零读杂谈（热处理五）

bkljp02 · 发表于 2015-1-30 08:06:45

本来打算直接开始说贝氏体的，但是最近又重新体会了下马氏体组织，反复看看了书中关于马氏体的一些介绍。因此，看来又要多说说马氏体了。
另外，发现上次写的一个错误。上次的读书应该是《材料科学基础》，没留意写成了《材料工程基础》。甚感抱歉。因此造成的误会还请谅解。
PS。我发现每次的帖子后面都会有大侠问具体该怎么用的问题。说实话，各人认为这样的问题有些空，或者说这样的问题实际上不是由热处理知识完全涵盖的。比如板条马氏体，因为既拥有高强度，又具备一定韧性，特别是马氏体还具备良好的抗腐蚀性。因此也被用作马氏体不锈钢，用于水电项目。但对于热处理来说，我们关注更多的不是马氏体之外的部分，而是形成、控制和基本的特性。所以，怎么说呢？有疑是好事，有疑就多找找相关的书看吧。没有别的啥办法。哈哈。

好了，回正题了，今天主要讨论马氏体和贝氏体。

读书：《材料科学基础》　王昆林　主编
　　　清华大学出版社

　　　杂谈五

上一次，讨论了很多关于马氏体的东西。简单基础的说了说两种常见马氏体的结构和性能。当然，实际中还存在其他马氏体结构，比如蝶形马氏体。哪位大侠有兴趣，可以去找找相关资料自行学习。
这一次，先继续讨论下马氏体组织。当然，也只是简单的说一些相关，目的是为后面的热处理工艺作一个铺垫。
首先说，同其他组织一样，（当然，写到目前，我们还没提及），马氏体从奥氏体转变，有一个起始转变温度，Ms。同时，金属组织的转变也不会像水的结晶，也一定存在一个终止转变温度，Mf。因为马氏体转变属于非扩散型转变，所以，马氏体的起始转变温度和终了温度都是一定的。但这个一定并不是一个确定的值。马氏体的两个转变温度与冷却速度无关，见下图，但却受其母相的成分组成，组织结构，以及冷却过程、压力、应力、磁场等因素的影响。

根据材料学家的统计处理，针对中碳合金钢，人们得到一些经验公式：

因此，我们也能看到。碳含量对于马氏体起始温度的影响最大。而除了Co， Al之外，几乎所有的合金元素都会降低转变温度。
起始，从位能角度说，Ms点时奥氏体和马氏体两相自由能差达到相变所需的最小驱动力值时的温度，而C，N之类的元素在钢种形成间隙固溶体，同时又对奥氏体、铁素体有强化作用，从而显著增大马氏体转变的切变阻力，所以，也可以理解这些元素带来的马氏体转变影响。
接着，在实际热处理中，人们也注意到一些现象。淬火时，会因冷却缓慢或者冷却过程中停留引起奥氏体稳定性提高，使得马氏体转变迟滞，这一现象称为奥氏体的热稳定化。而同时，人们在长期的观察中也发现，马氏体本身也会增加对周围奥氏体的稳定性。而奥氏体的稳定性又极大地受到C，N元素的影响。通过研究，人们总结出下图来确定所需提供的附加的化学驱动力所需的过冷度。

此外，塑性变形，等也会影响马氏体的形成，这里不细说。这里要稍微占点篇幅，简单讨论下马氏体转变中影响孪生和滑移两种转变的因素。
之前，我们提到过，板条马氏体和透镜马氏体的形成机理不同，因此最后的结构也不同。其区别就是滑移和孪生的区别。而这两种转变，都基于相变所需的化学自由能变化量，ΔG。ΔG越大，越容易形成透镜马氏体。反之，则容易形成板条马氏体。正如下图所示，产生马氏体转变所需的孪生、滑移两种转变同应力及温度的关系。这也为我们合理的按照设计要求进行热处理提供了依据。

好了，关于马氏体就讨论这些。而关于马氏体回火的组织转变等，我们会留到回火一章的时候穿插。而关于马氏体的逆变以及弹性、伪弹性乃至记忆性，就需要有兴趣的大侠自行了解了。下面简单说贝氏体。

贝氏体转变同珠光体转变一样，是一个形核与长大的过程。都是从奥氏体形核生长新的铁素体+渗碳体。只是，贝氏体同珠光体不同，其铁素体渗碳体的形成不是同时的。换句话说，由于过冷度大，温度低，虽然奥氏体内能新城贫富碳区，但是贫碳区的铁素体会优先形成并长大。当铁素体生长到临界尺寸后，开始长大的过程中，过饱和的碳向周边扩散，才开始形成碳化物。因此，贝氏体转变的速度远低于马氏体。（马氏体的转变接近音速，几乎是瞬间完成的。）

贝氏体由于形成温度不同，主要存在上贝氏体，下贝氏体两种稳定组织结构。（另外也存在一些其他的贝氏体组织，比如粒状、反常等。有些不稳定，随着温度降低形成新的组织，有些则少见。）

上贝氏形成温度高，铁素体主要以平行形式生长，其结构类似于板条马氏体，只是其板条以铁素体聚集而成。上贝氏体多呈现羽毛状。其组织中存在位错缠结，但其位错密度低于马氏体2-3个量级。下图为上贝氏，光学放大500倍。

下辈是组织构成上与上贝氏相同。但形成形貌完全不同。下贝氏体呈黑色针状，各个针状物之间存在一定的交角。下贝氏体铁素体立体形态，类似于透镜马氏体，也呈透镜状。下贝氏体的铁素体亚结构存在高密度的错位，但却不存在孪晶亚结构，其错位密度高于上贝氏体。下图为下贝氏体，光学放大500倍。

贝氏体的力学性能主要取决于其组织形态。
贝氏体中的铁素体因呈条状或块状，因此具备较高的硬度和强度，随温度下降，会向条状、针状或片状转化。贝氏体中晶粒越小，强度越高，但韧性不会降低，甚至有所提高。
贝氏体中的渗碳体，其存在数量影响整个渗碳体性能。数量越多，硬度强度越高，但韧性塑性越低。而渗碳体的数量取决于碳含量。当含碳量一定时，随着转变温度越低，渗碳体尺寸越小，数量越多，硬度强度增高，但韧性塑性降低不多。另外，贝氏体中渗碳体的形状也影响性能。粒状渗碳体韧性高；细小片状的强度高；如果出现断续杆状或者层状则脆性较大；而当渗碳体等向均匀弥散分布时，无论强度还是韧性都较高。
此外，贝氏体中如果存在软相的参与奥氏体，如果数量少且均匀分布，会使贝氏体强度略微降低，但可提高韧性塑性。如果含量多，韧性塑性提高的同时会大量降低强度，特别是屈服强度和疲劳强度。
当贝氏体经过处理后形成存在马氏体板条时，强度硬度会大幅提升，而韧性稍微下降甚至不降。而如果出现孪晶的透镜马氏体，则会降低冲击韧性。
贝氏体处理的冷却速度低，因此也可能先发生珠光体转变，最终形成铁素体+珠光体，导致强度和硬度的降低。但如果形成细微粒的索氏体或屈氏体，则对强度和硬度影响较小。

总的来说，上贝氏体形成温度高，晶粒粗大，碳化物呈短杆平行分部，铁素体和碳化物分不具有明显的方向性，使得铁素体板条间易山生脆断，铁素体本身也可能成为裂纹扩展的途径。特别是某些温度区间内（如下图），整个上贝氏体的强度硬度变低，而且冲击韧性也明显下降。因此工程中一般应予以避免。

而下贝氏体中铁素体针细小而且分布均匀，而且存在大量高密度位错，弥散分部大量的细小e碳化物。因此下贝氏体不但强度高，而且韧性也很好，具备优良的综合性能。因此在生产中有大量的应用。

就说这些吧。

千里马好 · 发表于 2015-1-30 08:14:02

楼主是搞热处理的

拉斯特 · 发表于 2015-1-30 09:42:22

大侠能够结合各种边界条件，针对某一材料进行针对性分析？

qaz111772015 · 发表于 2015-1-30 13:40:39

学习了，了解到贝氏体内一些因素对贝氏体力学性能的影响

钥匙wz · 发表于 2015-1-30 16:08:33

看得我头都大了

迷茫的维修 · 发表于 2015-1-30 21:12:37

铁碳相图一直没看懂，热处理理解不透彻

刘腾飞 · 发表于 2015-1-31 08:26:40

能不能举一个具体的例子：下贝氏体中铁素体针细小而且分布均匀，而且存在大量高密度位错，弥散分部大量的细小e碳化物。因此下贝氏体不但强度高，而且韧性也很好，具备优良的综合性能。因此在生产中有大量的应用。

mrplplplpl · 发表于 2015-1-31 09:06:53

谢谢楼主, 先mark一下, 慢慢仔细看

张晓刚zxg · 发表于 2015-1-31 11:38:26

学习了

小布丁123 · 发表于 2015-1-31 13:58:40

太专业，看不懂

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