控制贝氏体相变及组织形态的方法

贝氏体是含碳过饱和铁素体和渗碳体的机械混合物，用符号“B”表示。贝氏体转变温区处于珠光体转变和马氏体转变之间，因此其转变特征也介于两者之间，既具有珠光体转变的扩散性特征，又具有马氏体转变的非扩散性特征，是一个有碳原子扩散的共格切变过程。

贝氏体可以在等温条件下形成，也可以在连续冷却条件下形成。

1.贝氏体的形成及组织形态

在贝氏体转变区，等温温度高低不同，原子扩散能力就有差异，导致上贝氏体和下贝氏体的形成过程和组织形态截然不同。

（1）上贝氏体 上贝氏体形成温度较高，中、高碳钢大约在350～550℃。上贝氏体在奥氏体晶界上形成铁素体晶核，然后向晶内沿一定方向成排地长大。随着铁素体板条越来越密集，板条间奥氏体的碳含量不断提高，碳便以小条或渗碳体的形式呈断续状析出，形成羽毛状的上贝氏体。

典型上贝氏体是由板条铁素体和条间夹着不连续碳化物组成，形成过程见图1-38a。在光学显微镜下，上贝氏体呈平行密排的铁素体束，从晶界往内伸展，铁素体间有点状或断续的小渗碳体片，整个组织形同羽毛。

上贝氏体可以细分为无碳贝氏体、粒状贝氏体、准上贝氏体和典型上贝氏体。

无碳贝氏体是一种单相组织，由铁素体组成。无碳贝氏体具有表面浮凸现象，随保温时间延长，会发生形态变化，因此被视为上贝氏体转变初期的贝氏体铁素体。

粒状贝氏体是由板条铁素体与排列有序的岛状物组成，岛状物由富碳奥氏体区或其他转变产物组成，多数情况下是由富碳奥氏体+马氏体组成。粒状贝氏体具有多重浮凸效应。这种组织多在低合金钢中存在。

准上贝氏体是由板条铁素体和条间奥氏体薄膜组成，铁素体条间很少或基本上不析出碳化物。这种组织在低、中合金钢中可见。

（2）下贝氏体 下贝氏体形成温度较低，中、高碳钢大约在350℃～Ms之间。下贝氏体的铁素体晶核首先在奥氏体晶界或晶内某些畸形较大的地方生成，然后晶核沿奥氏体的一定方向呈针状长大。下贝氏体转变温度较低，碳原子的扩散能力很弱，不能穿过铁素体片作长距离扩散，而只能在铁素体片内沿一定的晶面以细碳化物粒子的形式析出，同时铁素体仍保持一定的过饱和度。典型下贝氏体的形态是在铁素体内具有按照一定角度排列的碳化物，其形成过程见图1-38b。

图1-38 贝氏体形成过程示意图

a）上贝氏体 b）下贝氏体(www.xing528.com)

下贝氏体细分可以包括准下贝氏体、特殊贝氏体和典型下贝氏体。

准下贝氏体与典型下贝氏体不同的是在铁素体内具有按照一定角度排列的残留奥氏体，而不是碳化物。这种组织在合金钢中，尤其是中、高碳含硅钢中出现。

延长准下贝氏体的保温时间，则可以从残留奥氏体中析出ε-碳化物转变为Fe₃C，它们与主长大方向约呈20°角分布，同时在亚板条内与主长大方向约呈50°～60°角分布着Fe₃C。这表明碳化物既可来源于奥氏体，也可来源于铁素体。由铁素体板条束和来源不同的碳化物构成了特殊的下贝氏体组织。

（3）粒状组织 粒状组织是由边界不规则的块状铁素体与无规则分布的富碳奥氏体区组成，富碳奥氏体区一般呈粒状。不规则的块状铁素体不具有浮凸效应。这种组织多在低合金钢中存在。

粒状组织与粒状贝氏体两种组织中的铁素体形态和转变机制不同，是不同的组织，属于另一种转变类型。

贝氏体形成的领先相是铁素体，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体组织形态的不同。

2.贝氏体的性能

贝氏体的力学性能取决于贝氏体的组织形态。上贝氏体由于铁素体具有方向性排列，且渗碳体分布在铁素体条间，所以它的强度和韧性都较差。下贝氏体组织中，铁素体片细小，分布均匀，即弥散度大。所以它的硬度高，韧性好，具有较好的综合力学性能。以共析钢为例，上贝氏体的硬度为40～45HRC，韧性很差；下贝氏体的硬度为50～60HRC，兼有较好的韧性。

在实际生产中，上贝氏体是不希望得到的组织。下贝氏体则由于它具有好的综合力学性能而越来越为人们重视。等温淬火得到下贝氏体组织，这是提高钢件的寿命、减少工件变形的有效方法之一。

3.影响贝氏体转变的因素

与珠光体转变、马氏体转变相似，影响贝氏体转变的因素主要都是通过改变等温转变图位置及形状而起作用。在贝氏体转变前，先产生一定量的马氏体能大大加速贝氏体转变，这在等温淬火中有重要的实用意义。

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。钢中阻碍碳扩散或碳化物沉淀的合金元素都会提高富碳奥氏体的碳含量而提高其稳定性。