贝氏体的韧性及其优化措施

韧性是高强度材料的一项重要的性能指标。在低碳钢中，上贝氏体的冲击韧性比下贝氏体要低，并且贝氏体组织从上贝氏体过渡到下贝氏体时脆性转折温度突然下降，其原因可能有以下几方面。

（1）在上贝氏体中存在粗大碳化物颗粒或断续条状碳化物，也可能存在高碳马氏体（由未转变奥氏体在冷却过程中形成），所以容易形成大于临界尺寸的裂纹，并且裂纹一旦扩展，便不能由贝氏体中铁素体之间的小角度晶界来阻止，而只能由大角度贝氏体“束”界或原始奥氏体晶界来阻止。因此，上贝氏体组织中裂纹扩展迅速。

许多中碳合金钢经等温处理获得上贝氏体组织时，其冲击韧性急剧降低，这种现象称为“贝氏体脆性”。其产生原因是由于上贝氏体中铁素体条之间的碳化物分布不均匀。此外，在出现贝氏体脆性的相变温度范围内钢的宏观硬度增高，表明这种脆性也与过冷奥氏体在该温度范围内转变不完全、在随后冷却过程中部分转变为马氏体有关。

（2）在下贝氏体组织中，较小的碳化物颗粒不易形成裂纹，即使形成裂纹也难以达到临界尺寸，并且即使形成解理裂纹，其扩展也将受到大量弥散碳化物颗粒和位错的阻止。因此，裂纹形成后也不易扩展，常常被抑制而必须形成新的裂纹，因而脆性转折温度降低。所以，下贝氏体组织尽管强度较高，但其冲击韧性要比强度稍低的上贝氏体组织要高得多，如图16-14所示。

图16-14　贝氏体的韧脆转变温度与抗拉强度的关系(www.xing528.com)

（ωc为0.1%～0.5%的05Mo-B钢）

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，贝氏体组织的冲击韧性高于回火马氏体；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，优于淬火回火处理的；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，甚至低于淬火回火处理的，如图16-15所示。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击韧性和较低的脆性转折温度。

图16-15　贝氏体韧性与形成温度的关系（图中1～3表示碳质量分数在0.27%～0.42%之间逐渐增加）

（a）等温30min；（b）等温60min

若钢的碳含量或合金元素含量较高，Ms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，等温淬火获得的下贝氏体组织常常具有较高的冲击韧性。