金属固态相变原理及应用：第五章 贝氏体相变12.ppt

材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用贝氏体相变贝氏体相变美国物理冶金学家美国物理冶金学家E. C. Bain（贝茵）功（贝茵）功绩突出，于是这种中温转变被称为贝氏绩突出，于是这种中温转变被称为贝氏体相变，转变产物命名为贝氏体体相变，转变产物命名为贝氏体（（Bainite）） 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用对贝氏体相变本质对贝氏体相变本质的的理解理解 贝氏体相变（获得下贝氏体组织时）能贝氏体相变（获得下贝氏体组织时）能使钢的综合力学性能使钢的综合力学性能““一步到位一步到位””，可取代，可取代调质处理（淬火调质处理（淬火+ +高温回火），节约能源，高温回火），节约能源，降低成本；贝氏体等温淬火还可以减少工件降低成本；贝氏体等温淬火还可以减少工件的变形和开裂因此，贝氏体在实际生产上的变形和开裂因此，贝氏体在实际生产上具有广阔的应用前景具有广阔的应用前景 贝氏体的中国情结！贝氏体的中国情结！柯俊（切变学派）柯俊（切变学派）——徐祖耀（扩散学派）徐祖耀（扩散学派）Cottrell——Aaronson材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用 钢经奥氏体化后过冷到珠光体相变与马钢经奥氏体化后过冷到珠光体相变与马氏体相变之间的中温区时，将发生贝氏体相氏体相变之间的中温区时，将发生贝氏体相变，亦称为变，亦称为中温转变中温转变。

在此温度范围内，铁原子已难以扩散，在此温度范围内，铁原子已难以扩散，而碳原子尚能扩散，其相变产物一般为而碳原子尚能扩散，其相变产物一般为铁素铁素体基体加渗碳体体基体加渗碳体的的非层状组织非层状组织贝氏体相变贝氏体相变兼有切变兼有切变共格型相变共格型相变和和扩散型相变扩散型相变的特征材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用贝氏体相变贝氏体相变1 1 贝氏体相变的基本特征和组织形态贝氏体相变的基本特征和组织形态2 2 贝氏体相变机制贝氏体相变机制3 3 贝氏体相变动力学及其影响因素贝氏体相变动力学及其影响因素4 4 钢中贝氏体的机械性能钢中贝氏体的机械性能材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用• 贝氏体相变的基本特征和组织形态贝氏体相变的基本特征和组织形态1．贝氏体相变的基本特征．贝氏体相变的基本特征1）贝氏体相变的温度范围）贝氏体相变的温度范围 贝氏体相变也有一个上限温度贝氏体相变也有一个上限温度Bs点，奥氏点，奥氏体必须过冷到体必须过冷到Bs点以下才能发生贝氏体相变。

点以下才能发生贝氏体相变贝氏体相变贝氏体相变也也不能进行完全，总有残余奥氏不能进行完全，总有残余奥氏体存在等温温度愈靠近体存在等温温度愈靠近Bs点，贝氏体量就点，贝氏体量就愈少材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用2）贝氏体相变的产物）贝氏体相变的产物 贝氏体是贝氏体是α+碳化物的机械混合物，碳化物的机械混合物，但不是层片状组织，且碳化物的分布但不是层片状组织，且碳化物的分布状态随形成温度不同而异状态随形成温度不同而异 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用 较高温度形成的较高温度形成的上贝氏体上贝氏体，其碳化物是，其碳化物是渗碳体，一般分布在铁素体条之间；渗碳体，一般分布在铁素体条之间； 较低温度形成的较低温度形成的下贝氏体下贝氏体，其碳化物既，其碳化物既可以是渗碳体，也可以是可以是渗碳体，也可以是ε-ε-碳化物，主要分碳化物，主要分布在铁素体条内部布在铁素体条内部 在低、中碳钢中，当贝氏体形成温度较在低、中碳钢中，当贝氏体形成温度较高时，也可能形成不含碳化物的高时，也可能形成不含碳化物的无碳化物贝无碳化物贝氏体氏体。

材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用3）贝氏体相变动力学）贝氏体相变动力学 贝氏体相变也是一种形核和长大过贝氏体相变也是一种形核和长大过程与珠光体相变一样，贝氏体可以程与珠光体相变一样，贝氏体可以在一定温度范围内等温形成，也可以在一定温度范围内等温形成，也可以在某一冷却速度范围内连续冷却转变在某一冷却速度范围内连续冷却转变 贝氏体等温形成时，需要一定的孕贝氏体等温形成时，需要一定的孕育期，其等温转变动力学曲线也呈育期，其等温转变动力学曲线也呈“C”字形材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用4）贝氏体相变的扩散性）贝氏体相变的扩散性 贝氏体相变是由一个单相（贝氏体相变是由一个单相（γ）转变为两）转变为两个相（个相（α相和碳化物）的过程，所以相变相和碳化物）的过程，所以相变过程中必须有碳原子的扩散过程中必须有碳原子的扩散 对未转变的奥氏体和已经形成的碳化物对未转变的奥氏体和已经形成的碳化物进行成分测定发现，贝氏体相变时奥氏体进行成分测定发现，贝氏体相变时奥氏体的碳含量确实发生了变化，但合金元素的的碳含量确实发生了变化，但合金元素的分布并没有改变。

分布并没有改变材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用 这表明，贝氏体相变时只有碳原子的扩散，这表明，贝氏体相变时只有碳原子的扩散，而合金元素包括铁原子都不发生扩散，至少而合金元素包括铁原子都不发生扩散，至少不发生较长距离的扩散不发生较长距离的扩散 碳原子的扩散对贝氏体相变起控制作用，碳原子的扩散对贝氏体相变起控制作用，上贝氏体的相变速度取决于碳在上贝氏体的相变速度取决于碳在γ-Fe中的扩中的扩散，下贝氏体的相变速度取决于碳在散，下贝氏体的相变速度取决于碳在α-Fe中中的扩散 所以，影响碳原子扩散的所有因素都会影所以，影响碳原子扩散的所有因素都会影响到贝氏体的相变速度响到贝氏体的相变速度材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用5）贝氏体相变的晶体学特征）贝氏体相变的晶体学特征 α-Fe是按切变共格方式长大，在平滑试样是按切变共格方式长大，在平滑试样表面上产生浮突表面上产生浮突 贝氏体中铁素体具有一定的惯习面，并与贝氏体中铁素体具有一定的惯习面，并与母相奥氏体保持一定的晶体学位向关系。

上母相奥氏体保持一定的晶体学位向关系上贝氏体的惯习面为贝氏体的惯习面为{111}γ，下贝氏体的惯习，下贝氏体的惯习面一般为面一般为{225}γ材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用5）贝氏体相变的晶体学特征）贝氏体相变的晶体学特征 贝氏体中铁素体与奥氏体之间存在贝氏体中铁素体与奥氏体之间存在K-S位向关系贝氏体中渗碳体与奥氏体位向关系贝氏体中渗碳体与奥氏体以及贝氏体中渗碳体与铁素体之间亦存以及贝氏体中渗碳体与铁素体之间亦存在一定的晶体学位向关系在一定的晶体学位向关系材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用2．钢中贝氏体的组织形态．钢中贝氏体的组织形态 贝氏体组织形态随钢的化学成分以贝氏体组织形态随钢的化学成分以及形成温度不同而异，其主要形态为及形成温度不同而异，其主要形态为上贝氏体和下贝氏体两种，还有一些上贝氏体和下贝氏体两种，还有一些其他形态的贝氏体其他形态的贝氏体材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用1）上贝氏体）上贝氏体 在贝氏体相变区较高温度范围内形成在贝氏体相变区较高温度范围内形成的贝氏体称为上贝氏体。

对于中、高碳的贝氏体称为上贝氏体对于中、高碳钢来说，上贝氏体大约在钢来说，上贝氏体大约在350～～550℃的的温度区间形成温度区间形成 典型的上贝氏体组织在光镜下观察时典型的上贝氏体组织在光镜下观察时呈羽毛状、条状或针状，少数呈椭圆形呈羽毛状、条状或针状，少数呈椭圆形或矩形材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用T8钢的上贝氏体组织钢的上贝氏体组织 在电镜下观察时可在电镜下观察时可看到上贝氏体组织为一看到上贝氏体组织为一束大致平行分布的条状束大致平行分布的条状铁素体和夹于条间的断铁素体和夹于条间的断续条状碳化物的混合物，续条状碳化物的混合物，在条状铁素体中有位错在条状铁素体中有位错缠结存在缠结存在材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用钢中典型上贝氏体组织示意图钢中典型上贝氏体组织示意图上贝氏体上贝氏体较高温度形成的上贝氏较高温度形成的上贝氏体，其中渗碳体一般分体，其中渗碳体一般分布在铁素体条之间；布在铁素体条之间；材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用 条状铁素体多在奥氏体的晶界形核，条状铁素体多在奥氏体的晶界形核，自晶界的一侧或两侧向奥氏体晶内长大。

自晶界的一侧或两侧向奥氏体晶内长大条状铁素体束与板条马氏体束很相近，条状铁素体束与板条马氏体束很相近，束内相邻铁素体板条之间的位向差很小，束内相邻铁素体板条之间的位向差很小，束与束之间则有较大的位向差束与束之间则有较大的位向差 条状铁素体的碳含量接近平衡浓度，条状铁素体的碳含量接近平衡浓度，条间碳化物均为渗碳体型碳化物条间碳化物均为渗碳体型碳化物材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用 一般情况下，随钢中碳含量增加，一般情况下，随钢中碳含量增加，B上上中的中的铁素体条增多并变薄，条间渗碳体的数量增铁素体条增多并变薄，条间渗碳体的数量增多，其形态也由粒状变为链珠状、短杆状、多，其形态也由粒状变为链珠状、短杆状、直至断续条状直至断续条状 当当C%达到共析浓度时，渗碳体不仅分布达到共析浓度时，渗碳体不仅分布在铁素体条之间，而且也在铁素体条内沉淀，在铁素体条之间，而且也在铁素体条内沉淀，这种组织称为共析钢这种组织称为共析钢B上上随相变温度下降，随相变温度下降， B上上中的铁素体条变薄，渗碳体细化且弥散度中的铁素体条变薄，渗碳体细化且弥散度增大。

增大材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用 上贝氏体中的铁素体形成时可在抛光试样上贝氏体中的铁素体形成时可在抛光试样表面形成浮凸表面形成浮凸 上贝氏体中铁素体的惯习面为上贝氏体中铁素体的惯习面为{111}γ，与，与奥氏体之间的位向关系为奥氏体之间的位向关系为K-S关系碳化物关系碳化物的惯习面为的惯习面为{227}γ，与奥氏体之间也存在一，与奥氏体之间也存在一定的位向关系，因此一般认为碳化物是从奥定的位向关系，因此一般认为碳化物是从奥氏体中直接析出的氏体中直接析出的材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用 在含有在含有Si或或Al的钢中，由于的钢中，由于Si和和Al具有具有延缓渗碳体沉淀的作用，铁素体条之间延缓渗碳体沉淀的作用，铁素体条之间的奥氏体为碳所富集而趋于稳定，很少的奥氏体为碳所富集而趋于稳定，很少沉淀或基本上不沉淀出渗碳体，形成在沉淀或基本上不沉淀出渗碳体，形成在条状铁素体之间夹有残余奥氏体的上贝条状铁素体之间夹有残余奥氏体的上贝氏体组织。

氏体组织材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用2）下贝氏体）下贝氏体 在贝氏体相变区较低温度范围内形成的贝在贝氏体相变区较低温度范围内形成的贝氏体称为下贝氏体对于中、高碳钢，下贝氏体称为下贝氏体对于中、高碳钢，下贝氏体大约在氏体大约在350℃～～Ms之间形成之间形成 典型的下贝氏体组织在光镜下呈暗黑色针状典型的下贝氏体组织在光镜下呈暗黑色针状或片状，而且各个片之间都有一定的交角，或片状，而且各个片之间都有一定的交角，其立体形态为透镜状，与试样磨面相交而呈其立体形态为透镜状，与试样磨面相交而呈片状或针状片状或针状材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用GCr15钢的下贝氏体组织钢的下贝氏体组织材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用 下贝氏体既可以在奥氏体晶界上形核，下贝氏体既可以在奥氏体晶界上形核，也可以在奥氏体晶粒内部形核。

在电镜也可以在奥氏体晶粒内部形核在电镜下观察可以看出，在下贝氏体铁素体片下观察可以看出，在下贝氏体铁素体片中分布着排列成行的细片状或粒状碳化中分布着排列成行的细片状或粒状碳化物，并以物，并以55～～60o的角度与铁素体针长的角度与铁素体针长轴相交下贝氏体的碳化物仅分布在铁轴相交下贝氏体的碳化物仅分布在铁素体片的内部素体片的内部材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用钢中典型下贝氏体组织示意图钢中典型下贝氏体组织示意图材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用下贝氏体下贝氏体 较低温度形成的下贝氏体，其碳化物较低温度形成的下贝氏体，其碳化物既可以是渗碳体，也可以是既可以是渗碳体，也可以是ε-碳化物，碳化物，主要分布在铁素体条内部主要分布在铁素体条内部材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用 下贝氏体形成时也会在光滑试样表面产下贝氏体形成时也会在光滑试样表面产生浮突，但其形状与上贝氏体组织不同。

生浮突，但其形状与上贝氏体组织不同 上贝氏体的表面浮突大致平行，从奥氏上贝氏体的表面浮突大致平行，从奥氏体晶界的一侧或两侧向晶粒内部伸展；体晶界的一侧或两侧向晶粒内部伸展； 下贝氏体的表面浮突往往相交呈下贝氏体的表面浮突往往相交呈“∧∧”形，而且还有一些较小的浮突在先形成的形，而且还有一些较小的浮突在先形成的较大浮突的两侧形成较大浮突的两侧形成材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用 下贝氏体中铁素体的碳含量远远高于下贝氏体中铁素体的碳含量远远高于平衡碳含量平衡碳含量 下贝氏体铁素体的亚结构与板条马氏下贝氏体铁素体的亚结构与板条马氏体和上贝氏体铁素体相似，也是缠结位体和上贝氏体铁素体相似，也是缠结位错，但位错密度往往高于上贝氏体铁素错，但位错密度往往高于上贝氏体铁素体，而且未发现有孪晶亚结构存在体，而且未发现有孪晶亚结构存在材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用 下贝氏体中铁素体与奥氏体之间的位下贝氏体中铁素体与奥氏体之间的位向关系为向关系为K-S关系。

下贝氏体中铁素体关系下贝氏体中铁素体的惯习面比较复杂，有人测得为的惯习面比较复杂，有人测得为{111}γ，也有人测得为，也有人测得为{254}γ及及{569}γ材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用 下贝氏体中的碳化物也可是渗碳体下贝氏体中的碳化物也可是渗碳体温度较低时，初期形成温度较低时，初期形成ε-碳化物，随时碳化物，随时间延长，间延长，ε-碳化物转变为碳化物转变为θ-碳化物 下贝氏体中铁素体与下贝氏体中铁素体与θ-碳化物及碳化物及ε-碳碳化物之间均存在一定的位向关系，因化物之间均存在一定的位向关系，因此一般认为碳化物是从过饱和铁素体此一般认为碳化物是从过饱和铁素体中析出的中析出的材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用粒状贝氏体粒状贝氏体 低、中碳合金钢以一定速度连续冷低、中碳合金钢以一定速度连续冷却或在上贝氏体相变区高温范围内等温却或在上贝氏体相变区高温范围内等温时可形成粒状贝氏体时可形成粒状贝氏体。

粒状贝氏体在刚刚形成时，是由块粒状贝氏体在刚刚形成时，是由块状铁素体和粒状状铁素体和粒状( (岛状岛状) )富碳奥氏体所组富碳奥氏体所组成的富碳奥氏体可以分布在铁素体晶成的富碳奥氏体可以分布在铁素体晶粒内部，也可以分布在铁素体晶界上粒内部，也可以分布在铁素体晶界上材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用 粒状贝氏体组织的基体是由条状铁粒状贝氏体组织的基体是由条状铁素体合并而成的，铁素体的碳含量很低，素体合并而成的，铁素体的碳含量很低，接近平衡浓度，而富碳奥氏体区的碳含接近平衡浓度，而富碳奥氏体区的碳含量则很高量则很高 铁素体与富碳奥氏体区的合金元素铁素体与富碳奥氏体区的合金元素含量与钢的平均含量相同这表明在粒含量与钢的平均含量相同这表明在粒状贝氏体形成过程中有碳的扩散而无合状贝氏体形成过程中有碳的扩散而无合金元素的扩散金元素的扩散材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用 富碳奥氏体区在随后冷却过程中可能富碳奥氏体区在随后冷却过程中可能发生以下三种情况：发生以下三种情况： 1、部分或全部分解为、部分或全部分解为αα+碳化物的混合碳化物的混合物；物； 2、部分转变为马氏体，这种马氏体的碳、部分转变为马氏体，这种马氏体的碳含量甚高，常常是孪晶马氏体，故岛状物含量甚高，常常是孪晶马氏体，故岛状物是由是由γ+α′所组成；所组成； 3、或者全部保留下来，成为残余奥氏体。

或者全部保留下来，成为残余奥氏体材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用4 4）无碳化物贝氏体）无碳化物贝氏体 无碳化物贝氏体一般形成于低碳钢中，无碳化物贝氏体一般形成于低碳钢中，是在贝氏体相变区最高温度范围内形成的是在贝氏体相变区最高温度范围内形成的 无碳化物贝氏体由大致平行的单相条状无碳化物贝氏体由大致平行的单相条状铁素体所组成，所以也称为铁素体贝氏体或铁素体所组成，所以也称为铁素体贝氏体或无碳贝氏体条状铁素体之间有一定的距离，无碳贝氏体条状铁素体之间有一定的距离，条间一般为由富碳奥氏体转变而成的马氏体，条间一般为由富碳奥氏体转变而成的马氏体，有时是富碳奥氏体的分解产物或者全部是未有时是富碳奥氏体的分解产物或者全部是未转变的残余奥氏体转变的残余奥氏体 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用 无碳化物贝氏体形成时也会出现表面无碳化物贝氏体形成时也会出现表面浮突，其铁素体中也有一定数量的位错。

浮突，其铁素体中也有一定数量的位错 无碳化物贝氏体与奥氏体之间的位向关无碳化物贝氏体与奥氏体之间的位向关系为系为K－－S关系，惯习面为关系，惯习面为{111}γ材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用低碳低合金钢中的低碳低合金钢中的BⅠ、、BⅡ、、BⅢ 在某些低碳低合金高强度钢中的贝氏在某些低碳低合金高强度钢中的贝氏体可明显地分为三类：体可明显地分为三类：BⅠ、、BⅡ和和BⅢ，，它们的铁素体均为条状，但碳化物的形它们的铁素体均为条状，但碳化物的形态和分布不同态和分布不同材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用 BⅠ在在600～～500℃等温形成，没有碳化物存等温形成，没有碳化物存在，相当于无碳化物贝氏体；在，相当于无碳化物贝氏体； BⅡ在在500～～450℃等温形成，碳化物主要以等温形成，碳化物主要以杆状或断续条状分布在条状铁素体之间，相杆状或断续条状分布在条状铁素体之间，相当于上贝氏体；当于上贝氏体； BⅢ在在450℃～～Ms点等温形成，碳化物呈粒点等温形成，碳化物呈粒状均匀分布于整个条状铁素体组织内部，类状均匀分布于整个条状铁素体组织内部，类似于下贝氏体。

似于下贝氏体材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用 在连续冷却时，也可形成这三类贝氏体在连续冷却时，也可形成这三类贝氏体 冷却速度较慢时，形成冷却速度较慢时，形成BⅠ 冷却速度居中时，形成冷却速度居中时，形成BⅡ 冷却速度较快时，形成冷却速度较快时，形成BⅢ BⅢ组织具有较好的综合机械性能，特组织具有较好的综合机械性能，特别是钢中获得别是钢中获得BⅢ加板条马氏体组织时，加板条马氏体组织时，强度和韧性都高，是一种有工程应用价值强度和韧性都高，是一种有工程应用价值的组织形态的组织形态材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用 一般认为贝氏体相变过程是马氏体相一般认为贝氏体相变过程是马氏体相变加碳原子的扩散但为什么在变加碳原子的扩散但为什么在Ms点以点以上会有马氏体型相变发生？这是贝氏体上会有马氏体型相变发生？这是贝氏体相变机制必须首先要说明的问题相变机制必须首先要说明的问题2 贝氏体相变机制贝氏体相变机制材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用恩金贝氏体相变假说恩金贝氏体相变假说 该假说认为，在贝氏体相变发生之该假说认为，在贝氏体相变发生之前奥氏体中形成了贫碳区和富碳区。

在前奥氏体中形成了贫碳区和富碳区在贫碳区发生马氏体相变而形成低碳马氏贫碳区发生马氏体相变而形成低碳马氏体，然后马氏体迅速回火形成过饱和铁体，然后马氏体迅速回火形成过饱和铁素体和渗碳体的机械混合物，即贝氏体素体和渗碳体的机械混合物，即贝氏体材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用（（ⅰ））0.23%C钢奥氏体化后在钢奥氏体化后在250℃等温形成下贝氏体，其中铁素体的碳等温形成下贝氏体，其中铁素体的碳浓度为浓度为0.15%，远远超过该温度下铁素，远远超过该温度下铁素体的饱和碳浓度认为这种铁素体实体的饱和碳浓度认为这种铁素体实质上是低碳马氏体；质上是低碳马氏体；材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用（（ⅱ）中碳钢在）中碳钢在300℃等温形成下贝氏体，等温形成下贝氏体，随贝氏体转变量增加，剩余随贝氏体转变量增加，剩余γ中的碳浓度升中的碳浓度升高说明在相变过程中碳原子不断地由高说明在相变过程中碳原子不断地由α相相向向γ相中扩散，导致剩余相中扩散，导致剩余γ相中的碳浓度升高；相中的碳浓度升高；（（ⅲ）电解分离贝氏体中碳化物，测得其中）电解分离贝氏体中碳化物，测得其中合金元素含量与钢的原始含量相同。

认为在合金元素含量与钢的原始含量相同认为在相变过程中铁及合金元素原子不发生扩散相变过程中铁及合金元素原子不发生扩散材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用 因此，恩金提出了贫富碳理论假说，因此，恩金提出了贫富碳理论假说，认为在贝氏体相变发生之前奥氏体中已认为在贝氏体相变发生之前奥氏体中已经发生了碳的扩散重新分配，形成了贫经发生了碳的扩散重新分配，形成了贫碳区和富碳区碳区和富碳区 在贫碳区发生马氏体相变而形成低在贫碳区发生马氏体相变而形成低碳马氏体，然后马氏体迅速回火形成过碳马氏体，然后马氏体迅速回火形成过饱和铁素体和渗碳体的机械混合物，即饱和铁素体和渗碳体的机械混合物，即贝氏体材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用 在富碳区中先析出渗碳体，使其碳浓在富碳区中先析出渗碳体，使其碳浓度下降成为贫碳区，继而形成马氏体并度下降成为贫碳区，继而形成马氏体并通过回火成为铁素体加渗碳体的机械混通过回火成为铁素体加渗碳体的机械混合物（贝氏体）。

而在相变过程中铁及合物（贝氏体）而在相变过程中铁及合金元素的原子是不发生扩散的合金元素的原子是不发生扩散的材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用 在在Ms点以上温度等温，过冷奥氏体中点以上温度等温，过冷奥氏体中的贫碳区发生马氏体相变的原因可解释如下的贫碳区发生马氏体相变的原因可解释如下马氏体相变开始点马氏体相变开始点Ms随碳浓度增加而下降随碳浓度增加而下降当当Cγ浓度的奥氏体（浓度的奥氏体（a点）冷却至点）冷却至Ms点以下点以下时将发生马氏体相变时将发生马氏体相变Fe - Fe3C平衡状态图平衡状态图材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用 当冷却至当冷却至Ms点以上点以上T1温度（温度（b点）等温时，点）等温时，在孕育期内由于碳原子的扩散重新分配，在奥在孕育期内由于碳原子的扩散重新分配，在奥氏体内形成富碳区和贫碳区，其氏体内形成富碳区和贫碳区，其Ms点亦随之点亦随之发生变化发生变化 当贫碳区的碳浓度减小到当贫碳区的碳浓度减小到C1以下时，其以下时，其Ms点就升高到点就升高到T1以上温度，因此，贫碳区（以上温度，因此，贫碳区（c点）点）在在T1温度下就能够转变为马氏体。

此时的马氏温度下就能够转变为马氏体此时的马氏体为过饱和体为过饱和α相，在热力学上是不稳定的，在相，在热力学上是不稳定的，在随后的等温过程中发生回火转变，马氏体分解随后的等温过程中发生回火转变，马氏体分解成为成为α相和渗碳体的机械混合物，即贝氏体相和渗碳体的机械混合物，即贝氏体材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用 等温温度愈高，等温温度愈高，α相的过饱和度就愈小，相的过饱和度就愈小，贫碳区的贫碳区的Ms点就愈高贝氏体相变温度点就愈高贝氏体相变温度范围的上限范围的上限Bs点就是无碳奥氏体的点就是无碳奥氏体的Ms点 恩金假说能够解释贝氏体的形成、恩金假说能够解释贝氏体的形成、Bs点的意义和贝氏体中铁素体的碳浓度随点的意义和贝氏体中铁素体的碳浓度随等温温度变化而变化等现象，但没有解等温温度变化而变化等现象，但没有解释贝氏体的形态变化和组织结构等问题释贝氏体的形态变化和组织结构等问题材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用2．柯俊贝氏体相变假说．柯俊贝氏体相变假说根据相变理论，形成马氏体时系统自由能的总根据相变理论，形成马氏体时系统自由能的总变化变化△△G应为应为式中，式中，式中，式中，△△△△G Gv v为单位体积奥氏体与马氏体的化学为单位体积奥氏体与马氏体的化学为单位体积奥氏体与马氏体的化学为单位体积奥氏体与马氏体的化学自由能差；自由能差；自由能差；自由能差；V V为参与相变体积；为参与相变体积；为参与相变体积；为参与相变体积；S S为新相表面积；为新相表面积；为新相表面积；为新相表面积；σ σ为奥氏体与马氏体之间的表面张力；为奥氏体与马氏体之间的表面张力；为奥氏体与马氏体之间的表面张力；为奥氏体与马氏体之间的表面张力；E E为弹性能。

为弹性能为弹性能为弹性能材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用3．贝氏体的形成过程．贝氏体的形成过程与碳扩散脱溶程度密切相关与碳扩散脱溶程度密切相关 由于形成温度以及奥氏体的碳含量由于形成温度以及奥氏体的碳含量不同，贝氏体相变过程将按照不同的不同，贝氏体相变过程将按照不同的方式进行，从而形成不同形态的贝氏方式进行，从而形成不同形态的贝氏体组织材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用1 1）高温区的贝氏体相变）高温区的贝氏体相变 在亚共析钢中，由于形成温度高，相变驱在亚共析钢中，由于形成温度高，相变驱动力较小，所形成的铁素体板条数量较少，动力较小，所形成的铁素体板条数量较少，且宽度较大且宽度较大 铁素体中过饱和碳可以通过相界面很快扩铁素体中过饱和碳可以通过相界面很快扩散到奥氏体中使碳含量降低到平衡浓度在散到奥氏体中使碳含量降低到平衡浓度在一个奥氏体晶粒中，当一个条状铁素体长大一个奥氏体晶粒中，当一个条状铁素体长大时，由于自促发作用在其两侧也有条状铁素时，由于自促发作用在其两侧也有条状铁素体形成。

体形成材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用 由于扩散能力强，进入奥氏体中的由于扩散能力强，进入奥氏体中的碳很快向其内部扩散，使奥氏体的碳含碳很快向其内部扩散，使奥氏体的碳含量都得到提高而不至于聚集在界面附近量都得到提高而不至于聚集在界面附近析出碳化物析出碳化物 随着条状铁素体的长大，奥氏体的随着条状铁素体的长大，奥氏体的碳含量不断升高形成温度愈高，碳的碳含量不断升高形成温度愈高，碳的扩散愈充分，奥氏体的碳含量就愈高，扩散愈充分，奥氏体的碳含量就愈高，从而使奥氏体转变就愈困难，故出现贝从而使奥氏体转变就愈困难，故出现贝氏体相变不完全的现象氏体相变不完全的现象材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用 结果得到条状贝氏体铁素体加富碳结果得到条状贝氏体铁素体加富碳奥氏体的组织，即无碳化物贝氏体这奥氏体的组织，即无碳化物贝氏体这种富碳奥氏体有可能在继续等温以及随种富碳奥氏体有可能在继续等温以及随后冷却过程中转变为珠光体、其他类型后冷却过程中转变为珠光体、其他类型贝氏体、马氏体或保留至室温成为残余贝氏体、马氏体或保留至室温成为残余奥氏体。

奥氏体无碳化物贝氏体无碳化物贝氏体材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用2）中温区的贝氏体相变）中温区的贝氏体相变 在在350～～550℃的中温区，首先在奥的中温区，首先在奥氏体晶界附近形成铁素体晶核，并且氏体晶界附近形成铁素体晶核，并且成排地向奥氏体晶内长大，同时，铁成排地向奥氏体晶内长大，同时，铁素体中多余的碳通过扩散向两侧相界素体中多余的碳通过扩散向两侧相界面移动由于形成温度相对较低，碳面移动由于形成温度相对较低，碳的扩散能力有所下降，在奥氏体晶界的扩散能力有所下降，在奥氏体晶界形成的相互平行的条状铁素体密集而形成的相互平行的条状铁素体密集而细小材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用 由于碳在铁素体中的扩散速度大由于碳在铁素体中的扩散速度大于在奥氏体中的扩散速度，此时碳在于在奥氏体中的扩散速度，此时碳在奥氏体中的扩散已经很困难，因而晶奥氏体中的扩散已经很困难，因而晶界附近的奥氏体，尤其是两个条状铁界附近的奥氏体，尤其是两个条状铁素体之间的奥氏体中的碳含量将随铁素体之间的奥氏体中的碳含量将随铁素体的长大而显著升高。

素体的长大而显著升高材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用 当碳浓度升高到一定程度时，将在条状铁素体当碳浓度升高到一定程度时，将在条状铁素体当碳浓度升高到一定程度时，将在条状铁素体当碳浓度升高到一定程度时，将在条状铁素体之间析出渗碳体而转变为典型的上贝氏体组织由之间析出渗碳体而转变为典型的上贝氏体组织由之间析出渗碳体而转变为典型的上贝氏体组织由之间析出渗碳体而转变为典型的上贝氏体组织由于得不到奥氏体中碳原子的不断补充，这些在铁素于得不到奥氏体中碳原子的不断补充，这些在铁素于得不到奥氏体中碳原子的不断补充，这些在铁素于得不到奥氏体中碳原子的不断补充，这些在铁素体条间析出的渗碳体是不连续的体条间析出的渗碳体是不连续的体条间析出的渗碳体是不连续的体条间析出的渗碳体是不连续的 因此，上贝氏体的转变速度是受碳在奥氏体中因此，上贝氏体的转变速度是受碳在奥氏体中因此，上贝氏体的转变速度是受碳在奥氏体中因此，上贝氏体的转变速度是受碳在奥氏体中的扩散所控制的随形成温度降低，条状铁素体变的扩散所控制的。

随形成温度降低，条状铁素体变的扩散所控制的随形成温度降低，条状铁素体变的扩散所控制的随形成温度降低，条状铁素体变薄，且铁素体条间析出的渗碳体颗粒细化薄，且铁素体条间析出的渗碳体颗粒细化薄，且铁素体条间析出的渗碳体颗粒细化薄，且铁素体条间析出的渗碳体颗粒细化材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用3 3）低温区的贝氏体相变）低温区的贝氏体相变 在中、高碳钢中，贝氏体首先在奥氏体在中、高碳钢中，贝氏体首先在奥氏体晶界或晶内某些贫碳区形成铁素体晶核，并晶界或晶内某些贫碳区形成铁素体晶核，并按切变共格方式长大成片状或透镜状按切变共格方式长大成片状或透镜状 由于相变温度更低，碳原子在奥氏体中由于相变温度更低，碳原子在奥氏体中已不能扩散，但在铁素体中尚有一定的扩散已不能扩散，但在铁素体中尚有一定的扩散能力，仍能在铁素体中进行短程扩散，但较能力，仍能在铁素体中进行短程扩散，但较难扩散至相界面处难扩散至相界面处材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用 因此，当铁素体长大时，碳原子因此，当铁素体长大时，碳原子在铁素体晶内沿一定晶面或亚晶界偏在铁素体晶内沿一定晶面或亚晶界偏聚，继而析出细片状碳化物。

聚，继而析出细片状碳化物 与马氏体相变类似，当一片铁素与马氏体相变类似，当一片铁素体长大时，会促发其他方向形成片状体长大时，会促发其他方向形成片状铁素体，因而形成典型的下贝氏体铁素体，因而形成典型的下贝氏体材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用 下贝氏体的转变速度是受碳在铁素下贝氏体的转变速度是受碳在铁素体中的扩散所控制的，碳化物析出和铁体中的扩散所控制的，碳化物析出和铁素体长大两个过程是同时进行的素体长大两个过程是同时进行的材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用 因此，下贝氏体的转变速度是受因此，下贝氏体的转变速度是受碳在铁素体中的扩散所控制的，碳化碳在铁素体中的扩散所控制的，碳化物析出和铁素体长大两个过程是同时物析出和铁素体长大两个过程是同时进行的随形成温度降低，碳化物颗进行的随形成温度降低，碳化物颗粒变得细小、弥散若形成温度不太粒变得细小、弥散若形成温度不太低，且钢的碳含量较高时，也可以在低，且钢的碳含量较高时，也可以在铁素体边缘析出少量的碳化物。

铁素体边缘析出少量的碳化物材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用4 4）粒状贝氏体的形成）粒状贝氏体的形成 可以认为某些低合金钢中出现的可以认为某些低合金钢中出现的粒状贝氏体是由无碳化物贝氏体演变粒状贝氏体是由无碳化物贝氏体演变而来的当无碳化物贝氏体的条状铁而来的当无碳化物贝氏体的条状铁素体长大到彼此汇合时，剩下的岛状素体长大到彼此汇合时，剩下的岛状富碳奥氏体便为铁素体所包围，沿铁富碳奥氏体便为铁素体所包围，沿铁素体条间呈条状断续分布素体条间呈条状断续分布材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用 因钢的碳含量低，岛状奥氏体中因钢的碳含量低，岛状奥氏体中的碳含量不至于过高而析出碳化物，的碳含量不至于过高而析出碳化物，这样就形成粒状贝氏体这样就形成粒状贝氏体 如果延长等温时间或进一步降低如果延长等温时间或进一步降低温度，则岛状富碳奥氏体将有可能分温度，则岛状富碳奥氏体将有可能分解为珠光体或转变为马氏体，也有可解为珠光体或转变为马氏体，也有可能保留到室温。

能保留到室温材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用 综上所述，不同形态贝氏体中的铁综上所述，不同形态贝氏体中的铁素体都是通过切变机制形成的，只是因素体都是通过切变机制形成的，只是因为形成温度不同，使铁素体中的碳脱溶为形成温度不同，使铁素体中的碳脱溶以及碳化物的形成方式不同而导致贝氏以及碳化物的形成方式不同而导致贝氏体组织形态的不同体组织形态的不同 碳的扩散及脱溶沉淀是控制贝氏体碳的扩散及脱溶沉淀是控制贝氏体相变及其组织形态的基本因素阻碍碳相变及其组织形态的基本因素阻碍碳的扩散或碳化物沉淀的合金元素都会提的扩散或碳化物沉淀的合金元素都会提高富碳奥氏体的碳浓度而提高其稳定性高富碳奥氏体的碳浓度而提高其稳定性材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用3 贝氏体相变动力学及其影响因素贝氏体相变动力学及其影响因素 与珠光体一样，贝氏体也可以等与珠光体一样，贝氏体也可以等温形成，其等温转变动力学图也呈温形成，其等温转变动力学图也呈“C” 字形。

字形材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用某合金钢等温转变动力学图（示意）某合金钢等温转变动力学图（示意）( (珠光体转变与贝氏体转变已分离珠光体转变与贝氏体转变已分离) )材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用 有些钢中，贝氏体等温转变动力学图与有些钢中，贝氏体等温转变动力学图与珠光体等温转变动力学图部分重叠，整个珠光体等温转变动力学图部分重叠，整个过冷奥氏体等温转变图只呈现一个过冷奥氏体等温转变图只呈现一个“鼻尖鼻尖” 此时，过冷奥氏体具有混合转变的特征此时，过冷奥氏体具有混合转变的特征如在较低温度等温时，先形成一部分贝氏如在较低温度等温时，先形成一部分贝氏体，随后再发生珠光体转变；在较高温度体，随后再发生珠光体转变；在较高温度等温时，可先形成一部分珠光体，接着再等温时，可先形成一部分珠光体，接着再发生贝氏体相变发生贝氏体相变1 1．贝氏体等温相变动力学．贝氏体等温相变动力学材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用某合金钢等温转变动力学图（示意）某合金钢等温转变动力学图（示意）某合金钢等温转变动力学图（示意）某合金钢等温转变动力学图（示意）( (贝氏体和珠光体的转变曲线轮廓合为一条贝氏体和珠光体的转变曲线轮廓合为一条贝氏体和珠光体的转变曲线轮廓合为一条贝氏体和珠光体的转变曲线轮廓合为一条C C曲线曲线曲线曲线) )材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用2．贝氏体相变时碳的扩散．贝氏体相变时碳的扩散 贝氏体相变是在碳原子还能进行扩散贝氏体相变是在碳原子还能进行扩散的中温区发生的。

贝氏体相变主要受碳的的中温区发生的贝氏体相变主要受碳的扩散所控制，相变速度扩散所控制，相变速度u与相变温度与相变温度T之间之间存在下列关系：存在下列关系：式中，式中，Q为扩散激活能；为扩散激活能；k为玻尔兹曼常数；为玻尔兹曼常数；u0为常数材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用为达到一定转变量所需的时间为达到一定转变量所需的时间τ与温度与温度T之间存在下列关系：之间存在下列关系：取对数得到取对数得到即所需时间的对数与温度的倒数成正比即所需时间的对数与温度的倒数成正比材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用贝氏体转变贝氏体转变50％所需时间％所需时间τ50的对数与的对数与1/T之间存在直线关系之间存在直线关系材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用 值得注意的是，在上、下贝氏体的分界处值得注意的是，在上、下贝氏体的分界处（约（约350℃左右）直线都有一个转折，这表明左右）直线都有一个转折，这表明控制上、下贝氏体相变的扩散过程激活能是不控制上、下贝氏体相变的扩散过程激活能是不同的。

可以根据直线的斜率计算出贝氏体相变同的可以根据直线的斜率计算出贝氏体相变的激活能的激活能 经测定得出，共析钢的上、下贝氏体的激活经测定得出，共析钢的上、下贝氏体的激活能分别为能分别为126kJ/mol和和75kJ/mol，而碳在奥氏，而碳在奥氏体和铁素体中的扩散激活能分别为体和铁素体中的扩散激活能分别为126kJ/mol和和84kJ/mol材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用 因此可以认为，上、下贝氏体相变因此可以认为，上、下贝氏体相变分别受碳在奥氏体中和铁素体中的扩散分别受碳在奥氏体中和铁素体中的扩散速度所控制速度所控制 上贝氏体铁素体的长大速度主要取上贝氏体铁素体的长大速度主要取决于其前沿奥氏体中碳的扩散速度；决于其前沿奥氏体中碳的扩散速度； 下贝氏体相变的速度，则主要决定下贝氏体相变的速度，则主要决定于铁素体内碳化物沉淀的速度于铁素体内碳化物沉淀的速度材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用3．影响贝氏体相变动力学的因素．影响贝氏体相变动力学的因素注意两个过程：注意两个过程：γ→α；；C的扩散的扩散 内因内因：化学成分：化学成分 随随C%增加，贝氏体相变速度减慢，等增加，贝氏体相变速度减慢，等温转变温转变C曲线右移，而且曲线右移，而且“鼻尖鼻尖”温度下温度下移。

这是因为碳含量增高，形成贝氏体移这是因为碳含量增高，形成贝氏体时需要扩散的碳的数量增加时需要扩散的碳的数量增加材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用合金元素：主要影响自由能差合金元素：主要影响自由能差 除除Co和和Al加速贝氏体相变速度以外，其加速贝氏体相变速度以外，其他合金元素如他合金元素如Mn、、Ni、、Cu、、Cr、、Mo、、W、、Si、、V以及少量以及少量B都延缓贝氏体的形成，同时都延缓贝氏体的形成，同时也使贝氏体相变温度范围下降，其中以也使贝氏体相变温度范围下降，其中以Mn、、Cr、、Ni的影响最为显著钢中同时加入多种的影响最为显著钢中同时加入多种合金元素，其相互影响比较复杂合金元素，其相互影响比较复杂材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用内因内因：奥氏体晶粒大小和奥氏体化温度的：奥氏体晶粒大小和奥氏体化温度的影响影响 由于奥氏体晶界是贝氏体的优先形核由于奥氏体晶界是贝氏体的优先形核部位，所以一般来说，随奥氏体晶粒增大，部位，所以一般来说，随奥氏体晶粒增大，贝氏体相变孕育期增加，形成一定数量贝贝氏体相变孕育期增加，形成一定数量贝氏体所需的时间增加，相变速度减慢。

氏体所需的时间增加，相变速度减慢材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用 提高奥氏体化温度或延长时间，一方面提高奥氏体化温度或延长时间，一方面使碳化物溶解趋于完全，使奥氏体成分均匀使碳化物溶解趋于完全，使奥氏体成分均匀性提高，同时又使奥氏体晶粒长大，因而贝性提高，同时又使奥氏体晶粒长大，因而贝氏体相变速度减慢氏体相变速度减慢 但是，温度过高或保温时间过长时，又但是，温度过高或保温时间过长时，又有加速贝氏体相变的作用，即形成一定数量有加速贝氏体相变的作用，即形成一定数量贝氏体所需的时间缩短贝氏体所需的时间缩短材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用外因外因：应力和塑性变形的影响：应力和塑性变形的影响 过冷奥氏体的塑性变形可能对贝氏体相过冷奥氏体的塑性变形可能对贝氏体相变速度产生两种相反的作用：当塑性变形增变速度产生两种相反的作用：当塑性变形增加奥氏体晶体缺陷时，有利于碳的扩散，加加奥氏体晶体缺陷时，有利于碳的扩散，加速贝氏体相变；当塑性变形破坏奥氏体晶粒速贝氏体相变；当塑性变形破坏奥氏体晶粒取向的连续性，对铁素体共格长大不利时，取向的连续性，对铁素体共格长大不利时，将减缓贝氏体相变。

将减缓贝氏体相变 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用 在高温区（在高温区（1000～～800℃）对奥氏体进行）对奥氏体进行塑性变形，将使贝氏体相变孕育期延长，相塑性变形，将使贝氏体相变孕育期延长，相变速度减慢，相变不完全程度增加变速度减慢，相变不完全程度增加 在中温区（在中温区（600～～300℃）对奥氏体进行塑）对奥氏体进行塑性变形性变形,加工硬化明显，缺陷增加，碳扩散加加工硬化明显，缺陷增加，碳扩散加快，贝氏体相变孕育期缩短，相变速度加快快，贝氏体相变孕育期缩短，相变速度加快材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用 高温变形时可能产生两种相反的作用：高温变形时可能产生两种相反的作用： 一方面，塑性变形使奥氏体的晶体缺一方面，塑性变形使奥氏体的晶体缺陷密度增高，有利于碳的扩散，故使贝氏陷密度增高，有利于碳的扩散，故使贝氏体相变加速；体相变加速； 另一方面，奥氏体的塑性变形会产生另一方面，奥氏体的塑性变形会产生多边化亚结构，破坏晶粒取向的连续性，多边化亚结构，破坏晶粒取向的连续性，对铁素体的共格长大不利，故使贝氏体相对铁素体的共格长大不利，故使贝氏体相变减慢。

变减慢 当后者占优势时，贝氏体相变将减慢当后者占优势时，贝氏体相变将减慢材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用 中温塑性变形不仅使奥氏体中的缺陷密中温塑性变形不仅使奥氏体中的缺陷密度增高，有利于碳的扩散，而且造成内应力，度增高，有利于碳的扩散，而且造成内应力，有利于贝氏体铁素体按切变机制形成，故加有利于贝氏体铁素体按切变机制形成，故加快贝氏体相变速度快贝氏体相变速度 中温塑性变形不仅促进碳化物析出，而中温塑性变形不仅促进碳化物析出，而且可以细化贝氏体铁素体晶粒而高温塑性且可以细化贝氏体铁素体晶粒而高温塑性变形只能细化贝氏体铁素体晶粒变形只能细化贝氏体铁素体晶粒材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用外因外因：奥氏体冷却时在不同温度停留的：奥氏体冷却时在不同温度停留的影响影响 过冷奥氏体在冷却过程中在不同温过冷奥氏体在冷却过程中在不同温度下停留时对贝氏体相变的影响，可以度下停留时对贝氏体相变的影响，可以分为以下三种的情况。

分为以下三种的情况材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用实验发现在过冷奥氏体稳实验发现在过冷奥氏体稳实验发现在过冷奥氏体稳实验发现在过冷奥氏体稳定区停留后有碳化物析出，定区停留后有碳化物析出，定区停留后有碳化物析出，定区停留后有碳化物析出，因此认为，由于碳化物析因此认为，由于碳化物析因此认为，由于碳化物析因此认为，由于碳化物析出降低了奥氏体中碳和合出降低了奥氏体中碳和合出降低了奥氏体中碳和合出降低了奥氏体中碳和合金元素的浓度，即降低了金元素的浓度，即降低了金元素的浓度，即降低了金元素的浓度，即降低了奥氏体的稳定性，所以使奥氏体的稳定性，所以使奥氏体的稳定性，所以使奥氏体的稳定性，所以使贝氏体相变加速贝氏体相变加速贝氏体相变加速贝氏体相变加速 （（（（1 1）在珠光体相变与贝氏体相变之间的过冷奥氏）在珠光体相变与贝氏体相变之间的过冷奥氏）在珠光体相变与贝氏体相变之间的过冷奥氏）在珠光体相变与贝氏体相变之间的过冷奥氏体稳定区停留（曲线体稳定区停留（曲线体稳定区停留（曲线体稳定区停留（曲线1 1）时会加速随后的贝氏体相变）时会加速随后的贝氏体相变）时会加速随后的贝氏体相变）时会加速随后的贝氏体相变速度。

速度材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用 （（2 2）形成部分）形成部分B B上，再冷至上，再冷至B B下（曲线下（曲线2 2），延长贝氏体相变的孕育期即高温停），延长贝氏体相变的孕育期即高温停留增加了奥氏体的稳定性留增加了奥氏体的稳定性材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用（（（（3 3）））） 在在在在MsMs点稍下温度或在贝氏体形成温度范围点稍下温度或在贝氏体形成温度范围点稍下温度或在贝氏体形成温度范围点稍下温度或在贝氏体形成温度范围的低温区停留，先形成少量的马氏体或下贝氏体的低温区停留，先形成少量的马氏体或下贝氏体的低温区停留，先形成少量的马氏体或下贝氏体的低温区停留，先形成少量的马氏体或下贝氏体后再升高至较高温度（曲线后再升高至较高温度（曲线后再升高至较高温度（曲线后再升高至较高温度（曲线3 3）时，使随后的贝氏）时，使随后的贝氏）时，使随后的贝氏）时，使随后的贝氏体相变加速应变促发形核体相变加速。

应变促发形核体相变加速应变促发形核体相变加速应变促发形核材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用 先形成的马氏体或下贝氏体都将使先形成的马氏体或下贝氏体都将使随后的贝氏体（下贝氏体或上贝氏体）随后的贝氏体（下贝氏体或上贝氏体）相变加速其原因是由于较低温度下的相变加速其原因是由于较低温度下的部分相变使奥氏体点阵发生畸变（或应部分相变使奥氏体点阵发生畸变（或应变），从而加速了贝氏体的形核，即所变），从而加速了贝氏体的形核，即所谓应变促发形核，加速了贝氏体的形成谓应变促发形核，加速了贝氏体的形成材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用4 4 钢中贝氏体的机械性能钢中贝氏体的机械性能 一般来说，同一种钢的贝氏体强度和硬一般来说，同一种钢的贝氏体强度和硬度比马氏体低，比珠光体高得多；贝氏体的度比马氏体低，比珠光体高得多；贝氏体的塑性和韧性比马氏体好，比珠光体低得多塑性和韧性比马氏体好，比珠光体低得多贝氏体的力学性能取决于贝氏体的组织形态，贝氏体的力学性能取决于贝氏体的组织形态，又贝氏体中铁素体、碳化物及其它相（残余又贝氏体中铁素体、碳化物及其它相（残余奥氏体和过冷奥氏体的其它转变相）共同决奥氏体和过冷奥氏体的其它转变相）共同决定。

定 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用钢中贝氏体的强度硬度钢中贝氏体的强度硬度影响影响贝氏体强度硬度的主要因素：贝氏体强度硬度的主要因素： 铁素体晶粒大小：贝氏体的强度铁素体晶粒大小：贝氏体的强度与贝氏体中铁素体的晶粒大小符合与贝氏体中铁素体的晶粒大小符合Hall-Hall-PetchPetch公式，即铁素体晶粒（或公式，即铁素体晶粒（或亚晶粒）愈细小，贝氏体的强度就愈亚晶粒）愈细小，贝氏体的强度就愈高，而且韧性有时还有所提高高，而且韧性有时还有所提高材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用 贝氏体中铁素体的晶粒大小主要取决于贝氏体中铁素体的晶粒大小主要取决于奥氏体晶粒大小（影响铁素体条的长度）和奥氏体晶粒大小（影响铁素体条的长度）和形成温度（影响铁素体条的厚度），但以后形成温度（影响铁素体条的厚度），但以后者为主 贝氏体形成温度愈低，贝氏体铁素体晶粒贝氏体形成温度愈低，贝氏体铁素体晶粒的整体尺寸就愈小，贝氏体的强度和硬度就的整体尺寸就愈小，贝氏体的强度和硬度就愈高。

愈高材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用弥散强化：弥散强化： 碳化物颗粒尺寸愈细小，数量愈多，对碳化物颗粒尺寸愈细小，数量愈多，对强度的贡献越大，贝氏体强度与碳化物的弥强度的贡献越大，贝氏体强度与碳化物的弥散度也大致呈线性关系碳化物的大小、数散度也大致呈线性关系碳化物的大小、数量和分布主要取决于相变温度和奥氏体的含量和分布主要取决于相变温度和奥氏体的含碳量钢的成分一定时，随相变温度的降低，碳量钢的成分一定时，随相变温度的降低，渗碳体尺寸变小，数量增多，形态也由断续渗碳体尺寸变小，数量增多，形态也由断续杆状向粒状变化，贝氏体强度硬度增高杆状向粒状变化，贝氏体强度硬度增高材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用位错密度：位错密度：位错密度：位错密度： 贝氏体铁素体的亚结构主要为位错，位错密度贝氏体铁素体的亚结构主要为位错，位错密度贝氏体铁素体的亚结构主要为位错，位错密度贝氏体铁素体的亚结构主要为位错，位错密度也随转变温度的降低而增高。

也随转变温度的降低而增高也随转变温度的降低而增高也随转变温度的降低而增高固溶强化：固溶强化：固溶强化：固溶强化： 贝氏体中也存在固溶强化，但强化效果不是十贝氏体中也存在固溶强化，但强化效果不是十贝氏体中也存在固溶强化，但强化效果不是十贝氏体中也存在固溶强化，但强化效果不是十分显著贝氏体铁素体的含碳量稍高于平衡浓度，分显著贝氏体铁素体的含碳量稍高于平衡浓度，分显著贝氏体铁素体的含碳量稍高于平衡浓度，分显著贝氏体铁素体的含碳量稍高于平衡浓度，且饱和度随转变温度的下降而增大且饱和度随转变温度的下降而增大且饱和度随转变温度的下降而增大且饱和度随转变温度的下降而增大 综上所述，综上所述，综上所述，综上所述，相变温度是影响贝氏体强度硬度的相变温度是影响贝氏体强度硬度的相变温度是影响贝氏体强度硬度的相变温度是影响贝氏体强度硬度的决定性因素，随转变温度下降，贝氏体强度提高决定性因素，随转变温度下降，贝氏体强度提高决定性因素，随转变温度下降，贝氏体强度提高决定性因素，随转变温度下降，贝氏体强度提高材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用贝氏体的塑性和韧性贝氏体的塑性和韧性 贝氏体强度增加时，塑性会相应下降。

贝氏体强度增加时，塑性会相应下降 冲击韧性主要取决于碳化物的分布大冲击韧性主要取决于碳化物的分布大约在约在350ºC以上，冲击韧性开始下降这是以上，冲击韧性开始下降这是因为，因为，350ºC以上，组织中大部分是上贝氏以上，组织中大部分是上贝氏体，断续杆状渗碳体分布在铁素体条之间体，断续杆状渗碳体分布在铁素体条之间上贝氏体铁素体和碳化物尺寸都较大，且上贝氏体铁素体和碳化物尺寸都较大，且都具有较明显的方向性，容易形成大于临都具有较明显的方向性，容易形成大于临界尺寸的裂纹界尺寸的裂纹材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用下贝氏体的碳化物分布在铁素体内，下贝氏体的碳化物分布在铁素体内，且尺寸细小，难以形成临界尺寸的裂且尺寸细小，难以形成临界尺寸的裂纹，裂纹扩展时，也将受到大量弥散纹，裂纹扩展时，也将受到大量弥散碳化物和位错的阻止因此，上贝氏碳化物和位错的阻止因此，上贝氏体不仅强度低，韧性也很差，是不希体不仅强度低，韧性也很差，是不希望得到的组织，下贝氏体具有高的强望得到的组织，下贝氏体具有高的强度和良好的韧性。

度和良好的韧性材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用 对于具有回火脆性的钢，等温淬火对于具有回火脆性的钢，等温淬火获得贝氏体与淬火回火处理获得马氏体获得贝氏体与淬火回火处理获得马氏体相比，如果在回火脆性温度范围内回火，相比，如果在回火脆性温度范围内回火，当硬度或强度相同时，贝氏体组织的冲当硬度或强度相同时，贝氏体组织的冲击韧性高于回火马氏体；击韧性高于回火马氏体；材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用 当等温淬火温度较低，获得下贝氏体组织当等温淬火温度较低，获得下贝氏体组织时，可保持较高的冲击韧性，优于淬火回火时，可保持较高的冲击韧性，优于淬火回火处理；处理； 当等温淬火温度较高，获得上贝氏体组织当等温淬火温度较高，获得上贝氏体组织时，不仅强度降低而且冲击韧性也明显下降，时，不仅强度降低而且冲击韧性也明显下降，甚至低于淬火回火处理甚至低于淬火回火处理 因此，等温淬火处理只有获得下贝氏体加因此，等温淬火处理只有获得下贝氏体加残余奥氏体组织时，钢件才能具有较高的冲残余奥氏体组织时，钢件才能具有较高的冲击韧性和较低的脆性转折温度。

击韧性和较低的脆性转折温度材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用 若钢的碳含量或合金元素含量较若钢的碳含量或合金元素含量较高，高，MsMs点较低，淬火后获得孪晶马氏点较低，淬火后获得孪晶马氏体时，与淬火低温回火处理相比，等体时，与淬火低温回火处理相比，等温淬火获得的下贝氏体组织常常具有温淬火获得的下贝氏体组织常常具有较高的冲击韧性较高的冲击韧性材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用3 3）其他因素的影响）其他因素的影响 贝氏体相变时，可能存在未转变贝氏体相变时，可能存在未转变的过冷奥氏体过冷奥氏体可能变成的过冷奥氏体过冷奥氏体可能变成残余奥氏体或过冷奥氏体的其它转变残余奥氏体或过冷奥氏体的其它转变物如马氏体等残余奥氏体是软相，物如马氏体等残余奥氏体是软相，会降低贝氏体强度和硬度，提高塑性会降低贝氏体强度和硬度，提高塑性和韧性若残余奥氏体量少且均匀分和韧性若残余奥氏体量少且均匀分布，则对强度的影响较小。

布，则对强度的影响较小材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固固 态态 相相 变变 原原 理理 与与 应应 用用 实验表明，贝氏体中存在马氏体时，这种混实验表明，贝氏体中存在马氏体时，这种混合组织具有较高的强度和较好的韧性韧性同合组织具有较高的强度和较好的韧性韧性同时提高的原因是，先形成的贝氏体分割母相奥时提高的原因是，先形成的贝氏体分割母相奥氏体的晶粒，使其有效晶粒变小裂纹遇到贝氏体的晶粒，使其有效晶粒变小裂纹遇到贝氏体和马氏体晶界时将改变扩展方向氏体和马氏体晶界时将改变扩展方向 我国研制的低、中碳我国研制的低、中碳Mn-B系和系和Mn-Si-Cr系系贝氏体钢就是采用无碳化物贝氏体和马氏体混贝氏体钢就是采用无碳化物贝氏体和马氏体混合组织，得到强韧性的最佳配合，目前已得到合组织，得到强韧性的最佳配合，目前已得到广泛应用广泛应用。