高碳钢中的回火马氏体与下贝氏体

------有些“关公战秦琼”的意思

 

对于我们这些既有理论的应用者来说，所谓的“如何区别高碳钢中的回火马氏体与下贝氏体？”[1]这样的问题，是个“伪问题”。

 

高碳钢中为什么要有下贝氏体出现？当会出现下贝氏体的时候，哪儿来的高碳马氏体？正常生产条件下，哪里会有光学显微镜可辨的高碳马氏体？

 

提出“从显微组织的形态和分布看下贝氏体与高碳钢的回火马氏体非常相似，都呈暗黑色针状，各个针状物之间都有一定的交角。”这一说法的构思，就是“莫名其妙”；同时，可以肯定地说，此处的“高碳钢的回火马氏”必定是指“过热淬火”的“大马氏体针（片）”；这是疵病组织，只具有理论分析的价值，而无实际生产应用的需要。

 

实际工作中，真的没有必要区分什么“高碳钢中的回火马氏体与下贝氏体”的场合。结合工艺、成份，基本上可以很明确所看到的“针状”形貌组织组成物的归属。既没有碰到过，也不理解为什么要制备出高碳马氏体与下贝氏体共存的工件来，目的何在？

 

下面一段描述是有价值的：

 

另外，下贝氏体铁素体的形态与马氏体很相似，亦与奥氏体碳含量有关。碳含量低时呈板条状，碳含量高时呈透镜片状，碳含量中等时两种形态兼有。与马氏体不同，下贝氏体铁素体中的亚结构为位错，不存在孪晶[6]。

 

看到一个说法：

 

下贝氏体与回火马氏体共存时：

高倍下观察下贝氏体的针片呈不均匀黑色，似依稀可见的两相组织；高碳马氏体则呈均匀灰黑色。

 

不要“关公战秦琼”了。

 

我倒是认可，在样品中会出现“高碳马氏体”与“下贝氏体”并存的状态，不过，他们的数量绝对是微乎其微。有寻找他们的功夫，可以做些别的更有意义的事情了。

 

写到这里，本想检索几张漂亮的照片，竟然一无所得。

 

从理论上、经验上说，比较光学显微镜中的下贝氏体、高碳马氏体的形貌的话，有几点区别是明显的，一是马氏体耐蚀，同样的腐蚀时间的话，会较亮（注明：如果不回火，更为明显）；二是，外形上看，马氏体针的边缘更为锐利；三是，下贝氏颜色确实黑，但是，不均匀，而马氏体的灰亮度就感觉比较纯净。四是，有的高碳大马氏体针有明显的“中脊”。

不过，这些特点一般是在“两个样品”对照观察时可以比较的，可能不太会出现于一个样品中。

 

个人理解，审慎参考。

 

 

参考资料：

[1]  http://www.jitigang.com/news/detail/692.html  如何让区别高碳钢中的回火马氏体与下贝氏体？

从显微组织的形态和分布来看，下贝氏体与高碳钢回火马氏体很相似，都是暗黑针状，各个针状物之间都有一定的交角，而它们的区别如下。

（1）高碳钢的回火马氏体表面浮凸呈“N”字形，其相变是通过共格切变机制完成；下贝氏体的表面浮凸是不平行的，相交成“V”形或“八”形，表明贝氏体中的铁素体不是通过共格切变机制形成。

（2）高碳钢回火马氏体中存在位错与孪晶；下贝氏体中铁素体也有位错缠结存在，但没有孪晶结构存在。

（3） 下贝氏体中碳化物的分布与高碳钢回火马氏体中碳化物的分布明显不同，前者沿着与贝氏体长轴呈50°~60°倾斜的直线规律排列，与相间析出相似，而后者中的碳在α相中均匀分布。

（4）在高碳钢中回火马氏体的韧性低于同强度下贝氏体的韧性。

 

[2] http://wenku.baidu.com/link?url=AyWfQdfdDhLIfSv7GcEcejB3IeoClyvOAMeEx7-zFCtSomzGCEscQum1GHwogreCSAeHvOj2ECRfFAMZFKIvPhAJpLxrZSa8uMtJJTxlsUm  下贝氏体与回火马氏体的区别

发布日期：2009-2-22

从显微组织的形态和分布看下贝氏体与高碳钢的回火马氏体非常相似，都呈暗黑色针状，各个针状物之间都有一定的交角。

从形态上区分：

马氏体针叶较宽且大，两片针叶相交呈60°角，而下贝氏体针细且短，针的分布较任意，且两叶相交多为55°。

从受侵蚀程度区分：

马氏体较下贝氏体难于侵蚀，常用浅（轻）浸蚀法区分，浸蚀后出现的黑色短细针即为下贝氏体。

淬火状态下马氏体呈浅色背景，上面分布着深色的板条。背景变深，但赶不上先形成的板条，则回火马氏体。（此处，在说什么？）

正常浸蚀下：回火马氏体棕黄色。

光镜下：难区别。

电镜下：下贝氏体的碳化物只分布在［121］α一个方向上，回火马氏体中的碳化物分布在两个以上的方向上。

高碳马氏体的惯析面为（225）γ和（259）γ，下贝氏体的惯析面为（112）γ。

 

[3] http://baike.baidu.com/link?url=8PbF0R1Mu3tul3wT_1L6BaooCFqpQnc1GfZHXa_w835s3-k3wzGA5NO-6syrz93W  马氏体

马氏体（martensite）是黑色金属材料的一种组织名称。最先由德国冶金学家 Adolf Martens（1850-1914）于19世纪90年代在一种硬矿物中发现。马氏体的三维组织形态通常有片状（plate）或者板条状（lath），但是在金相观察中（二维）通常表现为针状（needle-shaped），这也是为什么在一些地方通常描述为针状的原因。马氏体的晶体结构为体心四方结构（BCT）。中高碳钢中加速冷却通常能够获得这种组织。高的强度和硬度是钢中马氏体的主要特征之一。

片状马氏体在金相观察中（二维）通常表现为针状（needle-shaped），这也是为什么在一些地方通常描述为针状、竹叶状的原因，板条状马氏体在金相观察中为细长的条状或板状。

 

[4]  http://zh.wikipedia.org/wiki/马氏体  马氏体

麻田散铁，另称马氏体，若母相元素为铁，则可称为麻田散铁。其为纯金属或合金从某一固相转变成另一固相时的产物；在转变过程中，原子不扩散，化学成分不改变，但晶格发生变化，同时新旧相间维持一定的位向关系并且具有切变共格的特征。

麻田散铁最先在淬火钢中发现，是由奥氏体转变成的，是碳在α铁中的过饱和固溶体。以德国冶金学家阿道夫·马登斯（A.Martens）的名字命名；现在麻田散铁型相变的产物统称为“麻田散铁”。

麻田散铁的开始和终止温度，分别称为M始点和M终点；钢中的麻田散铁在显微镜下常呈针状，并伴有未经转变的奥氏体（残留奥氏体）；钢中的麻田散铁的硬度随碳量增加而增高；高碳钢的麻田散铁的硬度高而脆，而低碳钢的麻田散铁具有较高的韧性。

它通常是指钢的一种很硬的晶体结构，但也可指任何由位移相变形成的晶体结构。它包括一类具有条状或板状晶粒的硬矿物。

 

http://en.wikipedia.org/wiki/Martensite

Martensite, named after the German metallurgist Adolf Martens （1850–1914）, most commonly refers to a very hard form of steel crystalline structure, but it can also refer to any crystal structure that is formed by diffusionless transformation.[1] It includes a class of hard minerals occurring as lath- or plate-shaped crystal grains. When viewed in cross section, the lenticular （lens-shaped） crystal grains are sometimes incorrectly described as acicular（needle-shaped）.

马氏体，德国冶金学家雄貂（1850年至1914年）的名字命名的，最常见的是指钢的晶体结构的非常坚硬的形式，但它也可以指的是由非扩散转变形成任何晶体结构。[1]它包括一个类的发生如板条或板状晶粒硬矿物质。当从横截面看，双凸透镜（透镜形状）的晶粒有时被错误地描述为针状（针状）。

 

[5]  http://zh.wikipedia.org/zh-cn/贝氏体  贝氏体

变韧铁，也称贝氏体，是钢在热处理时形成的一种显微组织组成物，是由沃斯田铁在波来铁温度范围以下和马氏体点（麻田散铁转变开始的温度）以上的温度范围内分解而成的肥粒铁和雪明碳铁的混合体[1]。最早由埃德加·贝恩等人描述，故名。

贝氏体分为两种，在较高温度（350～550℃[2]）形成的称“上贝氏体”，其组织在光学显微镜下呈羽毛状；在较低温度形成的称“下贝氏体”，其组织在光学显微镜下呈针状或竹叶状。贝氏体由于碳化物颗粒周围受腐蚀而变得比较粗糙，故在显微镜下呈黑色[3]。

目前贝氏体的转变机制尚存争议，目前主要有“切变学说”和“扩散学说”两个学派[4]。

 

http://en.wikipedia.org/wiki/Bainite

Bainite is an acicular microstructure (not a phase) that forms in steels at temperatures of 250–550 °C (depending on alloy content).[1] First described by E. S. Davenport and Edgar Bain, it is one of the decomposition products that may form when austenite (the face centered cubic crystal structure of iron) is cooled past a critical temperature of 727 °C (1340 °F). Davenport and Bain originally described the microstructure as being similar in appearance to tempered martensite.

A fine non-lamellar structure, bainite commonly consists of cementite and dislocation-rich ferrite. The high concentration of dislocations in the ferrite present in bainite makes this ferrite harder than it normally would be.[2]

The temperature range for transformation to bainite (250–550 °C) is between those for pearlite and martensite. When formed during continuous cooling, the cooling rate to form bainite is more rapid than that required to form pearlite, but less rapid than is required to form martensite (in steels of the same composition). Most alloying elements will lower the temperature required for the maximum rate of formation of bainite, though carbon is the most effective in doing so.[1]

The microstructures of martensite and bainite at first seem quite similar. This is a consequence of the two microstructures sharing many aspects of their transformation mechanisms. However, morphological differences do exist that require a TEM to see. Under a light microscope, the microstructure of bainite appears darker than martensite due to its low reflectivity.

Bainite is an intermediate of pearlite and martensite in terms of hardness. For this reason, the bainitic microstructure becomes useful in that no additional heat treatments are required after initial cooling to achieve a hardness value between that of pearlitic and martensitic steels.[3]

贝氏体是一种针状显微组织（不是阶段）形成的钢在温度为250-550°C（根据合金含量）。[1]由胚胎干达文波特和埃德加·贝恩首先描述，它是分解产物，可能有当奥氏体（面心铁的立方晶体结构）被冷却过去的727℃（1340°F）的临界温度形成。达文波特和贝恩最初描述的微观结构是相似的外观回火马氏体。

阿细的非层状结构，贝氏体通常由渗碳体和错位丰富的铁素体。高浓度的铁素体存在于贝氏体混乱使得这个铁氧体难度比它通常会。[2]

温度范围为向贝氏体的转变（250-550°C）是那些珠光体，马氏体之间。当连续冷却过程中形成时，冷却速度，以形成贝氏体比，以形成珠光体需要更快速，但比较缓慢需要形成马氏体（在相同的组合物的钢）。大多数合金元素会降低所需形成贝氏体的最大速率的温度，虽然碳是最有效的在这样做。[1]

马氏体，贝氏体起初的微观结构似乎颇为相似。这是两个微观分享他们的转化机制的许多方面的结果。然而，形态差异确实存在，需要的TEM看到的。在光学显微镜下，贝氏体的显微组织似乎比马氏体，由于其低的反射率变深。

贝氏体是在硬度方面的中间珠光体和马氏体。出于这个原因，不需要额外的加热处理是实现这一珠光体钢和马氏体钢之间的硬度值所需的初始冷却后的贝氏体组织成为有用[3]。

Illustration of a continuous cooling transformation (cct) diagram for steel

 

[6]  戚正风，金属热处理原理，机械工业出版社，1989

 

[7]  http://www.weldr.com/2010/0328/29370.html  马氏体与贝氏体的鉴别

下贝氏体与回火马氏体共存时：

高倍下观察下贝氏体的针片呈不均匀黑色，似依稀可见的两相组织，高碳马氏体则呈均匀灰黑色。