关于贝氏体转变的机理还有不少争论。下面讲述的是一种能够较广泛地解释实验结果的一种说法。

一、几类贝氏体的转变机理

（一）无碳化物贝氏体（也称无碳贝氏体）

当奥氏体过冷到Fe原子自扩散已相当困难，γ-α'相变按共格方式进行时，在这种情况下，如果转变温度比较高，碳原子的扩散系数足够大，C原子从铁素体（α相）脱溶并不困难，所以与贝氏体铁素体形成的同时，C原子将会由铁素体通过铁素体－奥氏体相界面向奥氏体扩散，而且扩散得较充分，这样就形成了由板条铁素体组成的无碳化物贝氏体。 

上贝氏体形成时的领先相是铁素体。相对于无碳化物贝氏体来讲，上贝氏体的形成温度较低，C原子的扩散系数较小，C原子由铁素体脱溶通过铁素体－奥氏体相界面向奥氏体中扩散这个过程不能充分进行，结果碳化物便在铁素体板条之间析出而成为上贝氏体。

上贝氏体的形成温度愈低，过冷度愈大，新相和母相之间的体积（化学）自由能差值愈大，所以形成铁素体板条的数量就愈多。上贝氏体的形成温度愈低，C原子的扩散系数愈小，上贝氏体中的渗碳体也就变得愈小。

钢的碳含量愈高，所形成的铁素体中C的过饱和度就愈大；在某些碳含量接近共析成分的钢中，大部分渗碳体沉淀于各个铁素体板条的内部，形成所谓共析钢上贝氏体。

在过共析钢中会出现上贝氏体转变的另一种情况。由于先共析碳化物（一般为针状的魏氏组织碳化物）析出以后，其周围的奥氏体发生贫碳现象，结果会在贫碳奥氏体区形成贝氏体铁素体，接着在铁素体内部析出碳化物，最后形成“先共析碳化物＋反常贝氏体”的组织。反常贝氏体实质上是一种共析钢上贝氏体。

反常贝氏体转变的顺序是先共析碳化物→贝氏体铁素体→贝氏体碳化物。而典型的上贝氏体转变的顺序则是贝氏体铁素体→贝氏体碳化物。前一种转变的顺序是反常的，所以这种贝氏体称为反常贝氏体。

（三）下贝氏体

下贝氏体形成时的领先相也是铁素体。在下贝氏体转变时，温度更低，C原子的扩散系数更小，C原子在奥氏体中的扩散相当困难，而在铁素体中的短程扩散则尚可进行，结果使铁素体中C的过饱和程度更大，并使C原子在铁素体的某些一定的晶面上偏聚，进而沉淀出碳化物。由此可见，下贝氏体中的碳化物一般只能析出在铁素体片的内部，并且排列成行，以一定的角度（一般为55°~60°)与下贝氏针的长轴相交。

无碳化物贝氏体、上贝氏体（不包括反常贝氏体）、和下贝氏体的转变机理可用图1示意表示：

▲图1  贝氏体形成机理示意图

a）无碳化物贝氏体   b）上贝氏体   c）下贝氏体 

（四）粒状贝氏体

用电子显微镜对成分为0.12%C-1.16%Cr-2%Mn-0.26%Mo-0.05%V的钢进行研究后发现，粒状贝氏体中的块状（等轴状）铁素体是由许多板条状铁素体组成的。这些板条状铁素体与一般的上贝氏体铁素体是一样的，不过由于非常细小，所以在光学显微镜下难于辨认罢了。C原子由铁素体脱溶后，通过铁素体－奥氏体相界面向奥氏体扩散，结果形成尺寸仅为几个微米的颗粒状富碳奥氏体区。这些富碳奥氏体区在继续冷却的过程中，可能发生不同的变化，在室温下通常以存在α'-γ组成物的情况较多。

对几种热轧的低碳贝氏体钢进行研究后得出，α'-γ组成物的形成与两个因素有关：

（1)合金元素 

当在钢中加入置换型的、能增加淬透性的合金元素（例如Cr)时，能增加富碳奥氏体区的稳定性并延缓碳化物析出，从而增加α'-γ组成物的数量。

（2)热轧后的冷却速度 冷速愈大，形成α'-Y组成物的温度愈低，形成α'-γ组成物的弥散度就愈大。

因柱状贝氏体形成时不产生表面浮凸，据此认为柱状贝氏体的形成机理是与上贝氏体、下贝氏体不同的。

二、上贝氏体过渡到下贝氏体的温度

从上贝氏体过渡到下贝氏体的温度与钢中的碳含量有关，图2 表示下贝氏体可能存在的最高温度与钢中碳含量的关系。

▲图2 下贝氏体存在的最高温度与钢中含碳量的关系

在这里，上贝氏体与下贝氏体的划分是以贝氏体中碳化物的分布状况作为标准的。需要指出的是，这两种贝氏体并没有一个截然的分界温度。对于此图，只能说在曲线（实线）以上不存在下贝氏体；而在曲线以下，随着等温温度的降低，下贝氏体数量急剧增加，上贝氏体数量显着减少，直至没有。在此图中，虚线是Fe-Fe3C系相图中的Acm线（即ES线）的延长线，可以看出，当钢的碳含量约大于0.6%时，下贝氏体存在的最高温度都约为350℃;随着碳含量的减少，此温度急剧上升，当碳含量约为0.5%时，此温度达最高值；当碳含量继续减少，此温度开始降低。

对图2 可作如下解释：从下贝氏体过渡到上贝氏体的温度是碳原子从铁素体脱溶后可以迁入铁素体－奥氏体相界面并以碳化物的形式析出于铁素体板条之间的最低温度。对于碳含量为0.1%的钢而言，此温度约为450℃.当碳含量增加时，由于奥氏体中C的浓度梯度变小（见图3 )，扩散速度随之而降低，这意味着此温度应有所提高。当碳含量超过0.5%时，曲线已越过Acm线的延长线，先共析碳化物可以从奥氏体直接析出，先共析碳化物周围的贫碳奥氏体可以变为上贝氏体中的铁素体，接着再在铁素体板条之间析出碳化物，最后形成上贝氏体，这样在较低温度时就可形成上贝氏体。

▲图3 碳含量对贝氏体形成时碳的浓度梯度的影响 

三、贝氏体中铁素体的基元

近年来通过光学显微镜和电子显微镜，特别是通过电子显微镜发现，上贝氏体和下贝氏体的铁素体，每条（片）都是由更小的单元所组成，这种单元称为基元。据推测，无论是贝氏体铁素体的纵向（长度方向）成长，或者是横向（厚度方向）成长，都是由基元的成核和长大来完成的，这种成长称为不连续成长。由于魏氏组织铁素体的形成温度较高，所以魏氏组织的铁素体中不具有基元，其成长属于连续成长。

图4 为魏氏组织铁素体、上贝氏体铁素体和下贝氏体铁素体的成长模型。

图5 为上贝氏体铁素体中基元的成长（照片）。

▲图4 各种铁素体的成长模型

a）魏氏组织铁素体  b）上贝氏体铁素体  c）下贝氏体铁素体

▲图5 上贝氏体铁素体中基本元的成长（照片）