贝氏体的机械性能知识-材料物理性能检验员资格证培训
来源:圣问技术职业技能培训中心
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作者:stspx134
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发布时间: 2021-09-10
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贝氏体的强度与贝氏体中铁素体的晶粒大小符合Hall-Petch公式，即贝氏体中铁素体晶粒（或亚晶粒）愈细小，贝氏体的强度就愈高，而且韧性有时还有所提高
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贝氏体的机械性能知识-材料物理性能检验员资格证培训
贝氏体的强度与贝氏体中铁素体的晶粒大小符合Hall-Petch公式，即贝氏体中铁素体晶粒（或亚晶粒）愈细小，贝氏体的强度就愈高，而且韧性有时还有所提高。
贝氏体中铁素体的晶粒大小主要取决于奥氏体晶粒大小（影响铁素体条的长度）和形成温度（影响铁素体条的厚度），但以后者为主。贝氏体形成温度愈低，贝氏体铁素体晶粒的整体尺寸就愈小，贝氏体的强度和硬度就愈高。
贝氏体铁素体往往较平衡状态铁素体的碳含量稍高，但一般小于0.25%。贝氏体铁素体的过饱和度主要受形成温度的影响，形成温度越低，碳的过饱和度就越大，其强度和硬度增高，但韧性和塑性降低较少。
贝氏体铁素体的亚结构主要是缠结位错。随相变温度降低，位错密度增大，强度和韧性提高。随贝氏体铁素体的亚结构尺寸减小，强度和韧性也增高。
根据弥散强化机理，碳化物颗粒尺寸愈细小，数量愈多，对强度的贡献就愈大。
在渗碳体尺寸相同情况下，贝氏体中渗碳体数量愈多，则硬度和强度就愈高，韧性和塑性就愈低。
渗碳体的数量主要取决于钢中的碳含量。贝氏体中渗碳体可以是片状、粒状、断续杆状或层状。一般来说，渗碳体为粒状时贝氏体的韧性较高，为细小片状时其强度较高，为断续杆状或层状时其脆性较大。
当钢的成分一定时，随相变温度降低，渗碳体的尺寸减小，数量增多，渗碳体形态也由断续杆状或层状向细片状变化，硬度和强度增高，但韧性和塑性降低较少。随等温时间延长或进行较高温度的回火，渗碳体将向粒状转化。
通常，渗碳体等向均匀弥散分布时，强度较高，韧性较好。若渗碳体定向不均匀分布，则强度较低，且脆性较大。在上贝氏体中渗碳体易定向不均匀分布，且颗粒较粗大，而在下贝氏体中渗碳体分布较为均匀，且颗粒较细小，所以上贝氏体的强度和韧性要比下贝氏体低很多。
由于奥氏体化温度不同，引起奥氏体的化学成分及其晶粒度发生变化，也会影响贝氏体的性能。
另外，由于贝氏体相变的不完全性，导致贝氏体铁素体条件出现残余奥氏体、珠光体以及马氏体（回火马氏体）等非贝氏体组织，也会影响贝氏体的性能。
贝氏体的强度和硬度
根据上述分析可以得出，贝氏体的强度和硬度随相变温度降低而升高。贝氏体的屈服强度可用下述经验公式表示：
式1：
式中，d（mm）为贝氏体中铁素体晶粒尺寸；n为每平方毫米截面中碳化物颗粒数。
式1仅适用于细小弥散碳化物的分布状态，只有在碳化物间距小于贝氏体中条状铁素体厚度尺寸时，碳化物弥散度才成为有效的强化因素。
所以，低碳上贝氏体的强度实际上完全由贝氏体铁素体的晶粒尺寸所控制。只有在下贝氏体或高碳上贝氏体中，碳化物的弥散强化才有比较明显的贡献。
另外，由于中、高碳钢特别是高碳钢的下贝氏体组织具有高的强度和韧性，因此可望具有高的耐磨性。试验表明，钢中的下贝氏体是最耐磨的组织形态之一。
贝氏体的韧性
韧性是高强度材料的一项重要的性能指标。在低碳钢中，上贝氏体的冲击性比下贝氏体要低，并且贝氏体组织从上贝氏体过渡到下贝氏体时脆性转折温度突然下降，其原因可能是：
1在上贝氏体中存在粗大碳化物颗粒或断续条状碳化物，也可能存在高碳马氏体（由未转变奥氏体在冷却过程中形成），所以容易形成大于临界尺寸的裂纹，并且裂纹一旦扩展，便不能由贝氏体中铁素体之间的小角晶界来阻止，而只能由大角贝氏体“束”界或原始奥氏体晶界来阻止。因此上贝氏体组织中裂纹扩散迅速。
2许多中碳合金钢经等温处理获得上贝氏体组织时，其冲击韧性急剧降低，这种现象称为“贝氏体脆性”。
其产生原因是由于上贝氏体中铁素体条之间的碳化物分布不均匀。此外，在出现贝氏体脆性的相变温度范围内钢的宏观硬度增高，表明这种脆性也与过冷奥氏体在该温度范围内转变不完全，在随后冷却过程中部分转变为马氏体有关。
3在下贝氏体组织中，较小的碳化物颗粒不易形成裂纹，即使形成裂纹也难以达到临界尺寸，并其即使形成解理裂纹，其扩展也将受到大量弥散碳化物颗粒和位错的阻止。
因此，裂纹形成后也不易扩展，常常被抑制而必须形成性新的裂纹，因而脆性转折温度降低。所以，下贝氏体组织尽管强度较高，但其冲击韧性要比强度稍低的上贝氏体组织要高得多。
对于具有回火脆性的钢，等温淬火获得贝氏体与淬后回火处理获得马氏体相比，如果在回火脆性温度范围内回火，当温度或强度相同时，贝氏体组织的冲击韧性高于回火马氏体；①当等温淬火温度较低，获得下贝氏体组织时，可保持较高的冲击韧性，优于淬火回火处理；②当等温淬火温度较高，获得上贝氏体组织时，不仅强度降低而且冲击韧性也明显下降，甚至低于淬火回火处理。因此，等温淬火处理只有获得下贝氏体加残余奥氏体组织时，钢件才能具有较高的冲击韧性和较低的脆性转折温度。
若钢的碳含量或合金元素含量较高，Ms点较低，淬火后获得孪晶马氏体时，与淬后低温回火处理相比，等温淬火获得的下贝氏体组织常常具有较高的冲击韧性。
