好文：钢在冷却时的转变之贝氏体
马氏体和贝氏体转变温度_概述说明以及解释
马氏体和贝氏体转变温度概述说明以及解释1. 引言1.1 概述马氏体和贝氏体转变温度是金属材料中一个重要的热处理参数，对于决定材料的性能具有重要影响。
马氏体和贝氏体都是金属材料在固态相变时产生的晶体结构类型，它们的转变温度是指在一定条件下，马氏体相或贝氏体相开始生成或完全消失的温度。
本文旨在系统地介绍马氏体和贝氏体转变温度的相关知识，包括其定义、原理以及测定方法。
通过深入探讨这些方面内容，我们可以更好地理解马氏体和贝氏体转变温度对于金属材料性能及加工过程的影响，并为研究者提供必要的参考资料。
1.2 文章结构本文将按照以下结构进行论述：- 引言部分首先概述了文章的背景和目标。
- 随后，在第二部分中详细介绍了马氏体转变温度，包括其定义与原理、影响因素以及测定方法。
- 第三部分则重点讨论了贝氏体转变温度，涉及到其定义与原理、影响因素以及测定方法。
- 第四部分将马氏体和贝氏体转变温度进行了关联，包括相互关系及对比分析、实际应用案例分析以及进一步研究和发展方向。
- 最后，本文将在结论部分总结论述内容，并提出未来研究的方向。
1.3 目的本文旨在系统概述和解释马氏体和贝氏体转变温度的相关知识，便于读者深入理解这两个参数在金属材料中的作用。
通过阐述马氏体和贝氏体转变温度的定义、原理以及测定方法，读者能够更好地理解这些参数对于金属材料性能和加工过程的影响。
同时，本文还将通过对马氏体和贝氏体转变温度之间关系的探讨，为读者提供一些实际应用案例以及未来研究方向的建议。
2. 马氏体转变温度2.1 定义和原理马氏体转变温度(Martensitic Transformation Temperature)是指当金属经历回火或降温等热处理过程后，发生马氏体相变的温度。
在固溶态的情况下，金属晶体中的原子具有较高的无序性，而经过回火或降温处理后，晶体结构会发生变化从而形成马氏体。
马氏体相是一种具有高硬度和脆性的晶态组织，在压缩应力作用下具有变形能力。
钢在加热和冷却时的组织转变
A-P转变 终了线
图2.4 共析碳钢连续冷却转变曲线
马氏体临界 冷却速度
钢的热处理
1.2 钢在冷却时的组织转变
2. 过冷奥氏体的连续冷却转变
过共析碳钢的连续冷却转变C曲线与共析碳钢相比,除了多出一 条先共析渗碳体的析出线以外,其他基本相似
亚共析碳钢的连续冷却转变C曲线与共析碳钢却大不相同,它除 了多出一条先共析铁素体析出线以外,还出现了贝氏体转变区
机械制造基础
机械制造基础
钢的热处理
❖ 钢在加热和冷却时的组织转变
1.1 钢在加热时的组织转变 1.2 钢在冷却时的组织转变
钢的热处理
图2.1 钢加热和冷却时各临界点的实际位置
钢的热处理
1.1 钢在加热时的组织转变
钢加热到Accm点以上时会发生珠光体向奥氏体转变 热处理的主要目标就是为了得到奥氏体 严格控制奥氏体的晶粒度是热处理生产中一个重要的问题
钢的热处理
1.1 钢在加热时的组织转变
控制奥氏体晶粒大小的方法：
加热温度 保温时间 加热速度
钢的热处理
1.2 钢在冷却时的组织转变
冷却过程是热处理的关键工序，其冷却转变温度决定了冷却后 的组织和性能
实际生产中采用的冷却方法有：
连续冷却（如炉冷、空冷、水冷等）图b 等温冷却（如等温淬火）图a
图2.2 两种冷却方式示意图
钢的热处理 1.2 钢在冷却时的组织转变
1. 过冷奥氏体的等温冷却转变
图2.3 共析碳钢过冷奥氏体等温转变曲线C曲线
钢的热处理
1.2 钢在冷却时的组织转变
1. 过冷奥氏体的等温冷却转变珠体转变 贝氏体转变 马氏体转变
钢的热处理
1.2 钢在冷却时的组织转变
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A1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0.15~0.45μm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。
第5章 贝氏体转变
2、粒状贝氏体
形成温度→接近Bs，高于上B 形成温度→接近Bs，高于上B转变温度 形态
板条F+富碳岛状 板条F+富碳岛状A 富碳岛状A 冷却转变：F+K；M+残余 残余A 残余A 冷却转变：F+K；M+残余A；残余A 有浮凸；C%接近平衡 接近平衡； 有浮凸C%接近平衡； F中有亚单元
成分：低、中碳合金钢（Cr、Ni 、Mo） Mo） 成分： 中碳合金钢（Cr、 冷却：焊接、正火、 冷却：焊接、正火、热轧连续冷却出现 与粒状组织区别： F+富 岛状A 与粒状组织区别：块F+富C岛状A（无取 向、无浮凸），与粒B共存 无浮凸），与粒 ），与粒B
§5 贝氏体转变的动力学
一、B转变的动力学特点 1、上、下B转变机制不同 实验→转变全激活能不同；C%↑→激活能 激活能↑ 实验→转变全激活能不同；C%↑→激活能↑ 2、根据实验数据计算： 根据实验数据计算： 的全激活能分别与碳在A 上、下B的全激活能分别与碳在A和F中的扩散 激活能相近→ 转变受C 中扩散控制； 激活能相近→上B转变受C在A中扩散控制； 转变受C 下B转变受C在F中扩散控制 中碳化物分别从A 析出（有争议） 上、下B 中碳化物分别从A和F析出（有争议）
§3 贝氏体转变过程及热力学
一、转变过程 一、转变过程 1、F生长和碳化物析出两个过程→组织、性 生长和碳化物析出两个过程→组织、 能变化 2、奥氏体中碳的再分配 俄歇分析→孕育期和转变期间→ 俄歇分析→孕育期和转变期间→碳的再分配 晶界、晶内有贫碳区（有利于F形核） 晶界、晶内有贫碳区（有利于F形核） Fe、合金元素无再分配现象 Fe、 合金% 碳%、合金%、转变温度影响碳的再分配 碳化物容易析出） （碳% 高→ 碳化物容易析出）
钢在热处理冷却时的组织转变
钢在热处理冷却时的组织转变相图只适用于缓慢冷却，而实际热处理则是以一定的冷却速度来进行的，所以出现C曲线。
一、A冷却C曲线转变温度与转变时间之间关系的曲线。
1. 等温冷却C曲线将钢急冷到临界温度以下某一温度，在此温度等温转变，在冷却过程中测绘出过冷A 等温转变图。
2.连续冷却C曲线将钢在连续冷却的条件下转变，此时测绘出的冷却二、等温冷却C曲线过冷A等温转变图可综合反映过冷A在不同过冷度下的等温转变过程，转变开始和终了时间，转变产物类型以及转变量与温度和时间的关系等，由于等温转变图通常呈“C”形状，所以也称C曲线，另外还称TTT 图，现以共析钢为例来说明TTT图的建立.1.相图的建立① 把钢材制成Φ10×1.5mm的圆片试样,分成若干组② 取一组试样,在盐炉内加热使之A化.③ 将A化后的试样快速投入 A1 以下某一温度的浴炉中进行等温转变④ 每隔一定时间取出一个试样急速淬入水中,而后将各试样取出制样,进行组织观察.当在显微镜下观察发现某一试样刚出现灰黑色产物时,所对应的等温时间就是A开始转变时间,到某一试样未有M出现时，所对应的时间为转变终了时间。
共析碳钢等温转变图（C曲线）将其余各组试样，用上述方法,分别测出不同等温条件下A转变开始和终了时间,最后将所有转变开始时间点和终了时间点标在温度、时间(对数)坐标上,并分别连接起来,即得C曲线.2. 图形分析3. 等T转变特点① 过冷到A1以下的A处于不稳定状态,但不立即转变,而要经过一段时间才开始转变,称为孕育期。
孕育期越长,过冷A越稳定,反之,则越不稳定。
② 鼻点:550℃ 最不稳定,转变速度最快③ C形状原因过冷度和原子扩散为两个制约因素在A1~ 550℃区间,随过冷度增大,原子扩散较快,转变速度较快。
550℃以下,随过冷度增大,原子扩散速度越来越慢,因而转变速度减慢。
4. 相变特点① 高温转变-- P转变(Ar1~ 550)A→F+Fe3C(片层相间平行排列的机械混合物)温度A相变层片间距HRCAr1~600℃A→P0.4mm20650℃~600℃A→S0.4~0.230600℃~550℃A→T0.240② 中温转变—贝氏体转变( 550℃~240℃ )A→ B (F+Fe3C),其中F具有一定过饱和度A→ B上(550℃~350℃ ）羽毛状Fe3C以较粗大片状分布在较宽的F片之间,易发生脆断 ,HRC=45 。
钢在冷却时的组织转变
§2-2 钢在冷却时的组织转变
同一化学成分的钢材加热到奥氏体后，若采用不同的冷却方法和冷却速度，将得到不同形态的组织，从而获得不同的性能。
Wc=0.45%非合金钢加热到840°C，不同方法冷却后的力学性能
由铁碳相图可知，当温度在A1以上时，奥氏体是稳定的。
当温度降到A1以下后，奥氏体即处于过冷状态，这种奥氏体称为过冷奥氏体。
过冷奥氏体是不稳定的，它会转变为其他组织。
钢奥氏体化后的冷却方式有两种，如图所示。
一种是等温冷却，即把已奥氏体化的钢快速冷却到A1以下某一温度，并在此温度下保温，使奥氏体在一定的过冷度下向稳定的组织转变，转变结束后，再空冷到室温。
另一种是连续冷却，即奥氏体化的钢以不同的冷却速度连续地冷却到室温，使奥氏体在冷却过程中转变为较稳定的组织。
共析钢过冷奥氏体等温转变与不等温转变产物的组织和性能
采用等温转变可以获得单一的珠光体、索氏体、托氏体、上贝氏体、下贝氏体和马氏体组织。
而采用连续冷却转变，由于转变是在一个温度范围内进行，其转变产物不是单一的。
根据冷却速度的变化，有可能是：P+S、S+T、T+M等。
另外，马氏体组织既可以通过等温转变方式获得，也可以通过连续冷却转变方式获得。
tbf钢的冷却路径和组织变化
tbf钢的冷却路径和组织变化TBF钢是一种热处理钢，经过冷却处理后能够获得良好的组织变化。
本文将介绍TBF钢的冷却路径以及由此引起的组织变化。
一、TBF钢的冷却路径TBF钢的冷却路径是指在热处理过程中，将钢件从高温状态迅速冷却到室温或低温的过程。
冷却路径的选择对于钢件的组织和性能有着重要的影响。
1. 快速冷却TBF钢的冷却速度通常要求较快，以实现所需的组织和性能。
常用的快速冷却方法包括水淬、油淬和高压气体淬火等。
快速冷却能够使钢件的组织细化，并增加其硬度和强度。
2. 控制冷却速率在TBF钢的冷却过程中，控制冷却速率非常重要。
过快的冷却速率可能导致钢件出现裂纹和变形等问题，而过慢的冷却速率则无法达到预期的组织和性能要求。
因此，需要根据具体的材料和工艺要求来选择适当的冷却速率。
二、TBF钢的组织变化TBF钢的冷却路径对其组织变化有着重要的影响。
下面将介绍TBF 钢在冷却过程中可能发生的组织变化。
1. 马氏体组织在快速冷却过程中，TBF钢中的奥氏体相会转变为马氏体。
马氏体是一种具有高硬度和强度的组织，能够使钢件获得良好的耐磨性和抗冲击性能。
2. 残余奥氏体在冷却过程中，部分奥氏体相可能无法完全转变为马氏体，而残留在钢件中。
残余奥氏体会降低钢件的硬度和强度，同时也可能引起钢件的变形和裂纹。
3. 贝氏体组织当TBF钢经过适当的回火处理后，马氏体会发生分解，生成贝氏体组织。
贝氏体是一种具有较高韧性和较低硬度的组织，能够在一定程度上提高钢件的可加工性和韧性。
4. 残余应力在TBF钢的冷却过程中，由于冷却速率的不均匀性，钢件内部可能会产生残余应力。
残余应力的存在会降低钢件的耐腐蚀性能，并可能导致钢件的变形和裂纹。
三、TBF钢的应用领域由于TBF钢具有优良的组织和性能，广泛应用于各个领域。
以下是TBF钢的一些主要应用领域：1. 制造业TBF钢在制造业中被广泛用于制作工具和零件。
由于其高硬度和强度，TBF钢能够提供良好的耐磨性和抗冲击性能，适用于制作刀具、模具和机械零件等。
贝氏体等温淬火
贝氏体等温淬火
贝氏体等温淬火是一种常用的淬火工艺，适用于低碳低合金钢的淬火。
具体操作方法为先将钢加热到适当温度（通常在800到900摄氏度），保温一段时间，然后进行淬火处理。
淬火后再次回火，使贝氏体转变成马氏体或退火，将材料的硬度和韧性调整到合理范围。
贝氏体等温淬火的优点在于可以获得比传统淬火更高的硬度，同时还保持了良好的韧性。
此外，它也能够减少变形和收缩，提高钢材的尺寸稳定性。
缺点是需要控制加热和冷却的温度和时间，也需要考虑淬火后的回火效果，从而增加了操作难度和成本。
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好文：钢在冷却时的转变之贝氏体
钢在冷却时的转变之贝氏体的组织形态、性能、特点
一、定义
1.贝氏体（中温转变）：当奥氏体过冷到低于珠光体转变温度和高于马氏体转变温度之间的温区时，将发生由切变相变与短程扩散相配合的转变，其转变产物叫贝氏体或贝茵体；
2.贝氏体转变特点：具有某些珠光体转变和马氏体转变的特点：
•同珠光体转变相似之处：贝氏体也是又铁素体+碳化物组成的机械混合物，在转变过程中发生在铁素体中的扩散；
•同马氏体转变相似之处：奥氏体向铁素体的晶格改组是通过切变方式进行的；
•贝氏体转变是由扩散、共格的转变；
二、贝氏体的组织形态
1.分类：
碳含量ω
C
形成温度℃贝氏体形态特征
ω
C ＞0.4
600~350℃上贝氏体羽毛状
350℃~M
s
下贝氏体黑色针状1）上贝氏体显微组织形貌：
•在光学显微镜下：中、高碳钢的上贝氏体组织的典型特征呈羽毛
状；
•在电子显微镜下：上贝氏体由许多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、短杆状的渗碳体所组成；
•上贝氏体中的铁素体含过饱和的碳，存在位错结构；铁素体的形态和亚结构与板条马氏体相似，但其位错密度比马氏体要低2~3个数量级；
•形成为温度下降，上贝氏体中的铁素体条宽度变细，渗碳体丝滑且弥散度增大；
•上上贝氏体中的铁素体条间还可能存在未转变的残留奥氏体。
•上贝氏体组织示例图片：
2）下贝氏体显微组织形貌
•在光学显微镜下：呈黑色针状，它可以在奥氏体晶界上形成，但更多时在奥氏体晶粒内沿着某些晶面单独地或成堆地长成针叶状；
•在电子显微镜下：下贝氏体由碳过饱和的片状铁素体和其内部析
出的微细碳化物组成。
•下贝氏体中的含碳量高于上贝氏体中的铁素体；其立体形态，同片状马氏体的一样，也呈现凸透状；
•下贝氏体亚结构高密度位错，位错密度比上贝氏体中的铁素体高；
•下贝氏体组织示例图片：
3）粒状贝氏体显微组织形貌
•一般在低碳钢及低、中碳合金钢中在特定状态下存在；
•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（B S）以下范围内；
•光镜下组织特征：大块状或针状铁素体内分布着一些颗粒状小岛（这些小岛在高温下原是富碳奥氏体区）；
•一些研究表明，大多数结构钢，无论C曲线形状如何，也无论是连续冷却还是等温冷却，只要冷却过程控制在一定范围内，都可以形成粒状贝氏体，并且其组织也是多种多样的；
三、贝氏体的性能
1）贝氏体的性能影响因素
•主要取决于其组织形态；贝氏体是铁素体和碳化物组成的双相组织，其中各相的形态、大小和分布都影响贝氏体的性能
2）上贝氏体的性能
上贝氏体形成温度较高，铁素体晶粒和碳化物颗粒较粗大，碳化物呈短杆状平行分布在铁素体板条之间，铁素体和碳化物分布有明显的方向性。
这种组织状态使铁素体条间易产生脆断，铁素体条本身也可能成为裂纹扩展的路径。
在400~550℃温度区间形成的上贝氏体不但硬度低，而且冲击韧性也显著降低。
所以在工程材料中一般应避免上贝氏体组织的形成；
3）下贝氏体的性能
•下贝氏体中铁素体针细小而均匀分布，位错密度很高，在铁素体内部又沉淀处细小，多量而弥散的碳化物，因此下贝氏体不但强度，而且韧性也很好，即具有良好的综合力学性能，生产上广泛采用等温淬火工艺就是为了得到这种强、韧结合的下贝氏体组织。
4）粒状贝氏体的性能
•粒状贝氏体组织中，在颗粒状或针状铁素体基体中分布着许多小岛，这些小岛无论是残留奥氏体、马氏体，还是奥氏体的分解产物都可以起到第二相强化作用；
•粒状贝氏体的抗拉强度和屈服强度随小岛所占面积的增多而提高。
四、贝氏体转变的特点
1）贝氏体转变是一个形核与长大的过程
•贝氏体转变和珠光体相似，是一个相分解为两个相，其转变过程也是一个形核和长大的过程。
贝氏体转变通常需要一定的孕育期，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，因而有可能形成富碳区和贫碳区，在含碳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界贫碳区上形成，下贝氏体由于过冷度大，铁素体晶核可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并开始长大，在其长大的同时，过饱和的碳从铁素体向奥氏体中扩散，并于铁素体之间或在铁素体内部沉淀析出碳化物。
因此贝氏体长大速度受碳的扩散所控制。
通常，上贝氏体的长大速度取决于碳在奥氏体中的扩散，而下贝氏体的转变速度取决于碳在铁素体中的扩散。
因此，贝氏体转变速度远比贝氏体低。
2）贝氏体转变是一个形核与长大的过程
•贝氏体转变时奥氏体时通过马氏体转变机制，即切变机制转变而成的。
3）贝氏体中碳化物的分布与形成温度有关
奥氏体在中温区不同温度等温，由于贝氏体中碳化物分布不同，可以形成不同类型的贝氏体。
•对于低碳钢，如果转变温度比较高，碳原子扩散能力比较强，在贝氏体中铁素体形成的同事，碳原子可以由铁素体通过铁素体—奥氏体相界面向奥氏体进行充分扩散，从而得到由条状铁素体组成的无碳化物贝氏体。
由于形成温度高，过冷度小，新相和母相自由能差小。
故铁素体条间距离较大。
未转变的奥氏体在继续保温过程中转变为珠光体或冷却至冷却至室温转变为马氏体，也可以残留奥氏体形式保留下来。
•当奥氏体转温度较低情况下，处于上贝氏体转变温度范围内，此时碳原子由铁素体通过铁素体-奥氏体相界面向奥氏体的扩散不能充分进行。
因此在奥氏体晶界上形成相互平行的铁素体条的同时，故当铁素体条件奥氏体的碳浓度腹肌到一定程度是时便析出渗碳体，从而得到在铁素体条间断续渗碳体的羽毛状贝氏体。
•当奥氏体转变温度更低时，碳在奥氏体中的扩散更加困难，而碳
在铁素体中的扩散仍可进行。
因而使碳原子只能通在铁素体内某些特定晶面上聚集，进而析出碳化物，得到针状的下贝氏体组织。
END
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