪几种并存,则取决于焊缝的成分和冷却速度。
在焊接时,希望焊缝组织的各项物理化学性能基本与被焊材料匹配,金相组织能够一致。被焊材质
为粒状贝氏体组织,因而试验希望焊缝金相组织也要为粒状贝氏体。在金属冷却时由面心立方的奥氏
体转变为体心立方的固溶体的过程中,可以通过两种途径来获得贝氏体:
1.控制焊缝的冷却速度:钢在珠光体转变温度以下、马氏体转变温度以上的温度范围内,过冷奥
氏体将发生贝氏体转变。通过加快焊缝金属冷却速度避开奥氏体向珠光体转变的温度区域,
然后等温保温,使不进入马氏体组织转变的温度区域,而得到贝氏体。
2.改变C-曲线位置:在金属中加入碳化物形成元素,合金元素有可能使C一曲线发生改变,使珠
光体的转变移向高温区,这样在焊接过程连续冷却下,也可能避开珠光体转变得到粒状贝氏
体组织。
焊接条件下,焊件的冷却速度很难控制。因而,本论文通过在焊缝金属中加入合金元素(合金化)来得到贝氏体组织。试验中使用的焊条为自制的贝氏体专用焊条,焊接药皮中加入了以铁合金或纯金属形式存在的有利于贝氏体转变的合金元素。
本试验采用自制贝氏体焊条进堆焊，此焊条含有铬、硅、钼、镍、锰、硼和钒等合金元素，这些合金元素的存在要影响组织的转变，其作用如下：
铬：对降低 Bs 转变点作用较强，对降低 Ms 转变点作用较弱。铬对贝氏体相变 C曲线影响较大，能提高贝氏体淬透性和强度。
硅：可起到固溶强化作用，降低 BS转变点并使贝氏体相变 C 曲线右移；能抑制过冷奥氏体分解，从而促进贝氏体一铁素体间富碳奥氏体膜和(M-A)岛状组织的形成。
钼：对降低 Bs 转变点作用较强，对降低 Ms 转变点作用较弱，能使铁素体-珠光体转变大大推迟，并使铁素体-珠光体与贝氏体“C”曲线分开，但对贝氏体转变的推迟作用却不明显。Mo 含量大于 0.2%时便使下临界冷速(与铁素体析出相切的冷速)降低；含量在 0.2%～0.4%时作用己十分显著，当含量大于 0.6%时，这种影响减小。
镍: 对降低 Bs 转变点作用较强，能提高钢的强度及韧性，是获得高冲击韧性必不可少的合金元素。
锰：对降低 Bs 转变点作用较强，对降低 Ms 转变点作用较弱；能控制贝氏体相转变曲线，并提高贝氏体淬透性及贝氏体焊缝的强度。
硼：强烈抑制多边形先共析铁素体转变而不抑制贝氏体转变，影响等温相变曲线，但熔炼中加入量难以控制。
钒：可以起到细化晶粒的作用，能显著地改善低合金钢的焊接性能。
比较贝氏体转变与珠光体转变和马氏体转变的异同
试比较贝氏体转变与珠光体转变和马氏体转变的异同
一．组织形态： 1.珠光体： 珠光体的组织形态特征： 珠光体的典型组织特征是由一层铁素体和一层渗碳体交替平行堆叠而形成的双相组织。根据片层间距的不同，可将珠光体分为三种： 珠光体：S0=450-150nm，形成温度为A1－650℃，普通光学显微镜可以分辨。 索氏体：S0=150-80nm，形成温度为650－600℃，高倍光学显微镜可以分辨。 屈氏体：S0=80-30nm，形成温度为600－550℃，电子显微镜可以分辨。 铁素体基体上分布着粒状渗碳体的组织为粒状珠光体。这种组织一般是通过球化退火或淬火后高温回火得到的。 在珠光体转变过程中，所形成的珠光体中的铁素体与母相奥氏体具有一定的晶体学位向关系。珠光体中，铁素体与渗碳体之间存在一定的晶体学位向关系。 2.马氏体： 马氏体的组织形态： ○1.板条马氏体是低、中碳钢中形成的一种典型马氏体组织，其形貌特征可描述如下：在一个原奥氏体晶粒部有几个（3－5个）马氏体板条束，板条束间取向随意；在一个板条束有若干个相互平行的板条块，块间是大角晶界；在一个板条块是若干个相互平行的马氏体板条，板条间是小角晶界。马氏体板条存在大量的位错，所以板条马氏体的亚结构是高密度的位错和位错缠结。板条状马氏体也称为位错型马氏体。 ○2.片状马氏体是中、高碳钢中形成的一种典型马氏体组织，其形貌特征可描述如下：在一个原奥氏体晶粒部有许多相互有一定角度的马氏体片。马氏体片的空间形态为双凸透镜状，横截面为针状或竹叶状。在原奥氏体晶粒中首先形成的马氏体片贯穿整个晶粒，将奥氏体晶粒分割，以后陆续形成的马氏体片越来越小，所以马氏体片的尺寸取决于原始奥氏体晶粒的尺寸。 片状马氏体的形成温度较低，在马氏体片的周围往往存在着残余奥氏体。 片状马氏体的部亚结构主要是孪晶。当碳含量较高时，在马氏体片中可以看到中脊，中脊面是密度很高的微孪晶区。 马氏体片形成时的相互撞击，马氏体片中存在大量的纤维裂纹。 3.贝氏体： 贝氏体的组织形态： ○1.上贝氏体 上贝氏体形成于贝氏体转变区较高温度围，中、高碳钢大约在350-550℃形成。为成束分布、平行排列的条状铁素体和夹于其间的断续条状渗碳体的混合物。多在奥氏体晶界形核，自晶界的一侧或两侧向晶长大，具有羽毛状特征。 上贝氏体中铁素体的亚结构是位错，其密度比板条马氏体低2－3个数量级，随形成温度降低，位错密度增大。随碳含量增加，上贝氏体中铁素体条增多、变薄，渗碳体数量增多、变细。随转变温度降低，上贝氏体中铁素体条变薄，渗碳体细化。上贝氏体中铁素体条间还可能存在未转变的残余奥氏体。 ○2.下贝氏体 下贝氏体形成于贝氏体转变区较低温度围，中、高碳钢大约在350℃-Ms之间温度形成。
相变原理作业和答案
第一章奥氏体 1.简述奥氏体的形成机理？详述奥氏体化过程的几个阶段？ 机理：晶格改组和碳原子的重新分布，是通过原子扩散来实现的。阶段： ①A的形核②A的长大③A中残余碳化物的溶解④A的均匀化 2.为什么亚共析钢在加热过程中也会有残余碳化物的形成？ 随着温度的升高，长大速度比n>7.5时，就会有残余碳化物产生 3详述影响奥氏体形成动力学的因素？（形成动力学即指形成速度） 1.加热温度T越高A形成速度越快 2.钢的原始含碳量C%越高A形成速度越快 3.原始组织越细A形成速度越快 4.加热速度越快A形成速度越快 5.合金元素存在即减弱A形成速度。（①影响临界点:降低临界点的加速，提高的减速②影响C元素的扩散，阻止C扩散的减速，加速碳扩散的加速③自身扩散不易，使A形成速度降低） 4.什么是起始晶粒度，实际晶粒度，本质晶粒度和他们的决定因素？ 起始晶粒度：指P刚刚转变为A时，A的晶粒大小。影响因素：形核率和长大速度之比，n∝于N/V，N↑或V↓，起始晶粒↓。 实际晶粒度：实际生产或实验条件下得到A晶粒的大小。影响因素：加热和保温条件；钢的质量。 本质晶粒度：表示在一定条件下某种钢中奥氏体晶粒长大的倾向。规定：将钢加热到930℃±10℃保温3-8小时后测得的A晶粒的大小。决定因素：炼钢工艺 5.详述影响奥氏体晶粒长大的因素？ 答：1.加热温度和保温时间：温度越高长大越容易，时间越长长大越充分。温度主要影响。 2.加热速度：加热速度越高A转变温度越高。形核率和长大速度越高，晶粒越细小 3.含碳量：一定温度下C%越高越容易长大，超过一定C%晶粒会越细小。 4.合金元素：于C 形成强或中碳化物的元素抑制长大，P,O,Mn等促进，Ni,Si无影响。 5.原始组织：原始组织越细A晶粒越细，不利于长大。 6 40钢和40Cr钢相比，哪个钢需要更长的奥氏体化时间？ 40Cr钢需要更长的奥氏体化时间。原因:Cr可以提高临界点，使A形成速度下降。Cr有很强的金属性，组织C的扩散，使A形成速度下降。合金元素本身扩散不易，导致A形成速度下降，则奥氏体化时间变长。中碳化物，阻止A晶粒长大倾向中等 7什么是奥氏体的稳定化现象？说明其产生的原因？ A的内部结构在外界条件的影响下发生的某种转变而使A向M转变迟缓的现象。 A稳定化的机理：热稳定化和机械稳定化 原因：①热稳定化：由于淬火冷却缓慢或冷却过程中停留导致A稳定化。②机械稳定化：由于M的产生，造成未转变的A的稳定化 第二章珠光体 1什么是珠光体片层间距？ 一片铁素体F和一片渗碳体的厚度之和，用S0表示，表征着P的弥散度，S0决定P的性能。影响因素：①过冷度△T（最直接）S0∝1/△T；②Me影响临界点，使临界点Ar1↓者使S0↑；③A晶粒度，影响P晶粒大小。 2珠光体类型组织有哪几种？它们在形成条件，组织形态和性能方面有哪些不同？ 根据片层间距S0的不同可分为珠光体、索氏体、屈氏体；按Fe3C的形状分为片状P和粒状P两种。 ①片状P渗碳体呈片状，是由A以接近平衡的缓慢冷却条件下形成的渗碳体和F组成的片层相间的机械混合物，还可以细分为珠光体P，索氏体S和屈氏体T。性能主要取决于层片间距S0，强度和硬度随S0减小而增加，S0越小则强度、硬度升高，塑性先好后差。②粒状P是渗碳体呈粒状分布在连续的F基体上，可由过冷A直接分解而成，也可由片状P球化而成。还可由淬火组织回火而成，于片状P相比，硬度强度较低但塑性和韧性较好。 3片状和粒状P的转变机理？ 片状是形核长大的过程，有先共析相，（亚共析钢为F，过为Fe3C），在A晶界和相界处形核，交替长大。粒状是由片状P球化退火产生。 4说明亚共析钢和过共析钢的珠光体转变产物的先共析相的形态及其性能特点？
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。 45钢退火：铁素体＋珠光体；45钢正火：铁素体＋珠光体；45钢淬火：马氏体； 45钢回火：回火马氏体（低温回火），回火屈氏体（中温回火），回火索氏体（高温回火）。 比较共析钢过冷奥氏体等温转变曲线图和连续转变曲线图的异同点 1.等温转变在整个转变温度范围内都能发生，只有孕育期有长短；但是连续冷却转变却有所谓不发生转变的 温度范围。 https://www.360docs.net/doc/9f16840328.html,T图比TTT图向右下方移动，说明连续冷却发生在更低的温度和需要更长的时间。 3.共析碳素钢和过共析碳素钢在连续冷却转变中不出现贝氏体转变，只发生珠光体分解和贝氏体相变2.钢的过冷奥氏体等温转变曲线的开始温度和终了温度曲线像英文字母C，它描述了奥氏体在等温转变过程中，不同温度和保 温时间下的析出物的规律，称为C曲线或者TTT曲线，而连续冷却曲线是各种不同冷速下，过冷奥氏体转变开始和转变终了温度和时间的关系简称连续冷却转变图或者CCT图。 3.相同点是二者均是过冷奥氏体的转变图解，前者是在一定温度下的等温转变，后者是以一定的冷却速度时的连续转变，二者 在本质上是一致的，转变过程和转变产物的类型基本相互对应。 4.二者的区别在于冷却条件的不同，其显著的区别主要有： 5.一，连续冷却时，过冷奥氏体是在一个温度范围内完成组织转变的，其组织的转变很不均匀，先转变的组织较粗，而后转变 的组织较细，往往得到几种组织的混合物。 6.二，共析钢连续冷却时，只有珠光体的转变而无贝氏体的转变。原因在于当冷却速度缓慢时，过冷奥氏体将全部转变为珠光 体，当冷却速度过快时，则过冷奥氏体在中温区停留时间还未达到贝氏体转变的孕育区，已经降到Ms点开始转变为马氏体。 7.
珠光体、贝氏体、马氏体转变对比
一、组织形态 1、珠光体的组织形态 共析碳钢加热到均匀的的奥氏体化状态后缓慢冷却，稍低于温度将形成珠光体组织， 为铁素体和渗碳体的机械混合物，其典型形态呈片状或层状。 片状珠光体是由一层铁素体与一层渗碳体交替堆叠而成。片状珠光体组织中，一对铁素体和渗碳体片的总厚度，称为“珠光体片层间距”。 工业上所谓的片状珠光体，是指在光学显微镜下能够明显看出铁素体与渗碳体呈层状分布的组织形态，其片层间距约在0.150.45之间。 透射电镜观察表明，在退火状态下，珠光体中的铁素体位错密度小，渗碳体中的位错密度更小，片状珠光体中铁素体与渗碳体两相交界处的为错密度高，在每一片铁素体中还有亚晶界，构成许多亚晶粒。 工业用钢中，也可以见到铁素体基体上分布着粒状渗碳体组织，称为“粒状珠光体”或“球状珠光体”，一般是经球化退火处理后获得的。 2、马氏体的组织形态 a、板条状马氏体 板条状马氏体是低、中碳钢，马氏体时效钢，不锈钢等铁系合金中形成的一种典型的马氏体组织。因其显微组织是由许多成群的板条组成，故称为板条状马氏体。又因为这种马氏体的亚结构主要为位错，通常也称它为位错型马氏体。 板条状马氏体的显微组织（如图所示），其中A为板条束，成不规则形状，尺寸约为20—35μm，是由若干单个马氏体板条所组成。一个板条束又可分成几个平行的像图中B那样的区域，呈块状。块界长尺寸方向与板条马氏体边界平行，块间成大角晶界。每个块由若干板条组成，每一个板条为一个单晶体。板条具有平直的界面，并接近于奥氏体的，为其惯习面，相同惯习面的变体平行排列构成板条束。现已确定这些稠密的板条被连续的高度变形的残余奥氏体薄膜（）所隔开。 相邻板条一般以小角晶界相间，也可成孪晶关系，成孪晶关系时条间无残余奥氏体。 透射电镜观察证明，板条马氏体有高密度位错。有时也会有部分相变孪晶存在，但为局部的，数量不多。 板条状马氏体的显微组织构成随钢和合金的成分变化而改变。在碳钢中，当碳含量小于0.3%时，原始奥氏体晶粒板条束及束中块均很清楚；碳含量在0.30.5%，板条束清楚，块不清楚；碳含量升高到0.60.8时，板条混杂生成的倾向性很强，无法辨识束和块。 b、片状马氏体 铁系合金中出现的另一种典型的马氏体组织是片状马氏体，常见于淬火高、中碳钢及高Ni 的Fe-Ni合金中。其空间形态成双透镜片状,所以也称之为“透镜片状马氏体”。因其与试样磨片相截而在显微镜下呈现为针状或竹叶状，故又称为“针状之称马氏体”或“竹叶状马氏体”。片状马氏体的亚结构主要为孪晶，因此又有“孪晶型马氏体”。片状马氏体的显微组织为片间不相互平行。 片状马氏体常能见到有明显的中脊，而且体存在许多相变孪晶。相变孪晶的存在是片状马
珠光体、贝氏体、马氏体转变对比
主要异 同点 相变类型 珠光体转变贝氏体转变马氏体转变 转变温度范围 高温转变 （A r1～500℃） 中温转变 （500℃～M s） 低温转变 （M s以下） 扩散性具有碳原子和铁原 子的扩散 碳原子扩散，而铁原子 不扩散 无扩散 生核、长大与领先相生核、长大，一般 以渗碳体为领先相 生核、长大，一般以铁 素体为领先相 生核、长大 共格性无共格性具有共格性，产生表面 浮凸现象 具有共格性，产生表面浮 凸现象 组成相 两相组织 γ-Fe(C)→α-Fe(C) ＋F e 3C 两相组织 γ-Fe(C)→α-Fe (C) ＋F e 3C （约350℃以上） γ-Fe(C)→α-Fe(C) ＋F e x C（约350℃以下） 单相组织 γ-Fe(C)→α-Fe(C) 合金元素的分布合金元素扩散重新 分布 合金元素不扩散合金元素不扩散
一、组织形态 1、珠光体的组织形态 共析碳钢加热到均匀的的奥氏体化状态后缓慢冷却，稍低于温度将形成珠光体组织， 为铁素体和渗碳体的机械混合物，其典型形态呈片状或层状。 片状珠光体是由一层铁素体与一层渗碳体交替堆叠而成。片状珠光体组织中，一对铁素体和渗碳体片的总厚度，称为“珠光体片层间距”。 工业上所谓的片状珠光体，是指在光学显微镜下能够明显看出铁素体与渗碳体呈层状分布的组织形态，其片层间距约在0.150.45之间。 透射电镜观察表明，在退火状态下，珠光体中的铁素体位错密度小，渗碳体中的位错密度更小，片状珠光体中铁素体与渗碳体两相交界处的为错密度高，在每一片铁素体中还有亚晶界，构成许多亚晶粒。 工业用钢中，也可以见到铁素体基体上分布着粒状渗碳体组织，称为“粒状珠光体”或“球状珠光体”，一般是经球化退火处理后获得的。 2、马氏体的组织形态 a、板条状马氏体 板条状马氏体是低、中碳钢，马氏体时效钢，不锈钢等铁系合金中形成的一种典型的马氏体组织。因其显微组织是由许多成群的板条组成，故称为板条状马氏体。又因为这种马氏体的亚结构主要为位错，通常也称它为位错型马氏体。 板条状马氏体的显微组织（如图所示），其中A为板条束，成不规则形状，尺寸约为20—35μm，是由若干单个马氏体板条所组成。一个板条束又可分成几个平行的像图中B那样的区域，呈块状。块界长尺寸方向与板条马氏体边界平行，块间成大角晶界。每个块由若干板条组成，每一个板条为一个单晶体。板条具有平直的界面，并接近于奥氏体的，为其惯习面，相同惯习面的变体平行排列构成板条束。现已确定这些稠密的板条被连续的高度变形的残余奥氏体薄膜（）所隔开。 相邻板条一般以小角晶界相间，也可成孪晶关系，成孪晶关系时条间无残余奥氏体。 透射电镜观察证明，板条马氏体内有高密度位错。有时也会有部分相变孪晶存在，但为局部的，数量不多。 板条状马氏体的显微组织构成随钢和合金的成分变化而改变。在碳钢中，当碳含量小于0.3%时，原始奥氏体晶粒内板条束及束中块均很清楚；碳含量在0.30.5%，板条束清楚，块不清楚；碳含量升高到0.60.8时，板条混杂生成的倾向性很强，无法辨识束和块。 b、片状马氏体 铁系合金中出现的另一种典型的马氏体组织是片状马氏体，常见于淬火高、中碳钢及高Ni 的Fe-Ni合金中。其空间形态成双透镜片状,所以也称之为“透镜片状马氏体”。因其与试样磨片相截而在显微镜下呈现为针状或竹叶状，故又称为“针状之称马氏体”或“竹叶状马氏体”。片状马氏体的亚结构主要为孪晶，因此又有“孪晶型马氏体”。片状马氏体的显微组织为片间不相互平行。 片状马氏体常能见到有明显的中脊，而且体内存在许多相变孪晶。相变孪晶的存在是片状
比较贝氏体转变与珠光体转变和马氏体转变的异同
比较马氏体贝氏体珠光体转变的异同 一．组织形态： 1.珠光体： 珠光体的组织形态特征： 珠光体的典型组织特征是由一层铁素体和一层渗碳体交替平行堆叠而形成的双相组织。根据片层间距的不同，可将珠光体分为三种： 珠光体：S0=450-150nm，形成温度为A1－650℃，普通光学显微镜可以分辨。 索氏体：S0=150-80nm，形成温度为650－600℃，高倍光学显微镜可以分辨。 屈氏体：S0=80-30nm，形成温度为600－550℃，电子显微镜可以分辨。 铁素体基体上分布着粒状渗碳体的组织为粒状珠光体。这种组织一般是通过球化退火或淬火后高温回火得到的。 在珠光体转变过程中，所形成的珠光体中的铁素体与母相奥氏体具有一定的晶体学位向关系。珠光体中，铁素体与渗碳体之间存在一定的晶体学位向关系。 2.马氏体： 马氏体的组织形态： ○1.板条马氏体是低、中碳钢中形成的一种典型马氏体组织，其形貌特征可描述如下：在一个原奥氏体晶粒内部有几个（3－5个）马氏体板条束，板条束间取向随意；在一个板条束内有若干个相互平行的板条块，块间是大角晶界；在一个板条块内是若干个相互平行的马氏体板条，板条间是小角晶界。马氏体板条内存在大量的位错，所以板条马氏体的亚结构是高密度的位错和位错缠结。板条状马氏体也称为位错型马氏体。 ○2.片状马氏体是中、高碳钢中形成的一种典型马氏体组织，其形貌特征可描述如下：在一个原奥氏体晶粒内部有许多相互有一定角度的马氏体片。马氏体片的空间形态为双凸透镜状，横截面为针状或竹叶状。在原奥氏体晶粒中首先形成的马氏体片贯穿整个晶粒，将奥氏体晶粒分割，以后陆续形成的马氏体片越来越小，所以马氏体片的尺寸取决于原始奥氏体晶粒的尺寸。 片状马氏体的形成温度较低，在马氏体片的周围往往存在着残余奥氏体。 片状马氏体的内部亚结构主要是孪晶。当碳含量较高时，在马氏体片中可以看到中脊，中脊面是密度很高的微孪晶区。 马氏体片形成时的相互撞击，马氏体片中存在大量的纤维裂纹。 3.贝氏体： 贝氏体的组织形态： ○1.上贝氏体 上贝氏体形成于贝氏体转变区较高温度范围，中、高碳钢大约在350-550℃形成。为成束分布、平行排列的条状铁素体和夹于其间的断续条状渗碳体的混合物。多在奥氏体晶界形核，自晶界的一侧或两侧向晶内长大，具有羽毛状特征。 上贝氏体中铁素体的亚结构是位错，其密度比板条马氏体低2－3个数量级，随形成温度降低，位错密度增大。随碳含量增加，上贝氏体中铁素体条增多、变薄，渗碳体数量增多、变细。随转变温度降低，上贝氏体中铁素体条变薄，渗碳体细化。上贝氏体中铁素体条间还可能存在未转变的残余奥氏体。
思考题-材料学院
第一章 1. 基本概念：固态相变、平衡转变、非平衡转变、同素异构转变、多形性转变、共析转变、包析转变、平衡脱溶、调幅分解、伪共析转变、不平衡脱溶、扩散型相变、无扩散性相变、一级相变、二级相变、均匀形核、非均匀形核、形核率。 2. 固态相变的驱动力是什么？哪些因素构成相变的阻力？ 3. 晶体缺陷对固态相变形核有何影响？ 4. 扩散型相变和无扩散型相变各有哪些特征？ 5. 晶粒长大的驱动力是什么？晶粒长大时晶界移动方向与晶核长大时的界面移动方向有何不同？为什么？ 第二章 1. 什么是奥氏体？ 2. 说明共析钢奥氏体的形成过程。为什么铁素体先消失，部分渗碳体未溶解完毕？ 3. 说明临界点A1、A3、Acm与加热、冷却过程中的临界点之间的关系。 4. 说明亚共析钢、过共析钢加热时的相变过程。 5. 为了获得均匀奥氏体，在相同奥氏体加热温度下，是原始组织为球状珠光体的保温时间短，还是细片状珠光体保温时间短？ 6. 连续加热时形成奥氏体的转变有何特点？ 7. 简述奥氏体的形核地点。 8. 何谓晶粒，晶粒为什么会长大，细化奥氏体晶粒的措施是什么？ 9. 何谓混晶，为什么会出现混晶，如何控制？ 第三章 1. 何谓钢中的珠光体？ 2. 什么是珠光体的片间距，影响其的因素有哪些？ 3. 过冷奥氏体在什么条件下形成粒状珠光体？ 4. 说明共析钢C曲线各个区、各条线的物理意义，并指出影响C曲线位置的主要因素？ 第四章 1. 概念：马氏体，马氏体相变，惯习面。
2. Ms点的物理意义是什么，影响Ms的主要因素有哪些？ 3. 理解马氏体相变时自由能变化及各项能量的物理意义。 4. 马氏体相变的主要特征是什么？ 5. 简述钢中马氏体的晶体结构、典型形貌和亚结构。 6. 马氏体中的位向关系有哪些？ 7. 淬火马氏体显微裂纹的产生原因是什么？ 第五章 1.概念：贝氏体，贝氏体相变，无碳贝氏体，粒状贝氏体，羽毛状贝氏体，魏氏组织。 2. 理解贝氏体相变的过渡性。 3. 贝氏体相变与珠光体共析分解有哪些区别？ 4. 简述典型的上贝氏体和下贝氏体的组织形貌和亚结构。 5. 某钢的等温转变曲线如左图所示，试说明该钢在300℃经不同时间等温后，按（a）、（b）、（C）线冷却以后的组织。 6. 下图为某低碳合金钢的TTT图，试说明图中各冷却曲线（V1，V2，V3）下发生什么转变，得到什么组织？
【热处理原理与工艺】比较贝氏体转变、珠光体转变和马氏体转变
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 热处理工艺与原理 课程名称：热处理工艺与原理 题目：比较贝氏体转变、珠光体 转变和马氏体转变的异同院系：材料科学与工程 班级：1219001班 设计者：缪克松 学号：1121900133 设计时间：2015.04.20 哈尔滨工业大学
一、产物组成与晶体结构 在三种相中都由铁素体与渗碳体组成，其中铁素体为体心立方结构，渗碳体为复杂斜方结构。马氏体相中由于碳原子的分布使铁原子排布成体心正方结构（要求碳含量大于0.25%）。 在三种相中， 碳化物含量：珠光体>贝氏体>马氏体。 二、分类 依据组织形貌每种相中有不同的划分， 珠光体可分为珠光体、贝氏体、屈氏体。 贝氏体可分为上贝氏体、下贝氏体、粒状贝氏体、无碳化物贝氏体、柱状贝氏体、反常贝氏体、BⅢ贝氏体等。 马氏体可分为板条状马氏体、片状马氏体、蝶状马氏体、薄片状马氏体、ε马氏体等。 三、转变类型及温度 珠光体转变是扩散型转变，马氏体转变是非扩散型转变，贝氏体转变既有扩散型相变特点，又有非扩散型相变特点。 珠光体转变温度最高，此温度下碳原子和铁原子都能够发生扩散。贝氏体转变温度其次，此温度下碳原子可以扩散，铁原子不可以扩散。马氏体转变温度最低，此温度下碳原子和铁原子都不能扩散。 四、热力学条件 在三种转变之中，相变的驱动力都是体系自由能的下降。 珠光体转变是准平衡相变，其过程可以用铁碳平衡相图来分析，阻力并不明显。 马氏体转变是非平衡相变，转变阻力包括界面能和界面弹性应变能，由于过程为共格切变，界面能很小。由于新相和母相共格，同时具有体积效应，导致具有极大的界面弹性应变能。因此马氏体相变需要很大的过冷度来提高体系自由能差从而克服阻力。 贝氏体相变介于马氏体相变和珠光体相变之间，一方面，在贝氏体相变时，碳在奥氏体中发生预先扩散，重新分布。由于碳的扩散，降低了形成贝氏体中铁素体的碳含量，使铁素体的自由能降低，增大了新旧两相的自由能差，提高了相变驱动力。另一方面，碳原子从奥氏体中析出，使奥氏体中出现贫碳区，降低了切变阻力，使切变可以在较高温度发生。 五、动力学 三种相变经历形核长大过程。 珠光体转变和贝氏体相变都符合扩散型相变特点，具有孕育期，转变量-时间曲线符合S曲线特征，等温转变图像具有C曲线特征。 马氏体相变是非扩散型相变，转变速度极大，温度使能量条件满足后瞬间形核，瞬间长大，因此马氏体转变量是温度的函数，没有孕育期，与在某一温度的停留时间无关。
比较贝氏体转变与珠光体转变和马氏体转变的异同
试比较贝氏体转变与珠光体转变与 马氏体转变得异同 一.组织形态: １.珠光体: 珠光体得组织形态特征: 珠光体得典型组织特征就是由一层铁素体与一层渗碳体交替平行堆叠而形成得双相组织。 根据片层间距得不同,可将珠光体分为三种: 珠光体:S0=450-150nm,形成温度为A1—６50℃,普通光学显微镜可以分辨、 索氏体:S0=15０-８0nm,形成温度为６50－６00℃,高倍光学显微镜可以分辨。 屈氏体:S0=80－３0nｍ,形成温度为60０－550℃,电子显微镜可以分辨。 铁素体基体上分布着粒状渗碳体得组织为粒状珠光体。这种组织一般就是通过球化退火或淬火后高温回火得到得。 在珠光体转变过程中,所形成得珠光体中得铁素体与母相奥氏体具有一定得晶体学位向关系。珠光体中,铁素体与渗碳体之间存在一定得晶体学位向关系。 2。马氏体: 马氏体得组织形态: ○1。板条马氏体就是低、中碳钢中形成得一种典型马氏体组织,其形貌特征可描述如下: 在一个原奥氏体晶粒内部有几个(3－5个)马氏体板条束,板条束间取向随意;在一个板条束内有若干个相互平行得板条块,块间就是大角晶界;在一个板条块内就是若干个相互平行得马氏体板条,板条间就是小角晶界。马氏体板条内存在大量得位错,所以板条马氏体得亚结构就是高密度得位错与位错缠结。板条状马氏体也称为位错型马氏体、 错误!、片状马氏体就是中、高碳钢中形成得一种典型马氏体组织,其形貌特征可描述如下: 在一个原奥氏体晶粒内部有许多相互有一定角度得马氏体片。马氏体片得空间形态为双凸透镜状,横截面为针状或竹叶状、在原奥氏体晶粒中首先形成得马氏体片贯穿整个晶粒,将奥氏体晶粒分割,以后陆续形成得马氏体片越来越小,所以马氏体片得尺寸取决于原始奥氏体晶粒得尺寸。 片状马氏体得形成温度较低,在马氏体片得周围往往存在着残余奥氏体。 片状马氏体得内部亚结构主要就是孪晶。当碳含量较高时,在马氏体片中可以瞧到中脊,中脊面就是密度很高得微孪晶区。 马氏体片形成时得相互撞击,马氏体片中存在大量得纤维裂纹、 3、贝氏体: 贝氏体得组织形态: 错误!。上贝氏体 上贝氏体形成于贝氏体转变区较高温度范围,中、高碳钢大约在３50-550℃形成。为成束分布、平行排列得条状铁素体与夹于其间得断续条状渗碳体得混合物。多在奥氏体晶界形
比较贝氏体转变与珠光体转变和马氏体转变的异同
试比较贝氏体转变与珠光体转变和马氏体转变 的异同 一．组织形态： 1.珠光体： 珠光体的组织形态特征： 珠光体的典型组织特征是由一层铁素体和一层渗碳体交替平行堆叠而形成的双相组织。 根据片层间距的不同，可将珠光体分为三种： 珠光体：S0=450-150nm，形成温度为A1－650℃，普通光学显微镜可以分辨。 索氏体：S0=150-80nm，形成温度为650－600℃，高倍光学显微镜可以分辨。 屈氏体：S0=80-30nm，形成温度为600－550℃，电子显微镜可以分辨。 铁素体基体上分布着粒状渗碳体的组织为粒状珠光体。这种组织一般是通过球化退火或淬火后高温回火得到的。 在珠光体转变过程中，所形成的珠光体中的铁素体与母相奥氏体具有一定的晶体学位向关系。珠光体中，铁素体与渗碳体之间存在一定的晶体学位向关系。 2.马氏体： 马氏体的组织形态：
○1.板条马氏体是低、中碳钢中形成的一种典型马氏体组织，其形貌特征可描述如下： 在一个原奥氏体晶粒内部有几个（3－5个）马氏体板条束，板条束间取向随意；在一个板条束内有若干个相互平行的板条块，块间是大角晶界；在一个板条块内是若干个相互平行的马氏体板条，板条间是小角晶界。马氏体板条内存在大量的位错，所以板条马氏体的亚结构是高密度的位错和位错缠结。板条状马氏体也称为位错型马氏体。 ○2.片状马氏体是中、高碳钢中形成的一种典型马氏体组织，其形貌特征可描述如下： 在一个原奥氏体晶粒内部有许多相互有一定角度的马氏体片。马氏体片的空间形态为双凸透镜状，横截面为针状或竹叶状。在原奥氏体晶粒中首先形成的马氏体片贯穿整个晶粒，将奥氏体晶粒分割，以后陆续形成的马氏体片越来越小，所以马氏体片的尺寸取决于原始奥氏体晶粒的尺寸。 片状马氏体的形成温度较低，在马氏体片的周围往往存在着残余奥氏体。 片状马氏体的内部亚结构主要是孪晶。当碳含量较高时，在马氏体片中可以看到中脊，中脊面是密度很高的微孪晶区。 马氏体片形成时的相互撞击，马氏体片中存在大量的纤维裂纹。 3.贝氏体： 贝氏体的组织形态：
焊接贝氏体转变机理
在焊缝金属连续冷条件下,焊缝金属首先凝固为体合立方的固溶体。然后随着焊缝金属温度的降低 开始发生固溶体的同素异晶转变,由体心立方转变成面心立方。当转变完成时,焊缝金属为单相奥氏体。焊缝金属继续冷却,当焊缝金属温度冷却至铁碳相图的GS或SE以下,奥氏体本应从面自立方的固溶体 转变为体心立方的固溶体,但此时并没有转变,而是形成了过冷奥氏体 过冷奥氏体温度继续降低,对于碳钢和含有不形成碳化物元素的钢中,贝氏体和珠光体转变”C”,曲 线是重叠的 (如图2-2)。在曲线重叠的温度范围内两种转变都可以发生。只是在较高温度时珠光体将首先进行,而在较低温度时则贝氏体转变将先于珠光体。和不形成碳化物元素相反,钢中有碳化物形成元素存在时,将导致珠光体移向高温,同时又降低贝氏体转变的温度范围。因此随着这些元素含量的增加,使得两组“C”曲线逐渐分离 (如图2-3)。如果连续冷却速度恰好避开珠光体转变或添加其他一些有利于形成贝氏体组织的合金元素避免珠光体转变。 焊缝中的贝氏体转变也是一个形核与长大的过程:贝氏体转变和珠光体相似,也是一个相分解为两 个相的过程,贝氏体转变需要一定的孕育期。在孕育期内,由于碳在奥氏体中重新分布,造成浓度起伏,随着过冷度增大,奥氏体成分越来越不均匀,因而有可能形成贫碳区和富碳区,在碳含量较低的部位首 先形成铁素体晶核。上贝氏体中铁素体晶核一般优先在奥氏体晶粒内形成。铁素体形核后,当浓度起 伏合适且晶核尺寸超过临界尺寸时便开始长大,在其长大的同时,过饱和的碳从铁素体向奥氏体中扩散,并于铁素体中间或在铁素体内析出碳化物。因而贝氏体长大速度受到碳的扩散所控制。通常上贝 氏体的长大速度取决于碳在奥氏体中的扩散。 粒状贝氏体的形成温度一般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）以下 的温度范围内。析出贝氏体铁素体后,由于碳通过相界部分的扩散至奥氏体内,使奥氏体富碳不均匀, 不再转变为铁素体。这些奥氏体区域一般如孤岛（粒状或长条状）分布在铁素体机体上,粒状贝氏体 内的奥氏体岛继续冷却或等温,视奥氏体内的成分及冷却条件,可能有不同程度的转变或分解。当岛内奥氏体在冷却过程中部分的转变为马氏体时,岛内就成为奥氏体和马氏体的混合组织（通常称为M-A 组织）。岛内奥氏体也可能部分的分解为铁素体和渗碳体。因此从粒状贝氏体组织组成物来说,一般 认为它由大块状或针状铁素体和被它包围的岛状物所构成的混合物（粒状贝氏体组织可认为是上贝氏体相变的一种)。 粒状贝氏体转变过程中也可能析出碳化物,包围在铁素体内的岛状物无论是形态或是大小都极不 一致,有的呈条形,有的呈颗粒形。岛状物在铁素体内的分布大都具有不同程度的方向性,在一个原奥 氏体晶粒内,这种方向性可能出现几个取向。这些岛状物为富碳的组成物,它不外乎是:(l)单一的高碳马氏体或残余奥氏体;(2)马氏体和残余奥氏体的混合物;(3)部分或全部是铁素体和碳化物的混合物。至于岛状物究竟属于哪一种或哪几种并存,则取决于焊缝的成分和冷却速度。 在焊接时,希望焊缝组织的各项物理化学性能基本与被焊材料匹配,金相组织能够一致。被焊材质 为粒状贝氏体组织,因而试验希望焊缝金相组织也要为粒状贝氏体。在金属冷却时由面心立方的奥氏 体转变为体心立方的固溶体的过程中,可以通过两种途径来获得贝氏体: 1.控制焊缝的冷却速度:钢在珠光体转变温度以下、马氏体转变温度以上的温度范围内,过冷奥 氏体将发生贝氏体转变。通过加快焊缝金属冷却速度避开奥氏体向珠光体转变的温度区域, 然后等温保温,使不进入马氏体组织转变的温度区域,而得到贝氏体。 2.改变C-曲线位置:在金属中加入碳化物形成元素,合金元素有可能使C一曲线发生改变,使珠 光体的转变移向高温区,这样在焊接过程连续冷却下,也可能避开珠光体转变得到粒状贝氏 体组织。
碳钢中贝氏体转变及性能分析
碳钢中贝氏体转变与性能分析 姓名：施海龙班级：0919001 学号：1091900119 摘要： 碳钢中贝氏体是过冷奥氏体在中温区域分解的产物，贝氏体转变是钢经奥氏体化后，过冷到珠光体转变和马氏体转变之间的中温区域发生的，故称为中温转变。这种转变的动力学特征和产物的组织性能兼具有扩散性转变和非扩散型转变的特征。 并且，贝氏体常常具有优良的综合力学性能，其强度和韧性都比较高。并具有较高的耐磨性、耐热性和抗回火性。 一、成份、相、结构、组织 贝氏体珠光体马氏体 成分含有Fe和C两种合金元素。C%有一定的范 围。含有Fe和 C两种合 金元素。 C%=0.77% 含有Fe和C两种合金元 素。C%有一定的范围。 相含有两相，分别是铁素体和渗碳体。含有两 相，分别 是铁素体 和渗碳 体。 含有一相，马氏体M 结构铁素体是体心立方铁素体是 体心立方 体心正方 渗碳体是斜方复杂结构渗碳体是 斜方复杂 结构 （亚结构）铁素体为位错铁素体为 位错板条状片状位错孪晶 组织上贝氏体下贝氏体无碳化物 贝氏体铁素体片 与渗碳体 Fe3C片交 替堆叠而 成。 板条状片状 平行的过饱和条状铁素体及夹于其间的断续条状渗碳体（Fe3C）的混合物。过饱和的片状 铁素体和其内 部沉淀的渗碳 体（Fe3C）的 混合物。 平行的国 宝的条状 铁素体及 夹于其间 的富碳奥 氏体的混 合物。 板条束、板 条块，稠密 的板条体 及夹于其 间的连续 的高度变 形的残余 奥氏体。 相互间成 一定角度 的马氏体 片，初生者 贯穿整个 晶粒，次生 者小。
二、转变热力学条件 下图是奥氏体、珠光体、贝氏体、马氏体不同温度时对应的自由能。从图中可以看出贝氏体的自由能曲线正好介于珠光体和马氏体之间，这一特点影响直接影响着贝氏体转变的特点。 驱动力阻力 贝氏体转变与母相的体积自由能差?G新相表面能、母相与转变产物 因比容不同而产生的应变能、 维持贝氏体与奥氏体之间的 共格关系的弹性应变能。 珠光体转变与母相的体积自由能差?G新相表面能、母相与转变产物 因比容不同而产生的应变能。马氏体转变与母相的体积自由能差?G新相表面能、母相与转变产物 因比容不同而产生的应变能、 维持贝氏体与奥氏体之间的 共格关系的弹性应变能。
贝氏体、珠光体、马氏体的转变关系
贝氏体、珠光体、马氏体的转变关系 摘要: 贝氏体、珠光体、马氏体组织都是高温奥氏体在不同温度条件转变后得到的产物。由于转变的温度条件不同，转变的机理也就不同，一次得到的转变产物也不尽相同。本文主要针对贝氏体、珠光体、马氏体的基本特征、形成过程、组织形态、热力学与动力学转变条件、机械性能等方面进行一些简单的对比介绍。 关键词：对比、贝氏体、珠光体、马氏体、基本特征、组织形态、转变热力学、转变动力学、机械性能 一、组织形态 1、珠光体的组织形态 共析碳钢加热到均匀的的奥氏体化状态后缓慢冷却，稍低于温度将形成珠光体组织，为铁素体和渗碳体的机械混合物，其典型形态呈片状或层状。 片状珠光体是由一层铁素体与一层渗碳体交替堆叠而成。片状珠光体组织中，一对铁素体和渗碳体片的总厚度，称为“珠光体片层间距”。 工业上所谓的片状珠光体，是指在光学显微镜下能够明显看出铁素体与渗碳体呈层状分布的组织形态，其片层间距约在0.150.45之间。 透射电镜观察表明，在退火状态下，珠光体中的铁素体位错密度小，渗碳体中的位错密度更小，片状珠光体中铁素体与渗碳体两相交界处的为错密度高，在每一片铁素体中还有亚晶界，构成许多亚晶粒。 工业用钢中，也可以见到铁素体基体上分布着粒状渗碳体组织，称为“粒状珠光体”或“球状珠光体”，一般是经球化退火处理后获得的。 2、马氏体的组织形态 a、板条状马氏体 板条状马氏体是低、中碳钢，马氏体时效钢，不锈钢等铁系合金中形成的一种典型的马氏体组织。因其显微组织是由许多成群的板条组成，故称为板条状马氏体。又因为这种马氏体的亚结构主要为位错，通常也称它为位错型马氏体。 板条状马氏体的显微组织（如图所示），其中A为板条束，成不规则形状，尺寸约为20—35μm，是由若干单个马氏体板条所组成。一个板条束又可分成几个平行的像图中B那样的区域，呈块状。块界长尺寸方向与板条马氏体边界平行，块间成大角晶界。每个块由若干板条组成，每一个板条为一个单晶体。板条具有平直的界面，并接近于奥氏体的，为其惯习面，相同惯习面的变体平行排列构成板条束。现已确定这些稠密的板条被连续的高度变形的残余奥氏体薄膜（）所隔开。