固态相变作业31．试述贝氏体转变的基本特征。

答：贝氏体转变的基本特征：1、贝氏体转变有上、下限温度，对应于A1和Ms。

贝氏体转变有上限温度B S。

奥氏体需要过冷到B S以下才能发生贝氏体转变。

合金钢B S点容易测定，碳钢B S点由于有珠光体转变干扰，很难测定。

下限温度B F，可高于M S。

2、转变产物为非层片状，铁素体和渗碳体两相非层片状混合组织，铁素体形态不同于珠光体中的铁素体而类似于马氏体。

组织形态与转变温度密切相关，包括铁素体的形态、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，可以等温形成，也可以连续冷却形成。

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，这表明，贝氏体转变很可能包含两种不同的转变机制。

4、转变的不完全性。

贝氏体等温转变一般不能进行到底。

在贝氏体转变开始后，经过一定时间，形成一定数量的贝氏体(B)后，转变会停下来。

换言之，奥氏体不能全部转变为贝氏体。

等温温度升高，贝氏体转变的不完全程度增大。

未转变的奥氏体，随后等温，可能发生珠光体转变，称为“二次珠光体转变”。

5、转变的扩散性中温区，Fe及金属原子则不发生扩散，但可能发生碳原子的扩散。

碳原子可在奥氏体中，也可在铁素体中扩散。

贝氏体转变的扩散性是指碳原子的扩散。

6、贝氏体转变的晶体学，也会在抛光试样表面产生表面浮凸。

B F形成与母相奥氏体的宏观切变有关，两者间维持第二类共格（切边共格）关系，B F与母相奥氏体之间存在惯习面和位向关系。

7、B F也为碳过饱和固溶体。

过饱和程度随贝氏体形成温度的降低而增加，但低于马氏体M过饱和程度。

综上所述，贝氏体(B)转变与珠光体(p)转变、马氏体(M)转变既有区别，又有联系。

从扩散型转变到无扩散型转变的过渡性、交叉性，又有自己的特点。

2．试述影响贝氏体性能的基本因素。

答：α-Fe的影响：1、贝氏体中的α-Fe呈块状具有较高的硬度和强度，随着转变温度的下降，贝氏体中的α-Fe由块状向条状、针状或片状转化。

从而引起贝氏体性能的变化。

2、贝氏体中的α-Fe晶粒越细小，晶粒尺寸均匀度越高，贝氏体的强度越高，而韧性不仅不降低，甚至还会有所提高。

3、贝氏体中α-Fe 晶粒尺寸受奥氏体A晶粒大小和转变温度的影响。

4、贝氏体中的α-Fe的亚结构主要为缠结位错，这些位错主要是由相变产生的，随着转变温度的降低，位错密度降低，强度韧性增高，虽然贝氏体中铁素体基元的尺寸减小，强度和韧性却会提高。

渗碳体的影响：1、在渗碳体尺寸和大小相同的情况下，贝氏体中渗碳体数量越多，强度和硬度越高，韧性和塑性越低。

2、当钢的成分一定时，随着转变温度的降低，渗碳体的尺寸减小，数量增多，硬度和强度增高，但韧性和塑性均较小。

3、渗碳体是粒状的韧性高，细小片状的强度较高，断续杆状或层片状的塑性较大。

4、渗碳体是等向均匀分布时，强度较高，韧性较大。

若不均与分布，强度较低且脆性较大。

3、试比较贝氏体转变与珠光体转变和马氏体转变的异同。

一．转变产物组织形态1、珠光体珠光体的典型组织特征是由铁素体和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，可将珠光体分为珠光体、索氏体、屈氏体。

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1、上贝氏体：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。

2、下贝氏体：下贝氏体是由过饱和片状铁素体和其内部沉淀的渗碳体组成的机械混合物。

铁素体片空间呈双凸透镜状，截面为针状或竹叶状，片间呈一定角度，可在奥氏体晶界形核，也可在奥氏体晶内形核。

下贝氏体的铁素体中碳化物细小、弥散、呈粒状或条状，沿着与铁素体长轴成一定角度平行排列。

3、粒状贝氏体：在粗大的块状或针状铁素体内或晶界上分布着一些孤立小岛，小岛形态呈粒状或长条状。

这些小岛在贝氏体刚刚形成时是富碳奥氏体，冷却时可分解为珠光体、马氏体或保留为富碳奥氏体。

粒状贝氏体中铁素体的亚结构为位错。

4、无碳化物贝氏体：无碳化物贝氏体一般产生于低碳钢或硅、铝含量较高的钢中。

无碳化物贝氏体是由大致平行的条状铁素体和条间富碳奥氏体或其转变产物组成的。

形成时也会出现表面浮凸，铁素体中亚结构时位错。

5、柱状贝氏体：柱状贝氏体一般产生于高碳钢中，形成温度为下贝氏体形成温度。

柱状贝氏体中铁素体呈放射状，碳化物分布在铁素体内部。

6、反常贝氏体：反常贝氏体也称反向贝氏体或倒易贝氏体，产生在共析钢中，形成温度略高于350℃。

二、转变特点1、珠光体1、片状珠光体形成过程当共析钢由奥氏体转变为珠光体时，是由均匀的奥氏体转变为碳含量很高的渗碳体和含碳量很低的铁素体的机械混合物。

因此，珠光体的形成过程，包含着两个同时进行的过程：一个是通过碳的扩散生成高碳的渗碳体和低碳的铁素体；另一个是晶体的点阵重构。

由面心立方体的奥氏体转变为体心立方题点阵的铁素体和复杂单斜点阵的渗碳体。

共析钢成分过冷奥氏体发生珠光体转变时，多半在奥氏体晶界上成核，晶界交叉点更有利于珠光体的成核，也可在晶体缺陷比较密集的区域成核。

如果以渗碳体作为领先相，当奥氏体冷却至以下时，首先在奥氏体晶界上产生一小片渗碳体晶核，核刚形成时，可能与奥氏体保持共格关系，而成片状。

渗碳体晶核成片状，一方面为渗碳体成长提供C原子的面积大，另一方面形成渗碳体所需要的C原子扩散距离缩短。

在原始奥氏体中，各种不同取向的珠光体不断长大，而在奥氏体晶界上和珠光体-奥氏体相界上，又不断产生新晶核，并不断长大，直到长大着的各个珠光体晶粒相碰，奥氏体全部转变为珠光体时，珠光体形成即告结束。

2、粒状珠光体的形成过程粒状珠光体是通过渗碳体球化获得的。

在略高于的温度下保温将使溶解的渗碳体球化，这是因为第二项颗粒的溶解度与其曲率半径有关，与渗碳体尖角处相接触的奥氏体中的碳含量较高，而与渗碳体平面处相接触的奥氏体的含碳量较低，因此奥氏体中的C原子将从渗碳体的尖角处向平面处扩散。

扩散的结果，破坏了相平衡。

为了恢复平衡，尖角处将溶解而使曲率半径增大，平面处将长大而使曲率半径减小，一直逐渐成为颗粒状。

从而得到在铁素体基体上分布着颗粒状渗碳体组织。

然后自加热温度缓冷至以下时，奥氏体转变为珠光体。

转变时，领先相渗碳体不仅可以在奥氏体晶界上成核，而且也可以从已存在的颗粒状渗碳体上长出，最后得到渗碳体呈颗粒状分布的粒状珠光体。

这种处理称为“球化退火”。

2、马氏体马氏体相变的主要特点：1、切变共格和表面浮凸现象：奥氏体向马氏体晶体结构的转变是靠切变进行的，由于切变使相界面始终保持共格关系，因此称为切变共格。

由于切变导致在抛光试样表面在马氏体相变之后产生凸起，即表面浮凸现象。

2、马氏体转变的无扩散性：原子不发生扩散，但发生集体运动，原子间相对运动距离不超过一个原子间距，原子相邻关系不变。

转变过程不发生成分变化，但却发生了晶体结构的变化。

转变温度很低，但转变速度极快。

3、具有一定的位向关系和惯习面：4、马氏体转变是在一个温度范围内完成的：马氏体转变是奥氏体冷却的某一温度时才开始的，这一温度称为马氏体转变开始温度，简称Ms点。

马氏体转变开始后，必须在不断降低温度的条件下才能使转变继续进行，如冷却中断，则转变立即停止。

当冷却到某一温度时，马氏体转变基本完成，转变不再进行，这一温度称为马氏体转变结束温度，简称M f点。

从以上分析可以看出，马氏体转变需要在一个温度范围内连续冷却才能完成。

如果M f点低于室温，则冷却到室温时，将仍保留一定数量的未转变奥氏体，称之为残余奥氏体。

5、马氏体转变的可逆性：在某些合金中，奥氏体冷却转变为马氏体后，重新加热时，已经形成的马氏体又可以通过逆向马氏体转变机构转变为奥氏体。

这就是马氏体转变的可逆性。

将马氏体直接向奥氏体转变的称为逆转变。

逆转变开始温度为A s点，终了温度为A f点。

Fe-C合金很难发生马氏体逆转变，因为马氏体加热尚未达到A s点时，马氏体就发生了分解，析出碳化物，因此得不到马氏体逆转变。

3、贝氏体贝氏体转变的基本特征：1、贝氏体转变需要一定的孕育期，可以等温形成，也可以连续冷却转变。

2、贝氏体转变是形核长大过程；铁素体按共格切变方式长大，产生表面浮凸；碳原子可以扩散，铁素体长大速度受碳扩散控制，速度较慢。

3、贝氏体转变有上限温度（B s）和下限温度（B f）。

4、较高温度形成的贝氏体中碳化物分布在铁素体条之间，较低温度形成的贝氏体中碳化物主要分布在铁素体条内部；随形成温度下降，贝氏体中铁素体的碳含量升高。

5、上贝氏体转变速度取决于碳在奥氏体中的扩散速度；下贝氏体转变速度取决于碳在铁素体中的扩散速度。

6、上贝氏体中铁素体的惯习面是(111)γ；下贝氏体铁素体的惯习面是(225)γ；贝氏体中铁素体与奥氏体之间存在K-S位向关系。

三．转变热力学1、珠光体珠光体转变的动力是体系自由能的下降，其大小取决于转变温度。

过冷度越大，转变驱动力越大。

珠光体转变温度较高，铁和原子扩散能力较强，都能扩散较大的距离，珠光体又是在位错等微观缺陷较多的晶界形成，相变需要的自由能较小，所以，在较小的过冷度时就可以发生珠光体转变。