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钢中常见组织之贝氏体的分类

2016/07/04 15:52
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  上贝氏体:

  上贝氏体是在贝氏体转变温度区的上部形成的,形貌各异,主要分为三种:

  1.无碳(化物)贝氏体 2.粒状贝氏体3.羽毛状上贝氏体

  

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  上贝氏体组织形态示意图

  a. 无碳贝氏体 b. 粒状贝氏体 c,无碳贝氏体 d. 羽毛状上贝氏体

  

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  1)超低碳贝氏体:

  

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  超低碳贝氏体钢的贝氏体组织,OM

  超低碳贝氏体组织与板条状马氏体相似,从形貌上难以区分,需要TEM鉴别

  2)无碳(化物)贝氏体:

  当上贝氏体组织中只有贝氏体铁素体和残留奥氏体,而不存在碳化物时,这种贝氏体就是无碳化物贝氏体,或称无碳贝氏体。这种贝氏体通常在低碳低合金钢中出现。

  

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  无碳贝氏体中的铁素体板条平行排列,其尺寸及间距较宽,板条间是富碳奥氏体,或其冷却过程的产物。往往在如下情况时出现:

  1.由于Si、Al不溶于渗碳体中,故延迟渗碳体的形成,因此,在硅钢和铝钢的上贝氏体中,常常在室温时还保留残余奥氏体,而不析出渗碳体,形成无碳贝氏体。

  2. 在低碳合金钢中,形成贝氏体铁素体后,渗碳体尚未析出,贝氏体铁素体间仍为奥氏体,碳充分向奥氏体中扩散,使奥氏体趋于稳定而保留下来,形成无碳化物贝氏体。

  3)粒状贝氏体:

  

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  4)羽毛状上贝

  羽毛状上贝氏体是由板条状铁素体和条间分布不连续碳化物所组成。

  贝氏体铁素体条间的碳化物是片状形态的细小的渗碳体,组织形貌呈现羽毛状。

  

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  近年来发现的羽毛状上贝

  

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  SEM GCr15钢的羽毛状贝氏体组织

  

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  高碳钢的羽毛状贝氏体组织,OM

  下贝氏体组织

  下贝氏体在贝氏体C-曲线鼻温以下温度区间形成。

  下贝氏体有经典下贝氏体、柱状贝氏体、准贝氏体等

  

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  60Si2CrV钢下贝氏体组织(a)OM和(b)SEM

  

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  23MnNiCrMo钢下贝氏体

  

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  SEM GCr15钢下贝氏体组织

  

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  粒柱状贝氏体

  实际钢中的贝氏体组织:

  实际钢中还经常出现贝氏体和马氏体的有机结合的组织。

  上贝氏体和低碳板条状马氏体形貌类似,但是上贝氏体中位错密度较马氏体为低。

  高碳片状马氏体和下贝氏体的形貌类似,但前者的亚结构是孪晶,而在下贝氏体中很少见到孪晶 。

  23MnCrNiMo钢板条状马氏体和下贝氏体的相结合的整和组织

  

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  贝氏体组织形貌的多样性

  上、下贝氏体是各学派都接受的传统的贝氏体分类。

  其他贝氏体形态名称较多,诸如无碳贝氏体、粒状贝氏体、准贝氏体、逆贝氏体、柱状贝氏体、特殊下贝氏体、粒状组织等,以及近年来发现的类马氏体形貌的贝氏体,如正三角型贝氏体、“N”贝氏体、蝴蝶型贝氏体等。它们可能都是典型贝氏体的变态。

  贝氏体组织形态的多样性说明了贝氏体相变的极其复杂性。

  贝氏体中的亚结构

  氏体铁素体是由更小的“亚单元”组成。

  亚单元通常在已经形成的铁素体端部附近形核,通过纵向伸长与增厚的方式长大。

  亚单元长大受阻时,再激发形核,在铁素体板条顶部的侧面(上贝氏体)或铁素体针的顶端(下贝氏体)形成新的亚单元核心。

  亚单元重复形核长大构成了贝氏体中铁素体的形核长大过程。

  SEM 60Si2CrV钢下贝氏体片和内部的亚单元形貌

  

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  贝氏体的亚结构单元示意图

  

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  STM Fe-0.5C-3.3Mn上贝氏体中的亚结构

  

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  下贝氏体的精细亚结构

  一般认为,下贝氏体片条由亚单元组成。对Fe-1.0C-4.0Cr-2.0Si钢的下贝氏体的观察表明,下贝氏体条片由亚片条组成,亚片条由亚单元组成。亚单元相互平行,近似于平行四边形。如图。采用隧道扫描显微镜,分析发现,在下贝氏体铁素体内部存在亚单元,如图。

  Fe-1.0C-4.0Cr-2.0Si钢的下贝氏体

  

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  STM Fe-1.0C-4.0Cr-2.0Si钢的下贝氏体的精细亚单元 ,亚单元为四边形

  

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  中碳Mn-Si钢贝氏体铁素体的亚片条,高分辨电镜(HREM)形貌。A)明场像,b)暗场像

  

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  孪晶亚单元也是四边形

  贝氏体的孪晶

  

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  孪晶的发现对切变学派是惊喜,对于扩散学派是个震惊。扩散学派不承认贝氏体中存在孪晶。

  方鸿生认为:下贝氏体近似圆片状,由亚片条组成,亚片条又由亚单元组成,亚单元由更小的超亚单元组成。

  Fe-1.0C-2.0Si-4.0Cr下贝氏体扫描隧道显微镜(STM)形貌:浮凸。

  

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  Fe-0.2C-2.5Mn-1.5Si-0.6Cr下贝氏体的原子力显微镜(AFM)形貌:贝氏体亚单元浮凸。

  

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  高度2~3nm,宽度约60~80nm.

  指出:浮凸为帐篷状。

  较高密度的位错亚结构

  贝氏体中的位错密度不如马氏体中那样高,但也有较高密度的位错亚结构,如图5-11所示。有的认为贝氏体亚单元内部有较高密度的位错,ρ=1010cm-2。

  

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  铁素体的位错密度与温度的关系

  P20钢中下贝氏体的TEM像,较高密度的位错亚结构

  

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  贝氏体铁素体与残留奥氏体的取向关系

  贝氏体中往往存在残留奥氏体,在无碳化物贝氏体中,室温下还保留大量残余奥氏体,在粒状贝氏体中存在M/A岛,在条片状贝氏体铁素体间存在奥氏体薄膜。

  研究表明,贝氏体铁素体和奥氏体之间同时存在K-S关系和N-W关系。如图所示。

  具有K-S关系的贝氏体铁素体和奥氏体的高分辨点阵像像

  

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  贝氏体的本质和定义

  贝氏体本质上是贝氏体铁素体和θ-渗碳体(或ε-碳化物)的有机结合的整合组织。组织中常夹杂着残余奥氏体、马氏体等相。组成相较多,形态多变。

  在较高温度区形成上贝氏体,在”鼻温”以下的较低温度区域形成下贝氏体。二者在组织上的主要区别,一是贝氏体铁素体的形态差异,二是碳化物的形态和析出的位置不同。