第九章-6 贝氏体(B)转变-2
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第五章贝氏体转变页数:9
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贝氏体转变(六)页数:6
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贝氏体转变-钢的热处理页数:5
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第八章 贝氏体转变页数:48
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马氏体与贝氏体转变异同点页数:1
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贝氏体转变的影响因素(二).页数:3
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珠光体、贝氏体、马氏体转变对比页数:7
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第六章贝氏体转变
影响Bs点和在Bs点以下给定温度
的相变驱动力；稳定A的元素：Ni、MnBsT ③形成强碳化物元素（Cr、Mn、W、V）--由于与碳的亲和力较大而在A中
形成“原子集团” 共格界面迁移困难B转变速度
2.A晶粒大小和A化温度 A化温度 晶粒尺寸 晶界A均匀化贫碳区 相变速度
无碳化物B 典型上B
在F条内析出碳化 物的上B
典型下B
4.粒状B的形成—略高于典型上B形成温度 碳的再分配贫碳区板条F （大致平行） C从F中通过 F/A向A中扩散F纵、侧向长大 推进速度不同F/A相界面凹凸 不平侧 向不均匀长大，彼此 靠拢 将富C的A区包围 5.BF的基元
上、下B中的F的条片由若干亚单元组成 一个亚单元长大到一定尺寸在其附近诱发形成另 一亚单元亚单元的不断的诱发形核长大，构成 F板条在纵向和横向长大 为什么亚单元长大速度快而整个铁素体板条 长大速度较慢？
3）溶质元素的固溶强化
碳原子：间隙原子 4）位错密度 合金元素：置换原子 转变温度BF中过饱和度固溶强化作用强度
转变温度BF中位错密度碳钉扎位错强度
二、贝氏体的韧性 1.上、下B的冲击韧性和韧脆转化温度
冲击韧性：下B上B
1）F板条和板条束的尺寸
韧脆转化温度：下B上B
注：①BF的生长是一种不连续的生长； 亚单元切变共格长大，长大速度快，对整个F板条长大速度较慢（受 碳扩散控制）：即碳在界面附近的富集，必须等富集的C原子通过扩 散被消除后长大才能继续进行
②下B从一个平直的不动边形核，以一定角度向另一边发展。
解释了下B中碳化物排布规律的形成 疑问：（切变机理不能解释之问题）
第六章 贝氏体转变（Bainite Transformation)
重点： 1.贝氏体的组织形态和亚结构；
贝氏体相变全解(共73张PPT)
②条间位向差小，束间位向差大； ③碳化物形态受含碳量影响--C，粒状链珠状短杆状，不仅分布于
F板条间，还可能分布在F板条内部； ④ Si、Al具有延缓渗碳体沉淀的作用，使F条之间的A为碳所富集而趋
于稳定，并保留到室温成为一种特殊的上贝氏体—准上贝氏体； ⑤T渗碳体更细密
第17页，共73页。
1. 上贝氏体
第10页，共73页。
4. 贝氏体相变的扩散性
• 贝氏体相变： 奥氏体() 铁素体（）+碳化物
• 相变过程必须有扩散C原子的 • 碳原子的扩散对贝氏体相变起控制作用
– 上贝氏体的相变速度取决于C在-Fe中的扩散 – 下贝氏体的相变速度取决于C在-Fe中的扩散
• 影响碳原子扩散的所有因素都会影响到贝氏 体的相变速度。
• 下贝氏体既可以在奥氏体晶界上形核， 也可以在奥氏体晶粒内部形核。
• 电镜下：下贝氏体铁素体片中分布着排 列成行的细片状或粒状碳化物，并以
55 - 60°的角度与铁素体针长轴相 交，
• 下贝氏体的碳化物仅分布在铁素体片 的内部
第20页，共73页。
2. 下贝氏体
• 在光滑试样表面产生浮突，但其形状与上贝 氏体组织不同。
第28页，共73页。
4. 无碳贝氏体
• 无碳化物贝氏体形成时也会出现表面浮突 在相变过程中铁及合金元素的原子是不发生扩散的
②在贝氏体形成温度范围的高温区停留，形成部分上贝氏体后再冷却至贝氏体相变的低温区(曲线2)时，将使下贝氏体相变的孕育期延长，降 低其转变速度，减少最终贝氏体转变量。
• 铁素体中也有一定数量的位错。 原因：高温变形时可能产生两种相反的作用:一方面，塑性变形使奥氏体的晶体缺陷密度增高，有利于碳的扩散，故使贝氏体相变加速; 另一方
F板条间，还可能分布在F板条内部； ④ Si、Al具有延缓渗碳体沉淀的作用，使F条之间的A为碳所富集而趋
于稳定，并保留到室温成为一种特殊的上贝氏体—准上贝氏体； ⑤T渗碳体更细密
第17页，共73页。
1. 上贝氏体
第10页，共73页。
4. 贝氏体相变的扩散性
• 贝氏体相变： 奥氏体() 铁素体（）+碳化物
• 相变过程必须有扩散C原子的 • 碳原子的扩散对贝氏体相变起控制作用
– 上贝氏体的相变速度取决于C在-Fe中的扩散 – 下贝氏体的相变速度取决于C在-Fe中的扩散
• 影响碳原子扩散的所有因素都会影响到贝氏 体的相变速度。
• 下贝氏体既可以在奥氏体晶界上形核， 也可以在奥氏体晶粒内部形核。
• 电镜下：下贝氏体铁素体片中分布着排 列成行的细片状或粒状碳化物，并以
55 - 60°的角度与铁素体针长轴相 交，
• 下贝氏体的碳化物仅分布在铁素体片 的内部
第20页，共73页。
2. 下贝氏体
• 在光滑试样表面产生浮突，但其形状与上贝 氏体组织不同。
第28页，共73页。
4. 无碳贝氏体
• 无碳化物贝氏体形成时也会出现表面浮突 在相变过程中铁及合金元素的原子是不发生扩散的
②在贝氏体形成温度范围的高温区停留，形成部分上贝氏体后再冷却至贝氏体相变的低温区(曲线2)时，将使下贝氏体相变的孕育期延长，降 低其转变速度，减少最终贝氏体转变量。
• 铁素体中也有一定数量的位错。 原因：高温变形时可能产生两种相反的作用:一方面，塑性变形使奥氏体的晶体缺陷密度增高，有利于碳的扩散，故使贝氏体相变加速; 另一方
贝氏体转变
二、贝氏体转变的基本特征 兼有P转变与M转变的某些特征。主要特征： 1、转变有上、下限温度 对应A1及MS，B转变有上限温度BS。A须过冷到BS以下才能发生B转变。 合金钢BS点容易测定，碳钢BS点由于有珠光体转变干扰，很难测定。 下限温度Bf，可高于MS，也可低于MS。 2、转变产物为非层片状 F与θ两相非层片状混合组织，F形态不同于P中的F而类似于M。 组织形态与转变温度密切相关，包括F相的形态、大小以及碳化物的类 型及分布等。 3、形核及长大 也是形核、长大过程，可等温形成，也可连续冷却形成。等温转变需 要孕育期，等温转变动力学曲线呈S形，等温转变图呈“C”字形。 精确测定，是由两条C曲线合并而成，表明，贝氏体转变很可能包含两 种不同的转变机制。
贝氏体转变量与等温温度t的关系示意图
（二）贝氏体等温形成图 等温转变动力学曲线也呈S形，但与P转变不同，B转变不能进行到底。等温 温度愈高，愈接近BS点，等温转变量愈少。 B等温转变动力学图也呈C形。BS点以下，温度降低，等温转变速度先增后 减，在等温动力学图中也有一个鼻子 对于碳钢，P转变与B转变的C曲线重叠在一起，故合并成一个C曲线。
(a)
(b) 低碳钢下贝氏体形态 a) 超低碳 b) Fe-0.15%C-3.0%Mn
(a)
(b) 中、高碳钢下贝氏体形态 a) 45钢 b) 0.9%C-1.3%Si-1.1%Cr钢
下贝氏体F片与条也是由亚单元组成。亚单元沿一个 平直的边形核，并以约60°的倾斜角向另一边发展，最后 终止在一定位置，形成锯齿状边缘。 下贝氏体F亚结构为位错，密度较高可形成缠结。未 发现孪晶亚结构。 下贝氏体F碳含量远高于平衡碳含量。
(010)θ //(1 1 1)α ，
[103]θ //[011]α 。
贝氏体、珠光体、马氏体的转变关系
贝氏体、珠光体、马氏体的转变关系摘要: 贝氏体、珠光体、马氏体组织都是高温奥氏体在不同温度条件转变后得到的产物。
由于转变的温度条件不同，转变的机理也就不同，一次得到的转变产物也不尽相同。
本文主要针对贝氏体、珠光体、马氏体的基本特征、形成过程、组织形态、热力学与动力学转变条件、机械性能等方面进行一些简单的对比介绍。
关键词：对比、贝氏体、珠光体、马氏体、基本特征、组织形态、转变热力学、转变动力学、机械性能一、组织形态1、珠光体的组织形态共析碳钢加热到均匀的的奥氏体化状态后缓慢冷却，稍低于A1温度将形成珠光体组织，为铁素体和渗碳体的机械混合物，其典型形态呈片状或层状。
片状珠光体是由一层铁素体与一层渗碳体交替堆叠而成。
片状珠光体组织中，一对铁素体和渗碳体片的总厚度，称为“珠光体片层间距”。
工业上所谓的片状珠光体，是指在光学显微镜下能够明显看出铁素体与渗碳体呈层状分布的组织形态，其片层间距约在0.15~0.45μm之间。
透射电镜观察表明，在退火状态下，珠光体中的铁素体位错密度小，渗碳体中的位错密度更小，片状珠光体中铁素体与渗碳体两相交界处的为错密度高，在每一片铁素体中还有亚晶界，构成许多亚晶粒。
工业用钢中，也可以见到铁素体基体上分布着粒状渗碳体组织，称为“粒状珠光体”或“球状珠光体”，一般是经球化退火处理后获得的。
2、马氏体的组织形态a、板条状马氏体板条状马氏体是低、中碳钢，马氏体时效钢，不锈钢等铁系合金中形成的一种典型的马氏体组织。
因其显微组织是由许多成群的板条组成，故称为板条状马氏体。
又因为这种马氏体的亚结构主要为位错，通常也称它为位错型马氏体。
板条状马氏体的显微组织（如图所示），其中A为板条束，成不规则形状，尺寸约为20—35μm，是由若干单个马氏体板条所组成。
贝氏体转变的主要特征(3篇)
第1篇一、贝氏体转变的概述贝氏体转变是指金属在一定的温度范围内，从奥氏体向贝氏体转变的过程。
在这个过程中，金属的组织结构发生了显著的变化，从而导致金属的性能发生改变。
贝氏体转变主要发生在低碳钢、低合金钢和某些高合金钢中。
二、贝氏体转变的主要特征1. 温度范围贝氏体转变的温度范围较窄，大约在280℃至550℃之间。
在这个温度范围内，奥氏体晶粒开始发生转变，形成贝氏体。
当温度低于280℃时，贝氏体转变速率会显著降低，甚至停止；当温度高于550℃时，贝氏体转变会逐渐向马氏体转变过渡。
2. 组织结构贝氏体转变后，金属的组织结构发生了显著的变化。
具体表现为：（1）奥氏体晶粒细化：在贝氏体转变过程中，奥氏体晶粒逐渐细化，晶粒尺寸减小，有利于提高金属的强度和硬度。
（2）贝氏体形态：贝氏体由贝氏体铁素体和渗碳体（或碳化物）组成。
贝氏体铁素体以片状、针状或羽毛状形态出现，渗碳体以细小的片状或针状形态存在。
（3）贝氏体晶粒尺寸：贝氏体晶粒尺寸与奥氏体晶粒尺寸密切相关。
一般来说，奥氏体晶粒越细，贝氏体晶粒也越细。
3. 性能变化贝氏体转变后，金属的性能发生了显著的变化，具体表现在以下方面：（1）强度和硬度：贝氏体转变后，金属的强度和硬度显著提高。
这是由于贝氏体组织中的贝氏体铁素体和渗碳体相互作用，使得金属的晶粒尺寸减小，晶界增多，从而提高了金属的强度和硬度。
（2）韧性：贝氏体转变后，金属的韧性也得到一定程度的提高。
这是因为贝氏体转变过程中，部分奥氏体晶粒转变为贝氏体铁素体，使金属的组织结构更加均匀，有利于提高金属的韧性。
（3）疲劳性能：贝氏体转变后，金属的疲劳性能得到显著提高。
这是因为贝氏体组织中的贝氏体铁素体和渗碳体相互作用，使得金属的晶粒尺寸减小，晶界增多，从而提高了金属的疲劳性能。
4. 热处理工艺贝氏体转变的热处理工艺主要包括以下两个方面：（1）贝氏体转变温度：贝氏体转变温度对金属的组织结构和性能具有重要影响。
一般来说，贝氏体转变温度越高，贝氏体晶粒越细，金属的强度和硬度越高。
第六章 贝氏体
பைடு நூலகம்
特征：呈黑针状。
性能：下贝氏体具有优良的力学性能, 生产上常用。
2
91
(2)贝氏体转变过程，。
① 上贝氏体转变过程（过冷到550～350℃）。上贝氏体转 变过程。
形成铁素体晶核→片状铁素体平行生长→析出渗碳体短棒→上贝氏体
②下贝氏体转变过程（过冷到350～Ms时）。
形成铁素体晶核→铁素体长成针状→铁素体内析出片状碳化物→下贝氏体
第六章 贝氏体
90
贝氏体转变
(1)贝氏体的组织形态和特性。过冷
奥氏体在550℃～Ms将转变为贝氏体组织，贝氏体用符号“B”表示。
贝氏体可分为上贝氏体（B上）和下贝氏体（B下）。
上贝氏体：形成温度为550～350℃。 特征：呈羽毛状。 性能：上贝氏体的力学性能差，无实用价值。 下贝氏体：形成温度为350℃～Ms。
③由于贝氏体形成时 只有碳原子发生扩散，而 铁原子不扩散，因此贝氏 体转变属于半扩散型转变。
贝氏体形成
3
上贝氏体形成示意图
条状 过饱和碳
α-Fe
细条状
Fe3C
羽毛状
4
下贝氏体形成示意图
针叶状过饱和碳
α-Fe
细片状
Fe3C
针叶状
5
特征：呈黑针状。
性能：下贝氏体具有优良的力学性能, 生产上常用。
2
91
(2)贝氏体转变过程，。
① 上贝氏体转变过程（过冷到550～350℃）。上贝氏体转 变过程。
形成铁素体晶核→片状铁素体平行生长→析出渗碳体短棒→上贝氏体
②下贝氏体转变过程（过冷到350～Ms时）。
形成铁素体晶核→铁素体长成针状→铁素体内析出片状碳化物→下贝氏体
第六章 贝氏体
90
贝氏体转变
(1)贝氏体的组织形态和特性。过冷
奥氏体在550℃～Ms将转变为贝氏体组织，贝氏体用符号“B”表示。
贝氏体可分为上贝氏体（B上）和下贝氏体（B下）。
上贝氏体：形成温度为550～350℃。 特征：呈羽毛状。 性能：上贝氏体的力学性能差，无实用价值。 下贝氏体：形成温度为350℃～Ms。
③由于贝氏体形成时 只有碳原子发生扩散，而 铁原子不扩散，因此贝氏 体转变属于半扩散型转变。
贝氏体形成
3
上贝氏体形成示意图
条状 过饱和碳
α-Fe
细条状
Fe3C
羽毛状
4
下贝氏体形成示意图
针叶状过饱和碳
α-Fe
细片状
Fe3C
针叶状
5
第五章贝氏体转变
另外，与珠光体转变相比，贝氏体形成时α相的 过饱和程度比珠光体α相的过饱和程度大，新相与 母相的弹性应变能εV比珠光体转变时的弹性应变能 εV大，贝氏体转变开始温度Bs在Ps之下。因此，贝 氏体转变的开始温度介于Ms和Ps之间。
二 B转变特征
贝氏体转变兼有珠光体和马氏体转变的特征， 又有其独特之处，如下：
4、贝氏体转变的不完全性
与珠光体转变不同，贝氏体转变一般不能进 行彻底，在贝氏体转变开始后，经过一段时 间形成一定数量的贝氏体后，贝氏体转变会 停下来。转变温度愈接近Bs点，能够形成的 贝氏体愈少。
5、贝氏体转变的扩散性
不扩散。
6、贝氏体转变的晶体学特征
（7）惯习面和位向关系
铁素体的惯习面为{111}A，与奥氏体之间 的位向接近K-S关系， 碳化物惯习面为{227} A，与奥氏体有确定位向关系。
二 下贝氏体（B下）
下贝氏体是在贝氏体转变区的下部的温 度范围(350～230℃)内形成的贝氏体。又称 为低温贝氏体。 1.下贝氏体的组成
由铁素体和碳化物（为ε- FexC）组成的 二相非层片状混合物。 2.下贝氏体形成温度
3、贝氏体转变通过形核和长大方式进行
贝氏体转变是一个形核和长大过程，等温 转变动力学曲线是S形，等温转变动力学图 是C形。等温转变动力学图是由上贝氏体的 等温转变动力学图和下贝氏体的等温转变 动力学图合并而成。
贝氏体转变是奥氏体分解、有孕育期和领 先相。领先相为铁素体，贝氏体长大和碳 化物析出受碳扩散控制。上贝氏体长大速 度取决于碳在奥氏体中的扩散，下贝氏体 长大速度取决于碳在铁素体中的扩散。贝 氏体转变比马氏体转变慢。说明中温转变 是两种不同机制的转变。
（4）上贝氏体中的碳化物
碳化物为渗碳体，呈断续的、短杆状分布 于铁素体板条之间，其主轴方向与铁素体 板条方向平行，呈非层片状。随温度下降， 渗碳体更细。
二 B转变特征
贝氏体转变兼有珠光体和马氏体转变的特征， 又有其独特之处，如下：
4、贝氏体转变的不完全性
与珠光体转变不同，贝氏体转变一般不能进 行彻底，在贝氏体转变开始后，经过一段时 间形成一定数量的贝氏体后，贝氏体转变会 停下来。转变温度愈接近Bs点，能够形成的 贝氏体愈少。
5、贝氏体转变的扩散性
不扩散。
6、贝氏体转变的晶体学特征
（7）惯习面和位向关系
铁素体的惯习面为{111}A，与奥氏体之间 的位向接近K-S关系， 碳化物惯习面为{227} A，与奥氏体有确定位向关系。
二 下贝氏体（B下）
下贝氏体是在贝氏体转变区的下部的温 度范围(350～230℃)内形成的贝氏体。又称 为低温贝氏体。 1.下贝氏体的组成
由铁素体和碳化物（为ε- FexC）组成的 二相非层片状混合物。 2.下贝氏体形成温度
3、贝氏体转变通过形核和长大方式进行
贝氏体转变是一个形核和长大过程，等温 转变动力学曲线是S形，等温转变动力学图 是C形。等温转变动力学图是由上贝氏体的 等温转变动力学图和下贝氏体的等温转变 动力学图合并而成。
贝氏体转变是奥氏体分解、有孕育期和领 先相。领先相为铁素体，贝氏体长大和碳 化物析出受碳扩散控制。上贝氏体长大速 度取决于碳在奥氏体中的扩散，下贝氏体 长大速度取决于碳在铁素体中的扩散。贝 氏体转变比马氏体转变慢。说明中温转变 是两种不同机制的转变。
（4）上贝氏体中的碳化物
碳化物为渗碳体，呈断续的、短杆状分布 于铁素体板条之间，其主轴方向与铁素体 板条方向平行，呈非层片状。随温度下降， 渗碳体更细。
第六章 贝氏体转变
扩散性：Fe原子不能扩散，C原子能扩散
晶体学特征：有表面浮凸→转变以切变的方式完成晶格重构
贝氏体中的铁素体以切变形式形成
B转变动力学
������ 目的：为弄清贝氏体转变机制提供线索，同时 为制定与贝氏体转变有关的热处理工艺提供依据。 6.3.1等温转变动力学
B转变时C的扩散
与M不同，B转变的进行依赖于碳原子的扩散。为了在A 中形成低C的F，C必将向A富集，当A的C含量超过Fe3C在A中 的溶解度曲线ES及其延长线时，C又将以Fe3C形式析出，使 A含C量下降。 中碳时，等温开始后，B转变前，A中C含量就发生了明显 变化，表明在A中已出现了局部小范围的低碳区，为形成低碳 的B作好了准备。以后随B转变的进行，A碳含量不断升高。
������
B转变机制
B转变包括B中F的形成与K析出 Hehemann模型 切变理论
Bhadashia模型
台阶扩散理论
（Aaronson，美国冶金学家）
切变理论——Hehemann模型
在贝氏体形成过程，Fe和臵换式原子不发生扩散， 贝氏体铁素体以切变相变方式形核长大，完成面心立方 结构向体心立方结构的点阵改组。 ������ 铁素体长大速度高于碳的扩散速度，导致碳在铁 素体中过饱和。随后多余的碳以碳化物形式从过饱和的 铁素体中析出，或扩散到奥氏体中，再从奥氏体中以碳
的富碳奥氏体中析出。
台阶扩散理论
台阶的水平面为α－γ的半共格界面，界面两侧的α、γ 有一定的位向关系，在半共格界面上存在柏氏矢量与界面 平行的刃形位错；台阶的端面（垂面）为非共格面，其原 子处于较高的能量状态，因此有较高的活动性，易于实现 迁移，使台阶侧向移动，从而导致台阶宽面向前推进。
台阶扩散理论
6.6 等温淬火及其应用
第六章 贝氏体转变
△G
因此， 转变不需要 转变不需要M转变 因此，B转变不需要 转变 那样大的过冷度 BS点表示 和B自由能差达到相变 点表示A和 自由能差达到相变 所需最小化学驱动力值时的温度。 所需最小化学驱动力值时的温度。
固态相变, SMSE,CUMT
H L MS MS
HL MS
T/℃ ℃
高碳A→高碳 ， △GvH 高碳M， 高碳 高碳 ＝ △ GV 低碳A 低碳 低碳M， 低碳 →低碳 ， △GvL △ 高碳A 低碳 低碳M， 高碳 →低碳 ，△GvHL >△GV
原理篇——6 贝氏体转变 原理篇
第六章 贝氏体转变
6.1、 6.1、贝氏体相变的基本特征 6.2、贝氏体的组织形态和亚结构 6.2、 6.3、贝氏体相变热力学和相变机制 6.3、贝氏体相变热力学和相变机制 6.4、 6.4、贝氏体转变动力学 6.5、 6.5、贝氏体转变影响因素 6.6、 6.6、贝氏体力学性能
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+
区; 区 区
区 400 A 300 Ms 200 100 0 Mf -100 0 1
区; 区
M+AR
; 区 (s)
10
, SMSE,CUMT
返 回 学习指南
原理篇——6 贝氏体转变 原理篇
T/℃ ℃ • 奥氏体化后过冷到珠 光体与马氏体相变的中 间温度相变。 间温度相变。 • 兼有珠光体相变扩散 特点和马氏体相变共格 切变特征。 切变特征。 • 贝氏体（B）组织由 贝氏体（ ） 铁素体＋渗碳体组成。 铁素体＋渗碳体组成。 (BF) M A M t/s
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返 回 学习指南
原理篇——6 贝氏体转变 原理篇
组织形态： 组织形态： 由成束的、大致平行的F板条加碳化物组成 板条加碳化物组成。 由成束的、大致平行的 板条加碳化物组成。 铁素体（羽毛状） 铁素体（羽毛状） 束内相邻F位向差很小，束与束之间位向差较大； 束内相邻 位向差很小，束与束之间位向差较大； 位向差很小 亚结构是位错； 亚结构是位错； C％<0.03%，接近平衡浓度； ％ ，接近平衡浓度； BF有浮凸 有浮凸; 有浮凸 BF惯习面{111},与A位向关系接近K—S。 {111},与 位向关系接近K S F惯习面{111},
材料科学基础(上海交大)--第9章
材料与化学化工学院
第9章 材料的亚稳态
9.0 概述
9.1 纳米晶材料
9.2 准晶态 9.3 非晶态材料 9.4 固态相变形成的亚稳相
重点和难点
• 纳米晶材料的结构和性能特点；
•
•
纳米晶材料的制备；
准晶结构和性能特点；
•
•
准晶的制备；
非晶态结构及其形成；
•
•
非晶态材料性能；
高聚物的玻璃化转变；
•
力，既决定于冷却速度也决定于合金成分
合金成分与形成非晶能力的关系是一个十分复
杂的问题，目前还未能得出较全面的规律，除了
从熔体急冷可获得非晶态之外，晶体材料在高能 幅照或机械驱动（如高能球磨、高速冲击等剧烈
形变方式）等作用下也会发生非晶化转变，即从
原先的有序结构转变为无序结构（对于化学有序
的合金还包括转为化学无序状态），这类转变都
性。目前非晶合金最令人注目的是其优良的磁
学性能，包括软磁性能和硬磁性能。
一些非晶合金很易于磁化，磁矫顽力甚低，且 涡流损失少，是极佳的软磁材料，其中代表性的是 Fe-B-Si合金。此外，使非晶合金部分晶化后可获 得10～20nm尺度的极细晶粒，因而细化磁畴，产 生更好的高频软磁性能。有些非晶合金具有很好的 硬磁性能，其磁化强度、剩磁、矫顽力、磁能积都 很高，例如 Nd－Fe－B非晶合金经部分晶化处理 后（14～50nm尺寸晶粒）达到目前永磁合金的最 高磁能积值，是重要的永磁材料。
b．二维准晶
它们是由准周期有序的原子层周期地堆垛而构
成的，是将准晶态和晶态的结构特征结合在一起。
c．二十面体准晶
A类二十面体多数是铝一过渡族元素化合物，
而B族极少含有过渡族元素。
第9章 材料的亚稳态
9.0 概述
9.1 纳米晶材料
9.2 准晶态 9.3 非晶态材料 9.4 固态相变形成的亚稳相
重点和难点
• 纳米晶材料的结构和性能特点；
•
•
纳米晶材料的制备；
准晶结构和性能特点；
•
•
准晶的制备；
非晶态结构及其形成；
•
•
非晶态材料性能；
高聚物的玻璃化转变；
•
力，既决定于冷却速度也决定于合金成分
合金成分与形成非晶能力的关系是一个十分复
杂的问题，目前还未能得出较全面的规律，除了
从熔体急冷可获得非晶态之外，晶体材料在高能 幅照或机械驱动（如高能球磨、高速冲击等剧烈
形变方式）等作用下也会发生非晶化转变，即从
原先的有序结构转变为无序结构（对于化学有序
的合金还包括转为化学无序状态），这类转变都
性。目前非晶合金最令人注目的是其优良的磁
学性能，包括软磁性能和硬磁性能。
一些非晶合金很易于磁化，磁矫顽力甚低，且 涡流损失少，是极佳的软磁材料，其中代表性的是 Fe-B-Si合金。此外，使非晶合金部分晶化后可获 得10～20nm尺度的极细晶粒，因而细化磁畴，产 生更好的高频软磁性能。有些非晶合金具有很好的 硬磁性能，其磁化强度、剩磁、矫顽力、磁能积都 很高，例如 Nd－Fe－B非晶合金经部分晶化处理 后（14～50nm尺寸晶粒）达到目前永磁合金的最 高磁能积值，是重要的永磁材料。
b．二维准晶
它们是由准周期有序的原子层周期地堆垛而构
成的，是将准晶态和晶态的结构特征结合在一起。
c．二十面体准晶
A类二十面体多数是铝一过渡族元素化合物，
而B族极少含有过渡族元素。
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4
B上组织
-----粒状 粒状B 粒状
9-54（47） 25Cr2MoV钢颗粒状 1000× 钢颗粒状B 图9-54（47） 25Cr2MoV钢颗粒状B 1000× 特征： 基体上分布着颗粒状小岛。 特征：铁素体 基体上分布着颗粒状小岛。 在高温下原是富碳的A 冷却到上B的较高温度区， 分析：在高温下原是富碳的A区，当A冷却到上B的较高温度区， 析出BF后，由于碳扩散到A中，使A不均匀地富碳，不再转变 析出BF后 由于碳扩散到A 不均匀地富碳， BF 在继续冷却过程中由于冷却条件和A稳定性的不同， 为F。在继续冷却过程中由于冷却条件和A稳定性的不同，可 以分解成F 形成P,可以转变为M 也可以以残余A P,可以转变为 以分解成F和Fe3C形成P,可以转变为M，也可以以残余A的形 式保留下来。这些颗粒岛屿均能起到强化作用。 式保留下来。这些颗粒岛屿均能起到强化作用。
400 ～ 550 ℃： 冲击韧性低， 冲击韧性低，硬度也低 工程材料中回避其形成
14
B的性能 的性能
B下：（形成温度较低） ：（形成温度较低） 形成温度较低
铁素体晶粒和碳化物颗粒细小， 铁素体晶粒和碳化物颗粒细小，在BF内部 内部 沉淀析出细小弥散分布的ε 碳化物( 沉淀析出细小弥散分布的ε-碳化物 FeXC)， ， 位错密度很高。 位错密度很高。
具有良好的综合力学性能 强度高， 强度高，韧性好
生产上广泛采用等温淬火的工艺得到B下
15
B 转变特点 (1)是一个形核与长大过程 是一个形核与长大过程. 是一个形核与长大过程
晶内（ F形核：晶界（B上）、晶内（B下） 形核：晶界（ ）、晶内 形核 B长大：受碳元素的扩散控制， 长大： 长大 受碳元素的扩散控制， B上：碳在 中的扩散速度 ; 碳在A中的扩散速度 B下：碳在 F中的扩散速度 中的扩散速度
不同点： 不同点：
P 转变为共析转变（共生共析）； 转变为共析转变（共生共析）； B转变时，基体和碳化物并非是共析的，先形成基体， 转变时， 转变时 基体和碳化物并非是共析的，先形成基体， 碳化物在适当时机析出： 碳化物在适当时机析出： 如果在F片间析出 得羽毛状B 片间析出， 经典B 如果在 片间析出，得羽毛状 上（经典 上）； 如果不再析出，得无碳化物B 如果不再析出，得无碳化物 上 如果形成粒状A/M小岛，得粒状得 上 小岛， 如果形成粒状 小岛 得粒状得B 前者为平衡组织； 前者为平衡组织；后者为非平衡组织
（X＝0） ＝ ）
B上:硬度、韧性低 强度、硬度高塑 硬度、 硬度 强度、 B下:综合性能好 性、韧性低 综合性能好
转变与P转变的联系与区别 上B转变与 转变的联系与区别（异同点） 转变与 转变的联系与区别（异同点） 相同点： 相同点：
形核位置： 形核位置：两者均在晶界上 均为双相组织 转变机制： 转变机制：扩散型
晶内 极快 片状； 片状；板条状
扩散（共析） 转变机制 扩散（共析） 形核位置 转变速度 组织形貌
扩散－切变 基体 切变（无扩散） 基体) 扩散－切变(基体 切变（无扩散）
F+Fe3C 相组成物 （Fe3C 连续）
强度、 强度、硬度低 产物性能 塑性较高
BF+FeXC
（X＝2~3） ＝ ）
M(过饱和 过饱和) 过饱和
(回忆片状 组织 回忆片状M组织 回忆片状 组织)
11
片状M与 片状 与B下组织形态的对比
片状M的典型组织 片状 的典型组织 500X
B下组织图
12
B的性能 的性能
B的性能取决于组织形态。（双相组织） 的性能取决于组织形态。（双相组织） 的性能取决于组织形态。（双相组织
其组织形态与转变温度有关。 其组织形态与转变温度有关。 变化规律为： 变化规律为： 一般温度愈低， 一般温度愈低，
BF的晶粒愈细、含碳量愈高； 的晶粒愈细、含碳量愈高； 的晶粒愈细 碳化物的尺寸减小、数量增多。 强度、 碳化物的尺寸减小、数量增多。 强度、硬度增加 其形态由短杆状向细片状变化。 其形态由短杆状向细片状变化
13
B的性能 的性能
B上：（形成温度较高） ：（形成温度较高） 形成温度较高
铁素体晶粒和碳化物颗粒较粗大， 铁素体晶粒和碳化物颗粒较粗大，碳化物呈 短杆状平行分布于铁素体板条之间， 短杆状平行分布于铁素体板条之间，两个相 的分布具有明显的方向性。 的分布具有明显的方向性。
8
片状P的组织形态 片状 的组织形态
片状P的组织形态 片状 的组织形态 a)珠光体（700℃） b)索氏体（650℃） c)屈氏体（600℃） 珠光体（ ℃ 索氏体（ ℃ 屈氏体（ ℃ 珠光体 索氏体 屈氏体 2500X 7500X 11000X 分析： (1)平行关系 平行关系； 分析： (1)平行关系；片间距随转变温度的下降而变细 渗碳体几乎连续、 (2) 渗碳体几乎连续、长杆状
六、钢中的贝氏体（B）转变 钢中的贝氏体（ ）
（有色合金中也存在贝氏体转变） 有色合金中也存在贝氏体转变）
1
钢的冷却转变的分类
A1
A→P A→B
A
Ms Mf
A→M
共析钢过冷A的等温转变曲线 共析钢过冷 的等温转变曲线
2
六、贝氏体（B）转变 贝氏体（ ）
贝氏体：由铁素体和碳化物组成的双相组织。 贝氏体：由铁素体和碳化物组成的双相组织。 贝氏体转变：钢在珠光体转变温度以下、马氏体 贝氏体转变：钢在珠光体转变温度以下、 转变温度以上范围内， 转变温度以上范围内，过冷奥氏体发生的组织转 。（又称中温转变 又称中温转变） 变。（又称中温转变） 贝氏体转变机制：切变—扩散混合机制 贝氏体转变机制：切变 扩散混合机制 扩散： 扩散：碳化物的析出 碳可以在铁素体中扩散，而铁不能） （碳可以在铁素体中扩散，而铁不能） 切变： 切变：基体晶格的改组 新相与母相之间保持共格关系） （新相与母相之间保持共格关系）
20
转变与M相变的联系与区别 下B转变与 相变的联系与区别（异同点） 转变与 相变的联系与区别（异同点）
相同点： 相同点： 两者的转变温度有重叠的区域 形核位置： 形核位置：晶内 基体的转变机制： 基体的转变机制：切变 均为非平衡组织 不同点： 不同点： 相组成不同：前者为双相组织； 相组成不同：前者为双相组织；后者为单相组织 稳定性不同： 后者为不稳定 不稳定组织 稳定性不同：前者为稳定组织 ；后者为不稳定组织
21
预习或自学内容
魏氏组织的形成 过冷A连续冷却曲线及其应用 过冷 连续冷却曲线及其应用
22
3
贝氏体的组织形态
粒状贝氏体 上贝氏体（B上） 上贝氏体（
高温区形成的大块状铁素体基体 上分布着富碳的奥氏体（ 上分布着富碳的奥氏体（随后发 生分解） 生分解） 经典上贝氏体
下贝氏体（ 下贝氏体（B下） 经典下贝氏体
约以350℃为界 对于ωc>0.4％的碳素钢中， B上和B下约以 ％的碳素钢中， ℃
铁素体：板条状平行生长，条较宽， 铁素体：板条状平行生长，条较宽，其宽度随形成温度 的下降而变细。 含过饱和的碳 存在位错缠结， 含过饱和的碳， 的下降而变细。BF含过饱和的碳，存在位错缠结，其 形态和亚结构与板条M相似 相似。 形态和亚结构与板条 相似。 渗碳体：在相邻铁素体条间存在，不连续、短杆状， 渗碳体：在相邻铁素体条间存在，不连续、短杆状，其 主轴方向与F板条长轴方向平行 主轴方向与 板条长轴方向平行
图9-58（51） 贝氏体转变示意图 （ ） （a）无碳化物 （b）上B （c）下B ）无碳化物B ） ）
18
B 转变的过渡性
转变温度
P转变 转变 A1~550℃
晶界 缓慢 片状； 片状；粒状
B转变 转变 550 ℃ ~Ms
晶界(B上)；晶内(B下) ； 较快 羽毛或针状
M相变 相变 Ms ~ Mf
9
B下组织图
图9-53（46） B下的显微组织 （ ） a）金相组织 b）电镜组织 ） ）Biblioteka 10B下组织的分析
B下形态：呈针状或针叶状（与片状 相似） 呈针状或针叶状（与片状M相似 相似） B下相组成物：铁素体＋碳化物 FeXC) 相组成物：铁素体＋碳化物( 铁素体：内部含有过饱和的碳， 铁素体：内部含有过饱和的碳，其固溶量随形成温度的降低而 增高， 高达0.3％。 增高，ωc高达 ％。 碳化物(Fe 也称ε 碳化物） 具有六方结构， 碳化物 XC) （也称ε-碳化物） ： 具有六方结构，成份不 平行排列，并与F长轴呈 长轴呈55～ ° 定 ，平行排列，并与 长轴呈 ～65°取向 B下形核位置：少数在 晶界上，多数在 晶粒内部 形核位置：少数在A晶界上 多数在A晶粒内部 晶界上， B下亚结构：高密度位错（比B上高），不存在孪晶 亚结构：高密度位错（ ），不存在孪晶
17
B 转变特点 (3)B 中的碳化物的分布与形成温度有关。 中的碳化物的分布与形成温度有关。 低碳钢，转变温度较高时 低碳钢，转变温度较高时:(a) 碳能够充分扩散 转变温度较低时： 转变温度较低时：B上 BF条间 的碳浓度达到一定程 条间A的碳浓度达到一定程 条间 度后，析出θ-碳化物 碳化物(Fe3C)； 度后，析出 碳化物 ； 扩散不充分， 扩散不充分，短距离 转变温度更低时： 转变温度更低时： B下 BF内特定的晶面上偏聚，析 内特定的晶面上偏聚， 内特定的晶面上偏聚 碳化物(FeXC)；A中的 出ε-碳化物 碳化物 ； 中的 扩散更加困难， 中可进行 扩散更加困难，F中可进行 片状P;板条 针片 片状 板条M;针片 板条 针片M ？ P;M;A'
特点：BF基体上分布着颗 特点： 基体上分布着颗 粒状的岛屿（ 粒状的岛屿（P;M;A'） ）
6
B上组织
图9-52(45) B上的显微组织 a）金相组织 500X (羽毛状 羽毛状) ） 羽毛状 b）透射电镜组织 4000X ）
7
B上组织分析
铁素体（又称BF） 渗碳体（ B上：铁素体（又称 ） ＋渗碳体（ Fe3C ）
B上组织
-----粒状 粒状B 粒状
9-54（47） 25Cr2MoV钢颗粒状 1000× 钢颗粒状B 图9-54（47） 25Cr2MoV钢颗粒状B 1000× 特征： 基体上分布着颗粒状小岛。 特征：铁素体 基体上分布着颗粒状小岛。 在高温下原是富碳的A 冷却到上B的较高温度区， 分析：在高温下原是富碳的A区，当A冷却到上B的较高温度区， 析出BF后，由于碳扩散到A中，使A不均匀地富碳，不再转变 析出BF后 由于碳扩散到A 不均匀地富碳， BF 在继续冷却过程中由于冷却条件和A稳定性的不同， 为F。在继续冷却过程中由于冷却条件和A稳定性的不同，可 以分解成F 形成P,可以转变为M 也可以以残余A P,可以转变为 以分解成F和Fe3C形成P,可以转变为M，也可以以残余A的形 式保留下来。这些颗粒岛屿均能起到强化作用。 式保留下来。这些颗粒岛屿均能起到强化作用。
400 ～ 550 ℃： 冲击韧性低， 冲击韧性低，硬度也低 工程材料中回避其形成
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B的性能 的性能
B下：（形成温度较低） ：（形成温度较低） 形成温度较低
铁素体晶粒和碳化物颗粒细小， 铁素体晶粒和碳化物颗粒细小，在BF内部 内部 沉淀析出细小弥散分布的ε 碳化物( 沉淀析出细小弥散分布的ε-碳化物 FeXC)， ， 位错密度很高。 位错密度很高。
具有良好的综合力学性能 强度高， 强度高，韧性好
生产上广泛采用等温淬火的工艺得到B下
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B 转变特点 (1)是一个形核与长大过程 是一个形核与长大过程. 是一个形核与长大过程
晶内（ F形核：晶界（B上）、晶内（B下） 形核：晶界（ ）、晶内 形核 B长大：受碳元素的扩散控制， 长大： 长大 受碳元素的扩散控制， B上：碳在 中的扩散速度 ; 碳在A中的扩散速度 B下：碳在 F中的扩散速度 中的扩散速度
不同点： 不同点：
P 转变为共析转变（共生共析）； 转变为共析转变（共生共析）； B转变时，基体和碳化物并非是共析的，先形成基体， 转变时， 转变时 基体和碳化物并非是共析的，先形成基体， 碳化物在适当时机析出： 碳化物在适当时机析出： 如果在F片间析出 得羽毛状B 片间析出， 经典B 如果在 片间析出，得羽毛状 上（经典 上）； 如果不再析出，得无碳化物B 如果不再析出，得无碳化物 上 如果形成粒状A/M小岛，得粒状得 上 小岛， 如果形成粒状 小岛 得粒状得B 前者为平衡组织； 前者为平衡组织；后者为非平衡组织
（X＝0） ＝ ）
B上:硬度、韧性低 强度、硬度高塑 硬度、 硬度 强度、 B下:综合性能好 性、韧性低 综合性能好
转变与P转变的联系与区别 上B转变与 转变的联系与区别（异同点） 转变与 转变的联系与区别（异同点） 相同点： 相同点：
形核位置： 形核位置：两者均在晶界上 均为双相组织 转变机制： 转变机制：扩散型
晶内 极快 片状； 片状；板条状
扩散（共析） 转变机制 扩散（共析） 形核位置 转变速度 组织形貌
扩散－切变 基体 切变（无扩散） 基体) 扩散－切变(基体 切变（无扩散）
F+Fe3C 相组成物 （Fe3C 连续）
强度、 强度、硬度低 产物性能 塑性较高
BF+FeXC
（X＝2~3） ＝ ）
M(过饱和 过饱和) 过饱和
(回忆片状 组织 回忆片状M组织 回忆片状 组织)
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片状M与 片状 与B下组织形态的对比
片状M的典型组织 片状 的典型组织 500X
B下组织图
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B的性能 的性能
B的性能取决于组织形态。（双相组织） 的性能取决于组织形态。（双相组织） 的性能取决于组织形态。（双相组织
其组织形态与转变温度有关。 其组织形态与转变温度有关。 变化规律为： 变化规律为： 一般温度愈低， 一般温度愈低，
BF的晶粒愈细、含碳量愈高； 的晶粒愈细、含碳量愈高； 的晶粒愈细 碳化物的尺寸减小、数量增多。 强度、 碳化物的尺寸减小、数量增多。 强度、硬度增加 其形态由短杆状向细片状变化。 其形态由短杆状向细片状变化
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B的性能 的性能
B上：（形成温度较高） ：（形成温度较高） 形成温度较高
铁素体晶粒和碳化物颗粒较粗大， 铁素体晶粒和碳化物颗粒较粗大，碳化物呈 短杆状平行分布于铁素体板条之间， 短杆状平行分布于铁素体板条之间，两个相 的分布具有明显的方向性。 的分布具有明显的方向性。
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片状P的组织形态 片状 的组织形态
片状P的组织形态 片状 的组织形态 a)珠光体（700℃） b)索氏体（650℃） c)屈氏体（600℃） 珠光体（ ℃ 索氏体（ ℃ 屈氏体（ ℃ 珠光体 索氏体 屈氏体 2500X 7500X 11000X 分析： (1)平行关系 平行关系； 分析： (1)平行关系；片间距随转变温度的下降而变细 渗碳体几乎连续、 (2) 渗碳体几乎连续、长杆状
六、钢中的贝氏体（B）转变 钢中的贝氏体（ ）
（有色合金中也存在贝氏体转变） 有色合金中也存在贝氏体转变）
1
钢的冷却转变的分类
A1
A→P A→B
A
Ms Mf
A→M
共析钢过冷A的等温转变曲线 共析钢过冷 的等温转变曲线
2
六、贝氏体（B）转变 贝氏体（ ）
贝氏体：由铁素体和碳化物组成的双相组织。 贝氏体：由铁素体和碳化物组成的双相组织。 贝氏体转变：钢在珠光体转变温度以下、马氏体 贝氏体转变：钢在珠光体转变温度以下、 转变温度以上范围内， 转变温度以上范围内，过冷奥氏体发生的组织转 。（又称中温转变 又称中温转变） 变。（又称中温转变） 贝氏体转变机制：切变—扩散混合机制 贝氏体转变机制：切变 扩散混合机制 扩散： 扩散：碳化物的析出 碳可以在铁素体中扩散，而铁不能） （碳可以在铁素体中扩散，而铁不能） 切变： 切变：基体晶格的改组 新相与母相之间保持共格关系） （新相与母相之间保持共格关系）
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转变与M相变的联系与区别 下B转变与 相变的联系与区别（异同点） 转变与 相变的联系与区别（异同点）
相同点： 相同点： 两者的转变温度有重叠的区域 形核位置： 形核位置：晶内 基体的转变机制： 基体的转变机制：切变 均为非平衡组织 不同点： 不同点： 相组成不同：前者为双相组织； 相组成不同：前者为双相组织；后者为单相组织 稳定性不同： 后者为不稳定 不稳定组织 稳定性不同：前者为稳定组织 ；后者为不稳定组织
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预习或自学内容
魏氏组织的形成 过冷A连续冷却曲线及其应用 过冷 连续冷却曲线及其应用
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3
贝氏体的组织形态
粒状贝氏体 上贝氏体（B上） 上贝氏体（
高温区形成的大块状铁素体基体 上分布着富碳的奥氏体（ 上分布着富碳的奥氏体（随后发 生分解） 生分解） 经典上贝氏体
下贝氏体（ 下贝氏体（B下） 经典下贝氏体
约以350℃为界 对于ωc>0.4％的碳素钢中， B上和B下约以 ％的碳素钢中， ℃
铁素体：板条状平行生长，条较宽， 铁素体：板条状平行生长，条较宽，其宽度随形成温度 的下降而变细。 含过饱和的碳 存在位错缠结， 含过饱和的碳， 的下降而变细。BF含过饱和的碳，存在位错缠结，其 形态和亚结构与板条M相似 相似。 形态和亚结构与板条 相似。 渗碳体：在相邻铁素体条间存在，不连续、短杆状， 渗碳体：在相邻铁素体条间存在，不连续、短杆状，其 主轴方向与F板条长轴方向平行 主轴方向与 板条长轴方向平行
图9-58（51） 贝氏体转变示意图 （ ） （a）无碳化物 （b）上B （c）下B ）无碳化物B ） ）
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B 转变的过渡性
转变温度
P转变 转变 A1~550℃
晶界 缓慢 片状； 片状；粒状
B转变 转变 550 ℃ ~Ms
晶界(B上)；晶内(B下) ； 较快 羽毛或针状
M相变 相变 Ms ~ Mf
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B下组织图
图9-53（46） B下的显微组织 （ ） a）金相组织 b）电镜组织 ） ）Biblioteka 10B下组织的分析
B下形态：呈针状或针叶状（与片状 相似） 呈针状或针叶状（与片状M相似 相似） B下相组成物：铁素体＋碳化物 FeXC) 相组成物：铁素体＋碳化物( 铁素体：内部含有过饱和的碳， 铁素体：内部含有过饱和的碳，其固溶量随形成温度的降低而 增高， 高达0.3％。 增高，ωc高达 ％。 碳化物(Fe 也称ε 碳化物） 具有六方结构， 碳化物 XC) （也称ε-碳化物） ： 具有六方结构，成份不 平行排列，并与F长轴呈 长轴呈55～ ° 定 ，平行排列，并与 长轴呈 ～65°取向 B下形核位置：少数在 晶界上，多数在 晶粒内部 形核位置：少数在A晶界上 多数在A晶粒内部 晶界上， B下亚结构：高密度位错（比B上高），不存在孪晶 亚结构：高密度位错（ ），不存在孪晶
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B 转变特点 (3)B 中的碳化物的分布与形成温度有关。 中的碳化物的分布与形成温度有关。 低碳钢，转变温度较高时 低碳钢，转变温度较高时:(a) 碳能够充分扩散 转变温度较低时： 转变温度较低时：B上 BF条间 的碳浓度达到一定程 条间A的碳浓度达到一定程 条间 度后，析出θ-碳化物 碳化物(Fe3C)； 度后，析出 碳化物 ； 扩散不充分， 扩散不充分，短距离 转变温度更低时： 转变温度更低时： B下 BF内特定的晶面上偏聚，析 内特定的晶面上偏聚， 内特定的晶面上偏聚 碳化物(FeXC)；A中的 出ε-碳化物 碳化物 ； 中的 扩散更加困难， 中可进行 扩散更加困难，F中可进行 片状P;板条 针片 片状 板条M;针片 板条 针片M ？ P;M;A'
特点：BF基体上分布着颗 特点： 基体上分布着颗 粒状的岛屿（ 粒状的岛屿（P;M;A'） ）
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B上组织
图9-52(45) B上的显微组织 a）金相组织 500X (羽毛状 羽毛状) ） 羽毛状 b）透射电镜组织 4000X ）
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B上组织分析
铁素体（又称BF） 渗碳体（ B上：铁素体（又称 ） ＋渗碳体（ Fe3C ）