贝氏体的组织形态和晶体学.docx
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贝氏体的组织形态和晶体学
贝氏体的组织形态和晶体学
2009-09-1416:
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简介：
贝氏体的组织形态随钢的化学成分及形成温度的变化而变化。
贝氏体按组织形态的不同区分为无碳化物贝氏体，上贝氏体，下贝氏体，粒状贝氏体以及柱状贝氏体等。
由于目前对贝氏体的组织形态的划分还没有统一的标准，...
贝氏体的组织形态随钢的化学成分及形成温度的变化而变化。
贝氏体按组织形态的不同区分为无碳化物贝氏体，上贝氏体，下贝氏体，粒状贝氏体以及柱状贝氏体等。
由于目前对贝氏体的组织形态的划分还没有统一的标准，所以还有一些其它贝氏体形态的报导。
这里仅对最主要的无碳化物贝氏体，上贝氏体，下贝氏体以及粒状贝氏体等的组织形态进行讨论。
一、无碳化物贝氏体（B无）
无碳化物贝氏体由板条铁素体束及未转变的奥氏体组成，在铁素体之间为定富碳的奥氏体，铁素体与奥氏体内均无碳化物析出，故称为无碳化物贝氏体，是贝氏体的一种特殊形态（图4-1）。
1、形成温度范围
在贝氏体转变的最高温度范围内形成。
2、组织形态
是一种单相组织，由大致平行的铁素体板条组成。
铁素体板条自奥氏体晶界处形成，成束地向一侧晶粒内长大，铁素体板条较宽，板条之间的距离也较大。
随着贝氏体的形成温度降低，铁素体板条变窄，板条之间的距离也变小。
在铁素体板条之间分布着富碳的奥氏体。
由于铁素体与奥氏体内均无碳化物析出，故称为无碳化物贝氏体。
富碳的奥氏体在随后的等温和冷却过程中还会发生相应的变化，可能转变为珠光体、其它类型的贝氏体或马氏体，也有可能保持奥氏体状态不变。
所以说无碳化物贝氏体是不能单独存在的。
3、晶体学特征及亚结构
无碳化物贝氏体中的铁素体形成时也能在抛光试样表面形成浮凸。
惯习面为{111}A，铁素体与母相奥氏体的位向关系为K-S关系。
魏氏组织铁素体在形成时也能引起浮凸，惯习面{111}A，也是位向关系也是K-S关系，形态也与无碳化物贝氏体铁素体极其相似，因此多数人认为魏氏组织铁素体即无碳化物贝氏体。
在铁素体内存在着一定数量的位错，位错密度较低。
二、上贝氏体（B上）
1、 形成的温度范围
在贝氏体转变区的较高温度区域内形成，对于中、高碳钢，上贝氏体大约在350~550℃之间形成。
因其形成在转变区的高温区，所以称为上贝氏体。
2、 组织形态
上贝氏体是一种两相组织，由铁素体和渗碳体组成。
成束大致平行的铁素体板条自奥氏体晶界向一侧或两侧奥氏体晶内长入。
渗碳体（有时还有残余奥氏体）分布于铁素体板之间，整体在光学显微镜下呈羽毛状，故可称上贝氏体为羽毛状贝氏体（图4-2）。
魏氏组织
魏氏组织（widmanstattenstructure）
焊接热影响区中的过热区，由于奥氏体晶粒长得非常粗大，这种粗大的奥氏体在较快的冷却速度下会形成一种特殊的过组织，其组织特征为在一个粗大的奥氏体晶粒内会形成许多平行的铁素体（渗碳体）针片，在铁素体针片之间的剩余奥氏体最后转变为珠光体，这种过热组织称为铁素体（渗碳体）魏氏组织。
简单说来，就是在奥氏体晶粒较粗大，冷却速度适宜时，钢中的先共析相以针片状形态与片状珠光体混合存在的复相组织。
魏氏组织不仅晶粒粗大，而且由于大量铁素体针片形成的脆弱面，使金属的韧性急剧下降，这是不易淬火钢焊接接头变脆的一个主要原因。
理论产生原因
片状的共格沉淀相通常是在基体的一定晶面析出（叫沉淀的惯析面），以维持共格，因为在晶体内晶面成几组方向不同地平行排列，所以沉淀相也就是几组平行排列，成为魏氏组织
魏氏组织是过冷奥氏体的高温转变组织.在它形成时必须有先析出相的大量析出及共析成分奥氏体内部的扩散配合。
也就是说在Ar3（Arcm）与Ar1温度之间冷却太慢。
如果在奥氏体组织内存在碳浓度起伏，这种魏氏体组织就容易形成。
铸钢件中就易出现魏氏组织，锻件在缓冷时也易出现魏氏组织。
魏氏组织由于其组织出现一般都伴随着原奥氏体晶粒粗大。
因此，其机械性能（强度、韧性、耐磨性）极差。
一、定义
组织组分之一呈片状或针状沿母相特定晶面析出的显微组织
二、常见的魏氏组织
亚共析钢为魏氏组织铁素体，过共析钢为魏氏组织渗碳体
三、形成机理
魏氏组织铁素体和渗碳体均为先析出相。
当过冷奥氏体由于冷却速度较快，转变温度较低时，先析出相在晶界形核后，铁原子的扩散变得困难，非共格界面不容易迁移，共格界面的迁移成为主导。
因此先析出相的晶核长大将通过共格界面向与其有位向关系的奥氏体晶粒内部长大，同时，为减少弹性能，先析出相将呈针、片状沿奥氏体某一晶面向晶粒内伸长。
四、组织特征
1、由晶界向晶内生长，呈片状或针状；
2、针片之间相互平行或互成60°、90°夹角；
3、相互平行的针片之间距离较大，针片之间的组织为珠光体类组织；
4、魏氏组织以切变共格方式形成，会在抛光表面产生浮凸。
五、影响魏氏组织形成的因素
1、冷却速度 冷却速度过快和过慢都会抑制魏氏组织的形成
2、奥氏体晶粒大小 粗大的奥氏体晶粒将促进魏氏组织的形成，因此，避免过热将可有效抑制制魏氏组织的形成
3、化学成分 亚共析钢碳含量为0.2%~0.4%时，较易形成魏氏铁素体
六、魏氏组织对材料力学性能的影响
魏氏组织的出现将降低材料的塑性和韧性，增加材料的脆性。
在GB/T13299《钢的显微组织评定方法》中对魏氏组织的评定作了如下6个等级划分，前提条件是珠光体钢过热后出现的魏氏组织，魏氏组织级别评定原则是：
根据析出的针状铁素体数量、形状以及由铁素体网确定的奥氏体晶粒的大小进行评级。
对于碳含量在0.15-0.30%之间的钢种，其各个级别的魏氏组织的特征描述如下：
0级：
均匀的铁素体和珠光体组织，无魏氏组织特征；
1级：
铁素体组织中有呈现不规则的块状铁素体出现；
2级：
呈现个别针状组织区；
3级：
由铁素体网向晶内生长，分布于晶粒内部的细针状魏氏组织；
4级：
明显的魏氏组织；
5级：
粗大针状及厚网状的非常明显的魏氏组织。
对一般低、中碳钢来说，不论奥氏体晶粒粗细，只要冷却速度或者等温温度适宜应该都会有魏氏组织出现的可能。
当然，奥氏体晶粒粗大时，出现这种组织所对应的钢的碳含量范围要宽些，而且在较慢的冷速下就能形成。
魏氏组织会引起钢的强度、韧性和塑性的降低。
消除魏氏组织常用的办法一般采用退火或正火；程度严重的工件可采用二次正火（较高温度+较低温度）。
一般出现魏氏组织的工件还要进行最终热处理，如淬火+回火，所以也能通过后续热处理把魏氏组织消除掉。
珠光体
科技名词定义
中文名称：
珠光体
英文名称：
pearlite
其他名称：
片层状珠光体
定义：
奥氏体从高温缓慢冷却时发生共析转变所形成的，其立体形态为铁素体薄层和碳化物（包括渗碳体）薄层交替重叠的层状复相物。
广义则包括过冷奥氏体发生珠光体转变所形成的层状复相物。
应用学科：
机械工程（一级学科）；机械工程
（2）_热处理（二级学科）；机械工程
（2）一般热处理名词（三级学科）
以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布
珠光体pearlite
珠光体是奥氏体（奥氏体是碳溶解在γ－Fe中的间隙固溶体）发生共析转变所形成的铁素体与渗碳体的共析体。
得名自其珍珠般（pearl-like）的光泽。
其形态为铁素体薄层和渗碳体薄层交替重叠的层状复相物，也称片状珠光体。
用符号P表示，含碳量为ωc=0.77%。
在珠光体中铁素体占88%,渗碳体占12%,由于铁素体的数量大大多于渗碳体,所以铁素体层片要比渗碳体厚得多.在球化退火条件下,珠光体中的渗碳体也可呈粒状,这样的珠光体称为粒状珠光体。
珠光体的性能介于铁素体和渗碳体之间,强韧性较好.其抗拉强度为750~900MPa,180~280HBS,伸长率为20~25%,冲击功为24~32J.力学性能介于铁素体与渗碳体之间,强度较高,硬度适中,塑性和韧性较好σb=770MPa,180HBS,δ=20%~35%,AKU=24~32J）。
经2-4%硝酸酒精溶液浸蚀后,在不同放大倍数的显微镜下可以观察到不同特征的珠光体组织.当放大倍数较高时可以清晰地看到珠光体中平行排列分布的宽条铁素体和窄条渗碳体;当放大倍数较低时,珠光体中的渗碳体只能看到一条黑线;而当放大倍数继续降低或珠光体变细时,珠光体的层片状结构就不能分辨了,此时珠光体呈黑色的一团。
图为光学显微镜200倍下薄壁铸件基体.经3%硝酸酒精溶液浸蚀.可见磷共晶体,片状石墨,珠光体及少量铁素体。
编辑本段珠光体分类
屈氏体、索氏体区别
其形态为铁素体薄层和渗碳体薄层交替重叠的层状复相物，根据片层间距分为屈氏体和索氏体。
在400倍光学显微镜下可以分辨的（片层间距为0.25~1.9μm），称为珠光体。
在600倍以上光学显微镜下才可以分辨（片层间距为30~80nm）的称为屈氏体（托氏体也译做屈氏体）。
介于两者之间的称为索氏体。
三者总称为珠光体。
形成原因
1）片层间距随转变温度的降低而减小；
2）片层间距的倒数与过冷度呈线性正相关关系；
3）片层间距的细小程度受可能获得的驱动力限制。
奥氏体化温度、转变前奥氏体晶粒大小，只影响珠光体团的大小，对片层间距无影响。
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铁素体+珠光体
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片状珠光体
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为钢中的片状珠光体，呈指纹状的层状排列，其中...
360×303-43k - jpg
球状珠光体.
446×356-143k - jpg
高倍率下的珠光体片层：
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层状珠光体+二次渗碳体，500×
555×319-157k - jpg
这一张是多边形铁素体+珠光体的组织，在缓冷情况下，铁素体形成等轴的多边形晶...
700×525-72k - jpg
断面外缘有脱碳的表皮层，呈灰白色；心部组织为珠光体+团絮状石墨的可锻铸铁。
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珠光体.钢的分类很多，按金相组织分，可以分为亚共析钢，共析钢，过共析钢，按含...
349×277-52k - jpg
组织及说明：
基体组织为珠光体及铁素体。
铁素体沿奥氏体晶界呈网络状分布。
400×300-76k - jpg
珠光体组织见概述）。
图1-4T8钢（400X）浸蚀剂：
4%硝酸酒精溶液.3．过共析钢
408×293-74k - jpg
在铸铁材料中，珠光体具有较好的强度和硬度，而铁素体则较软，强度也较低。
412×307-122k - gif
+）,240倍白色块"class=image>[状为铁素体，其余为珠光体45钢退火，4％硝酸酒精...
241×303-31k - jpg
珠光体+二次渗碳体.
444×357-123k - jpg
球状珠光体╳400
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①珠光体形成温度为A1-650℃，片层较厚，500倍光镜下可辨，用符号P表示。
240×191-17k - jpg
白色：
有魏氏倾向的铁素体、黑色：
细珠光体、灰色：
粒状贝氏体
700×467-104k - jpg
灰口铸铁正火片状珠光体＋片状石墨＋碳化物
677×600-122k - jpg
片状珠光体球状珠光体共析钢的组织.2.亚共析钢常用的结构钢含碳量大都在0.5%...
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组织说明：
珠光体及呈网络状分布的铁素体，...
319×439-119k - jpg
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珠光体
铁素体
科技名词定义
中文名称：
铁素体
英文名称：
ferrite
定义：
铁或其内固溶有一种或数种其他元素所形成的晶体点阵为体心立方的固溶体。
应用学科：
机械工程（一级学科）；机械工程
（2）_热处理（二级学科）；机械工程
（2）一般热处理名词（三级学科）
以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布
介绍
物理性质
备注
编辑本段介绍
铁素体（ferrite，缩写：
FN，用F表示）
即α-Fe和以它为基础的固溶体，具有体心立方点阵。
亚共析成分的奥氏体通过先共析析出形成铁素体。
这部分铁素体称为先共析铁素体或组织上自由的铁素体。
随形成条件不同，
关于铁素体的专业书籍
先共析铁素体具有不同形态，如等轴形、沿晶形、纺锤形、锯齿形和针状等。
铁素体还是珠光体组织的基体。
在碳钢和低合金钢的热轧（正火）和退火组织中，铁素体是主要组成相；铁素体的成分和组织对钢的工艺性能有重要影响，在某些场合下对钢的使用性能也有影响。
碳溶入δ-Fe中形成间隙固溶体，呈体心立方晶格结构，因存在的温度较高，故称高温铁素体或δ固溶体，用δ表示，存在的范围小，一般很少见到。
碳溶入α-Fe中形成间隙固溶体，呈体心立方晶格结构，称为铁素体或α固溶体，用α或F表示，α常用在相图标注中，F在行文中常用。
室温下的铁素体的机械性能和纯铁相近。
编辑本段物理性质
纯铁在912℃以下为具有体心立方晶格（注1）的α-Fe。
碳溶于α-Fe中的间隙固溶体称为铁素体，以符号F表示。
由于α-Fe是体心立方晶格结构，它的晶格间隙很小，因而溶碳能力极差，在727℃时溶碳量最大，可达0.0218％,随着温度的下降溶碳量逐渐减小，在600℃时溶碳量约为0.0057％，在室温时溶碳量几乎等于零。
因此其性能几乎和纯铁相同，其数值如下：
抗拉强度180—280MN/平方米
屈服强度100—170MN/平方米
延伸率30--50％
断面收缩率70--80％
冲击韧性160—200J/平方厘米
硬度HB50—80
由此可见，铁素体的强度、硬度不高，但具有良好的塑性与韧性。
铁素体的显微组织与纯铁相同，呈明亮的多边形晶粒组织，有时由于各晶粒位向不同，受腐蚀程度略有差异，因而稍显明暗不同。
铁素体在770℃以下具有铁磁性，在770℃以上则失去铁磁性。
（铁素体的居里点为770℃）
编辑本段备注
1：
体心立方晶格的晶胞是一个立方体，在体心立方晶胞的每个角上和晶胞中心都排列一个原子。
可见，体心立方晶胞每个角上的原子为相邻的八个晶胞所共有，每个晶胞实际上只占有1/8个原子。
而中心的原子却为该晶胞所独有。
所以，体心立方晶胞中原子数为8*1/8+1=2个。
碳原子存在于四面、八面体间隙。
氏体
科技名词定义
中文名称：
奥氏体
英文名称：
austenite
定义：
γ铁内固溶有碳和（或）其他元素的、晶体结构为面心立方的固溶体。
应用学科：
机械工程（一级学科）；机械工程
（2）_热处理（二级学科）；机械工程
（2）一般热处理名词（三级学科）
以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布
奥氏体简介
奥氏体解释
钢中奥氏体特性
编辑本段奥氏体简介
英文名称：
austenite
晶体结构：
面心立方（fcc）
字母代号：
A、γ
定义：
碳及各种化学元素在γ－Fe中形成的固溶体
命名：
为纪念英国冶金学家罗伯茨-奥斯汀（1843～1902）对金属科学中的贡献而命名。
微观表述：
γ－Fe为面心立方晶体，其最大空隙为0.51×10－8cm，略小于碳原子半径，因而它的溶碳能力比α－Fe大，在1148℃时，γ－Fe最大溶碳量为2.11%，随着温度下降，溶碳能力逐渐减小，在727℃时其溶碳量为0.77%。
性能特点：
奥氏体是一种塑性很好，强度较低的固溶体，具有一定韧性。
不具有铁磁性。
因此，分辨奥氏体不锈钢刀具（常见的18－8型不锈钢）的方法之一就是用磁铁来看刀具是否具有磁性。
古代铁匠打铁时烧红的铁块即处于奥氏体状态。
另外，奥氏体因为是面心立方，八面体间隙较大，可以容纳更多的碳。
编辑本段奥氏体解释
碳溶解在γ铁中形成的一种间隙固溶体，呈面心立方结构，无磁性。
奥氏体是一般钢在高温下的组织，其存在有一定的温度和成分范围。
有些淬火钢能使部分奥氏体保留到室温，这种奥氏体称残留奥氏体。
在合金钢中除碳之外，其他合金元素也可溶于奥氏体中，并扩大或缩小奥氏体稳定区的温度和成分范围。
例如，加入锰和镍能将奥氏体临界转变温度降至室温以下，使钢在室温下保持奥氏体组织，即所谓奥氏体钢。
钢的显微组织查·论·编·历
肥粒铁（α-Fe,δ-Fe）
奥氏体（γ-Fe）
波来铁（88%肥粒铁，12%碳化三铁）
马氏体
变韧铁
粒滴斑铁（肥粒铁及碳化三铁的共晶混合物，含碳量4.3%）
碳化三铁（Fe3C）
Β铁（β-Fe）
en:
Hexaferrum（ε-iron）
钢
坩埚钢
碳钢（含碳量≤2.1%）
弹簧钢（lowornoalloy）
合金钢（含有碳以外的元素）
en:
Maragingsteel（含镍）
不锈钢（含铬量≥10.5%）
耐候钢
工具钢（工具用的合金钢）
其他含铁材料
铸铁（含碳量>2.1%）
球墨铸铁
灰铸铁
可锻铸铁
白铸铁
锻铁（含有熔渣）
编辑本段钢中奥氏体特性
磁性：
具有顺磁性，故可作为无磁钢。
比容：
在钢的各种组织中，奥氏体的比容最小。
膨胀：
奥氏体的线膨胀系数比铁素体和渗碳体的平均线膨胀系数高出约一倍。
故也可被用来制作要求膨胀灵敏的元件。
导热性：
除渗碳体外，奥氏体的导热性最差。
为避免热应力引起的工件变形，不可采用过大的加热速度加热。
力学性能：
具有较高的塑性、低的屈服强度，容易塑性变形加工成型。
面心立方点阵是一种最密排的点阵结构，至密度高，其中铁原子的自扩散激活能大，扩散系数小，从而使其热强性好。
故奥氏体钢可作为高温用钢。
奥氏体的硬度一般是170~220HBS，延长率为40%~50%。
屈氏体
简介
形成
编辑本段简介
英文名称：
troostite
多数文献称之为托氏体。
通过奥氏体等温转变所得到的由铁素体与渗碳体组成的极弥散的混合物。
是一种最细的珠光体类型组织，其组织比索氏体组织还细。
钢经淬火后在300~450℃回火所得到的屈氏体称为回火屈氏体。
编辑本段形成
600-550℃范围内奥氏体等温转变形成，片层间距平均小于0.1μm，即使在高倍光学显微镜下也无法分辨出片层，只有在电子显微镜下才能分辨出层片，与珠光体、索氏体只有粗细之分，并无本之分。
在一般光学显微镜下，只能看到如墨菊装的黑色形态。
当其少量析出时，沿晶界分布，呈黑色网状；当其大量析出时，成大块黑状。
索氏体的耐蚀性较差。
金相组织
求助编辑百科名片
有色金属中的金相组织
指金属组织中化学成分、晶体结构和物理性能相同的组成，其中包括固溶体、金属化合物及纯物质。
金属平均晶粒度
显微组织
1.奥氏体
2.铁素体
3.渗碳体
4.珠光体
5.上贝氏体
6.下贝氏体
7.粒状贝氏体
8.无碳化物贝氏体
9.马氏体
10.二次马氏体
11.回火马氏体
12.回火屈氏体
13.回火索氏体
14.莱氏体
15.粒状珠光体
16.魏氏组织
金相组织---铁碳合金
金属平均晶粒度
显微组织
1.奥氏体
2.铁素体
3.渗碳体
4.珠光体
5.上贝氏体
6.下贝氏体
7.粒状贝氏体
8.无碳化物贝氏体
9.马氏体
10.二次马氏体
11.回火马氏体
12.回火屈氏体
13.回火索氏体
14.莱氏体
15.粒状珠光体
16.魏氏组织
金相组织---铁碳合金
展开
编辑本段金属平均晶粒度
【001】金属平均晶粒度测定…GB6394-2002
【010】铸造铝铜合金晶粒度测定…GB10852-89
【019】珠光体平均晶粒度测定…GB6394-2002
【062】金属的平均晶粒度评级…ASTME112
【074】黑白相面积及晶粒度评级…BW2003-01
【149】彩色试样图像平均晶粒度测定…GB6394-2002
金相组织,用金相方法观察到的金属及合金的内部组织.可以分为:
1.宏观组织.
编辑本段显微组织
金相即金相学，就是研究金属或合金内部结构的科学。
不仅如此，它还研究当外界条件或内在因素改变时，对金属或合金内部结构的影响。
所谓外部条件就是指温度、加工变形、浇注情况等。
所谓内在因素主要指金属或合金的化学成分。
金相组织是反映金属金相的具体形态，如马氏体，奥氏体，铁素体，珠光体等等。
奥氏体
1.奥氏体－碳与合金元素溶解在γ-fe中的固溶体，仍保持γ-fe的面心立方晶格。
晶界比较直，呈规则多边形；淬火钢中残余奥氏体分布在马氏体间的空隙处
奥氏体
铁素体
2.铁素体－碳与合金元素溶解在a-fe中的固溶体。
亚共析钢中的慢冷铁素体呈块状，晶界比较圆滑，当碳含量接近共析成分时，铁素体沿晶粒边界析出。
铁素体
渗碳体
3.渗碳体－碳与铁形成的一种化合物。
在液态铁碳合金中，首先单独结晶的渗碳体（一次渗碳体）为块状，角不尖锐，共晶渗碳体呈骨骼状。
过共析钢冷却时沿acm线析出的碳化物（二次渗碳体）呈网结状，共析渗碳体呈片状。
铁碳合金冷却到ar1以下时，由铁素体中析出渗碳体（三次渗碳体），在二次渗碳体上或晶界处呈不连续薄片状。
珠光体
4.珠光体－铁碳合金中共析反应所形成的铁素体与渗碳体的机械混合物。
珠光体的片间距离取决于奥氏体分解时的过冷度。
过冷度越大，所形成的珠光体片间距离越小。
在a1~650℃形成的珠光体片层较厚，在金相显微镜下放大400倍以上可分辨出平行的宽条铁素体和细条渗碳体，称为粗珠光体、片状珠光体，简称珠
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