影響貝氏體機(jī)械性能的主要因素

01

貝氏體中鐵素體的影響

貝氏體的強(qiáng)度與貝氏體中鐵素體的晶粒大小符合Hall-Petch公式，即貝氏體中鐵素體晶粒（或亞晶粒）愈細(xì)小，貝氏體的強(qiáng)度就愈高，而且韌性有時(shí)還有所提高。

貝氏體中鐵素體的晶粒大小主要取決于奧氏體晶粒大小（影響鐵素體條的長度）和形成溫度（影響鐵素體條的厚度），但以后者為主。貝氏體形成溫度愈低，貝氏體鐵素體晶粒的整體尺寸就愈小，貝氏體的強(qiáng)度和硬度就愈高。

貝氏體鐵素體往往較平衡狀態(tài)鐵素體的碳含量稍高，但一般小于0.25%。貝氏體鐵素體的過飽和度主要受形成溫度的影響，形成溫度越低，碳的過飽和度就越大，其強(qiáng)度和硬度增高，但韌性和塑性降低較少。

貝氏體鐵素體的亞結(jié)構(gòu)主要是纏結(jié)位錯。隨相變溫度降低，位錯密度增大，強(qiáng)度和韌性提高。隨貝氏體鐵素體的亞結(jié)構(gòu)尺寸減小，強(qiáng)度和韌性也增高。

02

貝氏體中滲碳體的影響

根據(jù)彌散強(qiáng)化機(jī)理，碳化物顆粒尺寸愈細(xì)小，數(shù)量愈多，對強(qiáng)度的貢獻(xiàn)就愈大。

在滲碳體尺寸相同情況下，貝氏體中滲碳體數(shù)量愈多，則硬度和強(qiáng)度就愈高，韌性和塑性就愈低。

滲碳體的數(shù)量主要取決于鋼中的碳含量。貝氏體中滲碳體可以是片狀、粒狀、斷續(xù)桿狀或?qū)訝睢Ｒ话銇碚f，滲碳體為粒狀時(shí)貝氏體的韌性較高，為細(xì)小片狀時(shí)其強(qiáng)度較高，為斷續(xù)桿狀或?qū)訝顣r(shí)其脆性較大。

當(dāng)鋼的成分一定時(shí)，隨相變溫度降低，滲碳體的尺寸減小，數(shù)量增多，滲碳體形態(tài)也由斷續(xù)桿狀或?qū)訝钕蚣?xì)片狀變化，硬度和強(qiáng)度增高，但韌性和塑性降低較少。隨等溫時(shí)間延長或進(jìn)行較高溫度的回火，滲碳體將向粒狀轉(zhuǎn)化。

通常，滲碳體等向均勻彌散分布時(shí)，強(qiáng)度較高，韌性較好。若滲碳體定向不均勻分布，則強(qiáng)度較低，且脆性較大。在上貝氏體中滲碳體易定向不均勻分布，且顆粒較粗大，而在下貝氏體中滲碳體分布較為均勻，且顆粒較細(xì)小，所以上貝氏體的強(qiáng)度和韌性要比下貝氏體低很多。

03

其他因素的影響

由于奧氏體化溫度不同，引起奧氏體的化學(xué)成分及其晶粒度發(fā)生變化，也會影響貝氏體的性能。

另外，由于貝氏體相變的不完全性，導(dǎo)致貝氏體鐵素體條件出現(xiàn)殘余奧氏體、珠光體以及馬氏體（回火馬氏體）等非貝氏體組織，也會影響貝氏體的性能。 

**部分

貝氏體的強(qiáng)度和硬度

根據(jù)上述分析可以得出，貝氏體的強(qiáng)度和硬度隨相變溫度降低而升高。貝氏體的屈服強(qiáng)度可用下述經(jīng)驗(yàn)公式表示： 

式1：

式中，d（mm）為貝氏體中鐵素體晶粒尺寸；n為每平方毫米截面中碳化物顆粒數(shù)。 

式1僅適用于細(xì)小彌散碳化物的分布狀態(tài)，只有在碳化物間距小于貝氏體中條狀鐵素體厚度尺寸時(shí)，碳化物彌散度才成為有效的強(qiáng)化因素。

所以，低碳上貝氏體的強(qiáng)度實(shí)際上完全由貝氏體鐵素體的晶粒尺寸所控制。只有在下貝氏體或高碳上貝氏體中，碳化物的彌散強(qiáng)化才有比較明顯的貢獻(xiàn)。

另外，由于中、高碳鋼特別是高碳鋼的下貝氏體組織具有高的強(qiáng)度和韌性，因此可望具有高的耐磨性。試驗(yàn)表明，鋼中的下貝氏體是*耐磨的組織形態(tài)之一。

第三部分

貝氏體的韌性

韌性是高強(qiáng)度材料的一項(xiàng)重要的性能指標(biāo)。在低碳鋼中，上貝氏體的沖擊性比下貝氏體要低，并且貝氏體組織從上貝氏體過渡到下貝氏體時(shí)脆性轉(zhuǎn)折溫度突然下降，其原因可能是：

1

在上貝氏體中存在粗大碳化物顆?；驍嗬m(xù)條狀碳化物，也可能存在高碳馬氏體（由未轉(zhuǎn)變奧氏體在冷卻過程中形成），所以容易形成大于臨界尺寸的裂紋，并且裂紋一旦擴(kuò)展，便不能由貝氏體中鐵素體之間的小角晶界來阻止，而只能由大角貝氏體“束”界或原始奧氏體晶界來阻止。因此上貝氏體組織中裂紋擴(kuò)散迅速。

2

許多中碳合金鋼經(jīng)等溫處理獲得上貝氏體組織時(shí)，其沖擊韌性急劇降低，這種現(xiàn)象稱為“貝氏體脆性”。

其產(chǎn)生原因是由于上貝氏體中鐵素體條之間的碳化物分布不均勻。此外，在出現(xiàn)貝氏體脆性的相變溫度范圍內(nèi)鋼的宏觀硬度增高，表明這種脆性也與過冷奧氏體在該溫度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)變不完全，在隨后冷卻過程中部分轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體有關(guān)。

3

在下貝氏體組織中，較小的碳化物顆粒不易形成裂紋，即使形成裂紋也難以達(dá)到臨界尺寸，并其即使形成解理裂紋，其擴(kuò)展也將受到大量彌散碳化物顆粒和位錯的阻止。

因此，裂紋形成后也不易擴(kuò)展，常常被抑制而必須形成性新的裂紋，因而脆性轉(zhuǎn)折溫度降低。所以，下貝氏體組織盡管強(qiáng)度較高，但其沖擊韌性要比強(qiáng)度稍低的上貝氏體組織要高得多。

對于具有回火脆性的鋼，等溫淬火獲得貝氏體與淬后回火處理獲得馬氏體相比，如果在回火脆性溫度范圍內(nèi)回火，當(dāng)溫度或強(qiáng)度相同時(shí)，貝氏體組織的沖擊韌性高于回火馬氏體；①當(dāng)?shù)葴卮慊饻囟容^低，獲得下貝氏體組織時(shí)，可保持較高的沖擊韌性，優(yōu)于淬火回火處理；②當(dāng)?shù)葴卮慊饻囟容^高，獲得上貝氏體組織時(shí)，不僅強(qiáng)度降低而且沖擊韌性也明顯下降，甚至低于淬火回火處理。因此，等溫淬火處理只有獲得下貝氏體加殘余奧氏體組織時(shí)，鋼件才能具有較高的沖擊韌性和較低的脆性轉(zhuǎn)折溫度。

若鋼的碳含量或合金元素含量較高，Ms點(diǎn)較低，淬火后獲得孿晶馬氏體時(shí)，與淬后低溫回火處理相比，等溫淬火獲得的下貝氏體組織常常具有較高的沖擊韌性。