钢中常见组织之贝氏体的分类

　　

 

　　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

　　

 

　　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

　　

 

　　1)超低碳贝氏体：

　　

 

　　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。

　　

 

　　

 

　　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：

　　

 

　　

 

　　

 

　　

 

　　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。

　　

 

　　近年来发现的羽毛状上贝

　　

 

　　SEM GCr15钢的羽毛状贝氏体组织

　　

 

　　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

　　

 

　　60Si2CrV钢下贝氏体组织(a)OM和(b)SEM

　　

 

　　23MnNiCrMo钢下贝氏体

　　

 

　　

 

　　SEM GCr15钢下贝氏体组织

　　

 

　　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

　　

 

　　

 

　　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

　　

 

　　贝氏体的亚结构单元示意图

　　

 

　　STM Fe-0.5C-3.3Mn上贝氏体中的亚结构

　　

 

　　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

　　

 

　　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

　　

 

　　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

　　

 

　　孪晶亚单元也是四边形

　　贝氏体的孪晶

　　

 

　　

 

　　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。

　　

 

　　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。

　　

 

　　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。

　　

 

　　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

　　

 

　　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

　　

 

　　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。