影响贝氏體(tǐ)机械性能(néng)的主要因素

影响贝氏體(tǐ)机械性能(néng)的主要因素

01

贝氏體(tǐ)中铁素體(tǐ)的影响

贝氏體(tǐ)的强度与贝氏體(tǐ)中铁素體(tǐ)的晶粒大小(xiǎo)符合Hall-Petch公式，即贝氏體(tǐ)中铁素體(tǐ)晶粒（或亚晶粒）愈细小(xiǎo)，贝氏體(tǐ)的强度就愈高，而且韧性有(yǒu)时还有(yǒu)所提高。

贝氏體(tǐ)中铁素體(tǐ)的晶粒大小(xiǎo)主要取决于奥氏體(tǐ)晶粒大小(xiǎo)（影响铁素體(tǐ)条的長(cháng)度）和形成温度（影响铁素體(tǐ)条的厚度），但以后者為(wèi)主。贝氏體(tǐ)形成温度愈低，贝氏體(tǐ)铁素體(tǐ)晶粒的整體(tǐ)尺寸就愈小(xiǎo)，贝氏體(tǐ)的强度和硬度就愈高。

贝氏體(tǐ)铁素體(tǐ)往往较平衡状态铁素體(tǐ)的碳含量稍高，但一般小(xiǎo)于0.25%。贝氏體(tǐ)铁素體(tǐ)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。

贝氏體(tǐ)铁素體(tǐ)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。随贝氏體(tǐ)铁素體(tǐ)的亚结构尺寸减小(xiǎo)，强度和韧性也增高。

02

贝氏體(tǐ)中渗碳體(tǐ)的影响

根据弥散强化机理(lǐ)，碳化物(wù)颗粒尺寸愈细小(xiǎo)，数量愈多(duō)，对强度的贡献就愈大。

在渗碳體(tǐ)尺寸相同情况下，贝氏體(tǐ)中渗碳體(tǐ)数量愈多(duō)，则硬度和强度就愈高，韧性和塑性就愈低。

渗碳體(tǐ)的数量主要取决于钢中的碳含量。贝氏體(tǐ)中渗碳體(tǐ)可(kě)以是片状、粒状、断续杆状或层状。一般来说，渗碳體(tǐ)為(wèi)粒状时贝氏體(tǐ)的韧性较高，為(wèi)细小(xiǎo)片状时其强度较高，為(wèi)断续杆状或层状时其脆性较大。

当钢的成分(fēn)一定时，随相变温度降低，渗碳體(tǐ)的尺寸减小(xiǎo)，数量增多(duō)，渗碳體(tǐ)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。随等温时间延長(cháng)或进行较高温度的回火，渗碳體(tǐ)将向粒状转化。

通常，渗碳體(tǐ)等向均匀弥散分(fēn)布时，强度较高，韧性较好。若渗碳體(tǐ)定向不均匀分(fēn)布，则强度较低，且脆性较大。在上贝氏體(tǐ)中渗碳體(tǐ)易定向不均匀分(fēn)布，且颗粒较粗大，而在下贝氏體(tǐ)中渗碳體(tǐ)分(fēn)布较為(wèi)均匀，且颗粒较细小(xiǎo)，所以上贝氏體(tǐ)的强度和韧性要比下贝氏體(tǐ)低很(hěn)多(duō)。

03

其他(tā)因素的影响

由于奥氏體(tǐ)化温度不同，引起奥氏體(tǐ)的化學(xué)成分(fēn)及其晶粒度发生变化，也会影响贝氏體(tǐ)的性能(néng)。

另外，由于贝氏體(tǐ)相变的不完全性，导致贝氏體(tǐ)铁素體(tǐ)条件出现残余奥氏體(tǐ)、珠光體(tǐ)以及马氏體(tǐ)（回火马氏體(tǐ)）等非贝氏體(tǐ)组织，也会影响贝氏體(tǐ)的性能(néng)。 

**部分(fēn)

贝氏體(tǐ)的强度和硬度

根据上述分(fēn)析可(kě)以得出，贝氏體(tǐ)的强度和硬度随相变温度降低而升高。贝氏體(tǐ)的屈服强度可(kě)用(yòng)下述经验公式表示： 

式1：

式中，d（mm）為(wèi)贝氏體(tǐ)中铁素體(tǐ)晶粒尺寸；n為(wèi)每平方毫米截面中碳化物(wù)颗粒数。 

式1仅适用(yòng)于细小(xiǎo)弥散碳化物(wù)的分(fēn)布状态，只有(yǒu)在碳化物(wù)间距小(xiǎo)于贝氏體(tǐ)中条状铁素體(tǐ)厚度尺寸时，碳化物(wù)弥散度才成為(wèi)有(yǒu)效的强化因素。

所以，低碳上贝氏體(tǐ)的强度实际上完全由贝氏體(tǐ)铁素體(tǐ)的晶粒尺寸所控制。只有(yǒu)在下贝氏體(tǐ)或高碳上贝氏體(tǐ)中，碳化物(wù)的弥散强化才有(yǒu)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體(tǐ)组织具有(yǒu)高的强度和韧性，因此可(kě)望具有(yǒu)高的耐磨性。试验表明，钢中的下贝氏體(tǐ)是*耐磨的组织形态之一。

第三部分(fēn)

贝氏體(tǐ)的韧性

韧性是高强度材料的一项重要的性能(néng)指标。在低碳钢中，上贝氏體(tǐ)的冲击性比下贝氏體(tǐ)要低，并且贝氏體(tǐ)组织从上贝氏體(tǐ)过渡到下贝氏體(tǐ)时脆性转折温度突然下降，其原因可(kě)能(néng)是：

1

在上贝氏體(tǐ)中存在粗大碳化物(wù)颗粒或断续条状碳化物(wù)，也可(kě)能(néng)存在高碳马氏體(tǐ)（由未转变奥氏體(tǐ)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(néng)由贝氏體(tǐ)中铁素體(tǐ)之间的小(xiǎo)角晶界来阻止，而只能(néng)由大角贝氏體(tǐ)“束”界或原始奥氏體(tǐ)晶界来阻止。因此上贝氏體(tǐ)组织中裂纹扩散迅速。

2

许多(duō)中碳合金钢经等温处理(lǐ)获得上贝氏體(tǐ)组织时，其冲击韧性急剧降低，这种现象称為(wèi)“贝氏體(tǐ)脆性”。

其产生原因是由于上贝氏體(tǐ)中铁素體(tǐ)条之间的碳化物(wù)分(fēn)布不均匀。此外，在出现贝氏體(tǐ)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體(tǐ)在该温度范围内转变不完全，在随后冷却过程中部分(fēn)转变為(wèi)马氏體(tǐ)有(yǒu)关。

3

在下贝氏體(tǐ)组织中，较小(xiǎo)的碳化物(wù)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(lǐ)裂纹，其扩展也将受到大量弥散碳化物(wù)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(xīn)的裂纹，因而脆性转折温度降低。所以，下贝氏體(tǐ)组织尽管强度较高，但其冲击韧性要比强度稍低的上贝氏體(tǐ)组织要高得多(duō)。

对于具有(yǒu)回火脆性的钢，等温淬火获得贝氏體(tǐ)与淬后回火处理(lǐ)获得马氏體(tǐ)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，贝氏體(tǐ)组织的冲击韧性高于回火马氏體(tǐ)；①当等温淬火温度较低，获得下贝氏體(tǐ)组织时，可(kě)保持较高的冲击韧性，优于淬火回火处理(lǐ)；②当等温淬火温度较高，获得上贝氏體(tǐ)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(lǐ)。因此，等温淬火处理(lǐ)只有(yǒu)获得下贝氏體(tǐ)加残余奥氏體(tǐ)组织时，钢件才能(néng)具有(yǒu)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體(tǐ)时，与淬后低温回火处理(lǐ)相比，等温淬火获得的下贝氏體(tǐ)组织常常具有(yǒu)较高的冲击韧性。