贝氏体

一.贝氏体定义

钢中的贝氏体是过冷奥氏体的中文转变产物，它以贝氏体铁素体为基体，同时可能存在θ-渗碳体或ε-碳化物、残留奥氏体等相构成的整合组织。贝氏体铁素体的形貌多呈条片状，内部有规则排列的亚单元及较高密度的位错等亚结构。

二．贝氏体组织形貌及亚结构

钢、铸铁的贝氏体组织相态极为复杂，这与贝氏体相变的中间过渡性有直接的关系。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、马氏体等相构成的一个复杂的整合组织。

1.超低碳贝氏体的组织形貌

碳含量小于0.08%的超低碳合金钢可获得超低碳贝氏体组织。如果加大冷却速度能够获得完全条片状的组织，称其为超低碳贝氏体组织。冷却速度越大，转变温度越低，条片状贝氏体越细小。在控轧控冷条件下，超低碳贝氏体具有极为细小的片状组织形貌。

超低碳贝氏体实际上是无碳贝氏体，钢中所含的微量碳形成了特殊碳化物被禁锢下来，或者碳原子只分布在位错处，被大量位错禁锢。

2.上贝氏体组织形貌

上贝氏体是在贝氏体转变温度区上部（Bs—鼻温）形成的，形貌各异。

2.1无碳（化物）贝氏体

当上贝氏体组织中只有贝氏体铁素体和残留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，又称无碳贝氏体。这种贝氏体在低碳低合金钢中出现的几率较多。无碳贝氏体中的铁素体片条大体上平行排列，其尺寸间距较宽，片条间是富碳奥氏体，或其冷却过程的产物。

2.2粒状贝氏体

粒状贝氏体属于无碳化物贝氏体。当过冷奥氏体在上贝氏体温度区等温时，析出贝氏体铁素体（BF）后，由于碳原子离开铁素体扩散到奥氏体中，使奥氏体中不均匀的富碳，且稳定性增加，难以继续转变为贝氏体铁素体。这些奥氏体区域一般呈粒状或长条状，即所谓的岛状，分布在贝氏体铁素体基体上。这些富碳的奥氏体在冷却过程中，可以部分的转变为马氏体，形成所谓的M/A岛。这种由BF+M/A 岛构成的整合组织即为粒状贝氏体。

在奥氏体岛中未形成马氏体之前，粒状贝氏体实际上是无碳化物贝氏体。因此，无碳化物贝氏体也是粒状贝氏体的一种特殊组织形态。反过来说，粒状贝氏体中由于不存在碳化物，因此本质上也是无碳贝氏体。

还有一种所谓的“准上贝氏体”组织，它也没有碳化物，其贝氏体铁素体条之间的富碳奥氏体是一层薄膜，它本质上也是无碳化物贝氏体。

2.3羽毛状上贝氏体

羽毛状贝氏体属于有碳化物贝氏体中的一类。羽毛状上贝氏体是由板条状铁素体和条间分布的碳化物组成。贝氏体铁素体片条间的碳化物是片状或颗粒状形态的、细小的渗碳体。经典上贝氏体的组织相貌呈现羽毛状，是BF+θ-M3C的整合组织。

如GCr15钢的羽毛状上贝氏体的扫描电镜照片，羽毛状贝氏体沿着奥氏体晶界向两侧生长，尚未转变的奥氏体在淬火后转变为贝氏体组织。贝氏体碳化物呈片状、短棒状分布在贝氏体铁素体基体上。

如高碳钢轨钢的羽毛状贝氏体组织，由贝氏体铁素体片条和渗碳体两相组成。该钢碳含量为0.73%，锰含量为0.95%，属于共析钢。钢轨在轧后冷却过程中，在奥氏体晶界上首先形成羽毛状贝氏体组织，然后晶内的奥氏体转变为粗大的片状马氏体。这种组织是由于加热温度过高，奥氏体晶粒粗大，冷却较快造成的。

随着温度的降低和钢中碳含量的增高，羽毛状贝氏体条状贴的护体（BF）变薄，位错密度增高，渗碳体变细，或颗粒变小，弥散度增加。

3.下贝氏体组织形貌

下贝氏体是在贝氏体相变温度区的下部（贝氏体C-曲线“鼻温”以下）形成的。呈单个条片状，条片间经常互相呈交角相遇，如60Si2CrV钢的下贝氏体组织为黑色片状，与回火马氏体相似。

有碳化物贝氏体在透射电镜下观察，片条内分布着碳化物。碳化物排列在片内，一般与长轴呈不同角度相交。由于下贝氏体由贝氏体铁素体和碳化物构成，因而极易被浸蚀，在金相显微镜下观察呈现黑

色片状形貌。

准下贝氏体是无碳贝氏体，是经典下贝氏体的一个特例。它不同于典型的下贝氏体，在它的铁素体BF内，按夹角排列的是残留奥氏体而不是碳化物。在准下贝氏体的铁素体片条内，可以见到许多亚板条，它常在含硅钢中出现。延长等温时间，奥氏体薄膜将分解，析出碳化物，而成为经典碳化物。下贝氏体是由贝氏体铁素体+ε-碳化物+残留奥氏体构成的整合组织。

4.贝氏体组织的复杂性和多样性

贝氏体组织形态多样，名称较多。比如无碳化物贝氏体、有碳化物贝氏体、上贝氏体、下贝氏体、羽毛状贝氏体、粒状贝氏体、准上贝氏体、准下贝氏体、逆贝氏体、柱状贝氏体等。贝氏体的组织多样性说明贝氏体相变在中温区转变过渡性和极其复杂性。

贝氏体相变是自组织的，同一钢种，在不同的热处理条件下，系统可以转变为不同形貌的贝氏体。

钢中贝氏体的形貌受转变温度、碳含量、合金元素等多种因素的影响。不同碳含量的铬鉬钢具有不同的贝氏体相貌。低碳铬鉬钢的贝氏体是条片状的无碳化物贝氏体，或者粒状贝氏体；高碳铬鉬钢可以获得典型的羽毛状贝氏体和针状的下贝氏体。

片条状贝氏体和低碳的板条状马氏体形貌相似，但是贝氏体中位错密度较马氏体低。高碳片状马氏体和针状下贝氏体的形貌相似，但前者的亚结构是孪晶+位错，而在下贝氏体中很少观察到孪晶，下贝氏体主要由亚片条、亚单元组成。

在工业用钢中，除了出现典型的贝氏体组织外，还同时出现形形色色的各种贝氏体，组成相多样化，除了贝氏体铁素体外，还存在碳化物、残留奥氏体、马氏体等相，组织形貌较为复杂。各种形貌的贝氏体有机的结合在一起，如上贝氏体和下贝氏体的有机结合，贝氏体和马氏体的有机结合等。实际工业用钢中经常出现贝氏体和马氏体的有机结合的组织。

无碳化物贝氏体和有碳化物贝氏体是贝氏体中的两大类别。某些低碳合金和含有Si、Al合金元素的合金钢易于得到无碳化物贝氏体；高碳钢和高碳铬钼钢易于获得有碳化物贝氏体组织。

三.贝氏体铁素体的亚结构

在马氏体当中存在高密度位错、精细孪晶、层错等亚结构，在贝氏体组织中也同样存在亚结构，包括贝氏体铁素体的亚片条、亚单元、超细亚单元、较高的位错密度、精细孪晶等。

1.贝氏体中的亚单元

实验表明，条片状的贝氏体铁素体是由亚片条组成，亚片条由更小的亚单元组成，亚单元有方形，多边形等多种形貌，尺度约在10—200nm范围内。亚单元通常在已经形成铁素体端部附近形核，通过纵向伸长与增厚的方式长大。亚单元长大受阻时，在激发形核，在铁丝提板条的侧面（上贝氏体）或铁素体针的顶端（下贝氏体）形成新的亚单元核心。亚单元重复形核长大构成了贝氏体铁素体的形核长大过程。近年来实验表明，亚单元由跟细小的基元或超亚单元组成，尺寸为几纳米到数十纳米。