复习思考题
1. 复习思考题
1 ?固态相变和液一固相变有何异同点？
相同点：(1)都需要相变驱动力(2 )都存在相变阻力(3)都是系统自组织的过程
不同点：(1)液一固相变驱动力为自由焓之差△ G相变，阻力为新相的表面能AG 表，基本能连关系为：△ =△ G相变+△G表，而固态相变多了一项畸变能厶G畸，基本能连关系为：△ G = △ G 相变+△G界面+△ G畸
(2)固态相变比液一固相变困难，需要较大的过冷度。
2 ?金属固态相变有那些主要特征？
相界面；位向关系与惯习面；弹性应变能；过渡相的形成；晶体缺陷的影响；原子的扩散。
3. 说明固态相变的驱动力和阻力？
< 在固态相变中，由于新旧相比容差和晶体位向的差异，这些差异产生在一个新旧相有机结合的弹性的固体介质中，在核胚及周围区域内产生弹性应力场，该应力场包含的能量就是相变的新阻力一畸变自由焓厶G畸。则有：
△G = △G相变+△G界面+△G畸
+ 式中△ G相变一项为相变驱动力。它是新旧相自由焓之差。
+ 当：△ G相变=G新-G旧<0 △ G相变小于零，相变将自发地进行
* ( △ G界面+△ G畸)两项之和为相变阻力。
+ ⑴界面能△ G界面
界面能6由结构界面能b st和化学界面能b ch组成。即：b =b st + b ch
结构界面能是由于界面处的原子键合被切断或被削弱，引起了势能的升高，形成的界面能。
(2)畸变能阻力一AG畸
4. 为什么在金属固态相变过程中有时出现过渡相？
过渡相的形成有利于降低相变阻力，
5. 晶体缺陷对固态相变有何影响？
晶核在晶体缺陷处形核时，缺陷能将贡献给形核功，因此，晶体通过自组织功能在晶体缺陷处优先性核。晶体缺陷对形核的催化作用体现在：
(1)母相界面有现成的一部分，因而只需部分重建。
(2)原缺陷能将贡献给形核功，使形核功减小。
(3)界面处的扩散比晶内快的多。
(4)相变引起的应变能可较快的通过晶界流变而松弛。
(5)溶质原子易于偏聚在晶界处，有利于提咼形核率。
6 ?扩散型相变和无扩散型相变各有那些特征？
(1)扩散型相变
原子迁移造成原有原子邻居关系的破坏，在相变时，新旧相界面处，在化学位差驱动下，旧相原子
单个而无序的，统计式的越过相界面进入新相，在新相中原子打乱重排，新旧相排列顺序不同，界面不断向旧相推移，此称为界面热激活迁移，是扩散激活能与温度的函数。
新相与母相的化学成分不同。
(2)无扩散型相变
相变的界面推移速度与原子的热激活跃迁因素无关。界面处母相一侧的原子不是单个而无序的，统
计式的越过相界面进入新相，而是集体定向的协同位移。界面在推移的过程中保持宫格关系。
新相与母相的结构不同，化学成分相同态相变具有形核阶段？
固态相变分为有核相变与无核相变，大多数固态相变都是有核相变，
&为什么金属固态相变复杂多样？
见4页。
9.晶粒长大的驱动力？晶粒长大时界面移动方向与晶核长大时的界面移动方向有何不同？为什么？晶粒长大的驱动力：界面能或晶界能的降低。晶粒长大时界面移动方向与曲率中心相同，晶核长大时的界面移动方向与曲率中心相反。
10 ?什么是自组织？自组织的条件是什么？
如果系统在获得其空间结构，时间结构过程中没有特定的外界干预，而是一个自发的组织化，有序化，系统化的过程，称自组织。其条件是：(1)开放系统(2)远离平衡态(3)随机涨落(4)非线性相互作用
2. 复习思考题1．奥氏体的组织特征？
奥氏体晶粒一般为等轴状多边形，在奥氏体晶粒内有孪晶。形成条件不同时，也可以得到针状奥氏体晶粒，祥见88 页。
2．奥氏体的亚结构特点？
3．奥氏体的形核地点。一般认为奥氏体在铁素体和渗碳体交界面上形成晶核。
奥氏体晶核也可以在以往的粗大奥氏体晶界上（原始奥氏体晶界）形核并且长大，由于这样的晶界处富集较多的碳原子和其他元素，给奥氏体形核提供了有利条件。
4．能使奥氏体成分均匀吗？为什么？奥氏体成分均匀是相对的，不均匀是绝对的。见89 页。
5.试说明临界点A1、A3、A cm与加热、冷却过程中的临界点之间有何关系？90-91页。
6．何谓晶粒？晶粒为什么会长大？细化奥氏体晶粒的措施。
见100,103 页
7. 奥氏体晶粒异常长大的原因？为什么出现混晶？如何控制？在原始奥氏体晶粒粗大的情况下，若钢以非平衡组织
加热奥氏体化，在一定的加热条件下，新形成的
奥氏体晶粒会继承和恢复原始粗大的奥氏体晶粒。若将这种粗大有续组织继续加热，延长保温时间，会使晶粒异常长大，造成混晶现象。
（1）采用退火或高温回火，消除非平衡组织，实现a相的再结晶，获得细小的碳化物颗粒和铁素体的整合组织。使针形奥氏体失去形成条件，可以避免组织遗传。采用等温退火比普通连续冷却退火好。采用高温回火时，多次回火为好，以便获得较为平衡的回火索氏体组织。
（2）对于铁素体－珠光体的低合金钢，组织遗传倾向较小，可以正火校正过热组织，必要时采用多次正火，细化晶粒。
8. 共析钢的奥氏体形成过程，为什么铁素体先消失，渗碳体最后溶解完毕？
9. 解释名词：
奥氏体；钢中的奥氏体是碳或各种化学元素溶入丫一Fe中所形成的固溶体。
混晶；将这种粗大有续奥氏体组织继续加热，延长保温时间，会使晶粒异常长大，造成混晶现象。异常长大；又叫二次再结晶，是原始粗大的奥氏体晶粒在继续加热，延长保温时间时晶粒突然长大的现象。组织遗传；将粗晶有序组织加热到高于Ac3,可能导致形成的奥氏体晶粒与原始晶粒具有相同的形状、大小和取向。这种现象称为钢的组织遗传。
相变孪晶：在相变过程中形成的孪晶。
3. 复习思考题
1 .何谓珠光体？新定+义与过时的概念有何重要区别？108 页
2. 影响珠光体片间距的因素。
1 ）主要是温度，既过冷度。其片间距随过冷度增大而减小。109页
3. 试述片状珠光体的形成过程。
112-113 页
4. 试述影响珠光体转变动力学的因素。
由于形核率主要受临界形核功控制，对冷却转变而言，形核功△ G*随着温度的降低，即随着过冷度增
大而急剧地减小（非线性），故使形核率增加，转变速度加快。
扩散型相变的线长大速度v也与温度有关，随温度降低，扩散系数D变小（非线性），线长大速度v则随
D 的减小而降低。
这是两个相互矛盾的因素，它使得动力学曲线呈现C形，也称为C-曲线。
5. 分析珠光体转变是为什么不存在领先相？共析共生，不存在“领先相”
1. 按照自组织理论，远离平衡态，出现随机涨落，奥氏体中必然出现贫碳区和富碳区，加上随机出现的结构涨落、能量涨落，在贫碳区建构铁素体，而在富碳区建构渗碳体或碳化物，二者是共析共生，非线性相互作用，互为因果。铁素体和渗碳体同步出现，组成一个珠光体的晶核。
2. 这种演化机制属于放大型的因果正反馈作用，它使微小的随机涨落经过连续的相互作用逐级增强，而使原系统(奥氏体A)瓦解，建构新的稳定结构P(F+Fe s C)晶核，然后长大。
因此，珠光体共析分解是同步形成铁素体和渗碳体的整合机制。
6 ?钢的“相间沉淀”和共析分解有什么关系？
相间沉淀：是由于相变过程中特殊碳化物在铁素体-奥氏体界面上呈周期性沉淀的结果。故称“相间沉淀”。
相间沉淀本质上是伪共析，其产物本质上是奥氏体伪共析分解的结果，是铁素体基体上分布着的点列状碳化物的有机结合体，是伪珠光体的一种特殊的形态。
由于过冷奥氏体分解温度较低，原子扩散较慢，尤其是Nb、V等原子扩散速度慢，但形核率高，因而
形成碳化物极为细小的一种的组织形态。
转变为(F + MC的伪珠光体组织，即相间沉淀。
4. 复习思考题
1?熟悉以下基本概念：
马氏体；马氏体是原子经无需扩散切变位移的不变平面应变的晶格改组过程得到的具有严格晶体学关系和惯习面的，形成相中伴生极高密度位错、或层错或精细孪晶等晶体缺陷的整合组织。
马氏体相变；原子通过无扩散的切变位移，发生的不变平面应变的晶格改组的一级相变。
惯习面；马氏体转变时，新相和母相保持一定位向关系，马氏体在母相的一定晶面上开始形成，此晶面称为惯习面，以母相的晶面指数表示，是无畸变的不转动平面。
热弹性马氏体；马氏体和母相的界面在温度降低和升高时，做正向和反向的移动，并可以多次反复，这样的马氏体叫热弹性马氏体。
形状记忆效应；
正方度；用c/a表示，表示晶格的畸变程度。
2?马氏体相变的主要特征？
(1) 无需扩散性；即无论间隙原子还是替换原子均不需要扩散，即能完成相变；
(2) 不变平面应变的晶格改组；
(3) 以非简单指数晶面为不变平面，即存在惯习面；
(4) 相变伴生大量亚结构，即极高密度的晶体缺陷：如精细孪晶，高密度位错，层错等。
(5) 相变引发特有的浮凸现象。
3. MS点的物理意义，影响Ms点的主要因素有那些？
Ms是马氏体开始形成的临界温度。
(1)含碳量含碳量增加，Ms降低。
(2)合金元素大多数合金元素降低Ms点，只有钴和铝是提高Ms点。
4. 分析历来书刊中的马氏体的定义的正确性。
以往的定义：
定义1:马氏体是碳在a —Fe中的过饱和固溶体。(产生于20世纪20年代)。
由于在钢和合金中，马氏体有时不含碳，有时不仅是体心立方晶格，还有密排六方、有序正交、有序面心立方、有序正方等晶格。因此，该定义早已过时。
定义2:在冷却过程中所发生的马氏体转变的产物统称为马氏体。(20世纪50年代提出) 这个定义似乎包揽万象，该定义很不成功。于是，80年代某些学者又作了修改。如修改为：
定义3:母相无扩散的，以惯习面为不变平面的切变共格的相变产物，统称为马氏体⑹。
这个定义可以用于钢，也可以用于非铁金属。实际上定义2和定义3均不完美。它指出了马氏体相变的
本质特征，即:无扩散的不变平面应变的晶格改组。但这只是马氏体相变过程的规律性的概括。不是马氏体本身的物理实质的说明。作为马氏体的定义应当是马氏体自身的物理本质的科学抽象，即指出马氏体自身的属性，而不是马氏体相变过程的属性，不宜用过程的属性代替产物的属性。
因此，这些定义均也不够成功。
5. 高碳钢淬火马氏体的物理本质？
6．钢中马氏体的晶体结构和形貌？
1. 含碳量>0.2% 时，晶体结构都是体心正方的。
2. 中碳钢马氏体亚结构主要是高密度位错,有时含形变挛晶.
3. 高碳钢马氏体内的孪晶是相变孪晶，而且是大量的精细而规则的，
4. 随着碳含量的提高，从低碳钢的板条状马氏体变为中碳钢的板条状+片状有机结合型马氏体，高碳钢
的片状，凸透镜状马氏体。
7．马氏体中的位向关系有那些？141 页
新相和母相界面始终保持着切变共格。因此，相变完成后，两相之间的位向关系仍然保持着。
位向关系有：如K-S 关系、G-T 关系、西山关系等。
（1）K-S 关系
（2）G-T 关系
（3）西山关系
8．0.2%C 钢淬火马氏体的物理本质？
见第 5 题
9．钢中马氏体中的亚结构？
见第 5 题10．马氏体表面浮凸的特征和成因？139 页
近来，有人研究Fe—Ni - C合金{259} f型马氏体的表面浮凸为帐篷型（A）; { 557} f马氏体和{225} f马氏体的表面浮凸均为若干个小N ”型台阶构成。
11．说明K-S 模型、G-T 模型的切变过程，指出其缺点。163 页
12. 试讨论马氏体切变机制的正确性。
5 复习思考题1．扩散学派和切变学派给贝氏体的定义有那些？试分析这些定义的正确性。
切变学派的R.F.Hehemann 们认为：贝氏体是指中温转变时形成的针状分解产物。有三点特征：（1）针状组织形貌；（2）浮凸效应；（3）有自己的TTT图和Bs点。并将贝氏体定义为“铁素体和碳化物的非层片状混合组织”。
此定义不正确。理由有2:①不是混合系统，不是混合物，而是整合系统。
②铁素体和碳化物的非层片状组织不一定全是贝氏体，贝氏体组织中也不仅仅只有铁
素体和碳化物。
扩散学派的H.l.Aaronson们则反驳说：Bs点和TTT图是合金元素对共析分解动力学的一种影响表现，表面浮凸也不能作为切变的依据。他们只承认贝氏体是“扩散的、非协作的两种沉淀相竞争的台阶生长
的共析分解产物”。
这一观点把贝氏体相变看成是共析分解，很不妥当。珠光体分解和贝氏体转变二者转变性质不同，不能混为
一谈。
2．阐述钢中贝氏体相变的过渡性特征？
（1）共析分解到贝氏体相变的过渡在“鼻温”附近等温后生成珠光体和上贝氏体两种产物。说明珠光体与上贝氏体转变不同，但有着密切的联系。从图还可以看出过渡性，如在400 C以上等温时，先形成珠光体，经过一段时间后，再形成
贝氏体。而在350?400 C等温时，则先形成贝氏体，而后形成珠光体。再降低温度，直到珠光体停止分解，只有上贝氏体形成。这是一个明显的过渡过程。
（2）贝氏体组织形貌的过渡性珠光体只有两相（铁素体＋碳化物）。马氏体是单相组织。
贝氏体组织中铁素体相+渗碳体、碳化物、残留奥氏体、马氏体或所谓M/A岛等。
上贝氏体的组成相有时与珠光体相同，即只含有铁素体和渗碳体两相，因此，上贝氏体组织打上了珠光体组织的烙印。
下贝氏体组织中存在铁素体＋马氏体＋残留奥氏体等相，说明它打上了淬火马氏体组织的烙印。从上贝氏体组织
过渡到下贝氏体组织，表现了从珠光体到马氏体的过渡性和复杂的交叉性。
3．贝氏体相变与共析分解有那些区别？203 页
贝氏体相变具有扩散性质，首先碳原子是扩散的，故有人称其为“半扩散型相变”。
上贝氏体在奥氏体晶界上形成贝氏体铁素体晶核；共析分解在奥氏体晶界形核，两者有相似性。贝氏体相变与共析分解有重叠性、交叉性。
4．试述典型的上贝氏体和下贝氏体的组织形貌。上贝氏体是在贝氏体转变温度区的上部形成的，形貌各异，典型的上贝氏体呈羽毛状，羽毛状上贝氏体是由板条状铁素体和条间分布不连续碳化物所组成。贝氏体铁素体条间的碳化物是片状形态的细小的渗碳体，组织形貌呈现羽毛状。
下贝氏体在贝氏体C—曲线鼻温以下温度区间形成。下贝氏体有经典下贝氏体、柱状贝氏体、准贝氏体等。192 页5．试述贝氏体转变与马氏体相变的异同点。204 页
涨落形成贫碳区，下贝氏体可以在晶界形核，也可以在晶内的位错、层错等缺陷处形核。下贝氏体组织形貌与马氏体相似。下贝氏体中位错密度也较高，也有残留奥氏体。
6. 什么是块状转变？块状转变的机制与贝氏体相变的关系。216 页
7. 贝氏体表面浮凸的特征和成因？
8. 贝氏体铁素体的形核及长大机制。
而贝氏体相变的形核可在晶界也可在晶内。209-210 页贝氏体相变是介于马氏体相变和共析分解之间的相变，相变机制、组织、结构更为复杂。相变过程和产物在质上和量上均具有过渡性。
9. 贝氏体相变时原子的位移特征，界面原子非协同跃迁的机理？
213 页，26 页
10. 试述钢中贝氏体的亚结构特征。贝氏体铁素体是由更小的“亚单元”组成。下贝氏体近似圆片状，由亚片条组成，亚片条又由亚单元组
成，亚单元由更小的超亚单元组成。
贝氏体中的孪晶
有人认为，贝氏体铁素体片条由5?30nm细小孪晶组成，贝氏体铁素体亚片条就是细小的精细孪晶，各
亚片条之间存在孪晶关系。扩散学派不承认贝氏体中存在孪晶。
较高密度的位错亚结构
11. 名词解释：
贝氏体；钢中的贝氏体是过冷奥氏体的中温过渡性转变产物，它以贝氏体铁素体为基体、同时可能存在渗碳体或￡-碳化物、残留奥氏体、马氏体等相，贝氏体铁素体由亚片条、亚单元、较高密度位错等亚结构组成，这种整合组织称为贝氏体
贝氏体相变；奥氏体过冷到中温区，在珠光体与马氏体转变温度区间转变，形成以贝氏体铁素体为基体，其上分布着渗碳体或￡-碳化物、残留奥氏体等组织形貌的转变。
粒状贝氏体；191 页
无碳贝氏体；上贝氏体组织中只有贝氏体铁素体和残留奥氏体而不存在碳化物时，这种贝氏体就是无碳化物贝氏体，或称无碳贝氏体。
羽毛状贝氏体；191 页
魏氏组织：实际上是一种先共析转变的组织。亚共析钢的魏氏组织是先共析铁素体在奥氏体晶界形核呈方向性片状长大，即沿着母相奥氏体的晶面（惯习面）析出。
6 复习思考题
1．熟悉如下概念：
回火；将钢加热到以下某一温度，保温一定时间后，使马氏体或残余奥氏体进行某种程度的转变，再冷却到室温的过程。
回火托氏体；马氏体的中温回火产物，是由已发生了回复的铁素体基体与极细小的碳化物所构成的整合组织。
回火马氏体；马氏体的低温回火产物，是由碳的过饱和a相基体与n -Fe2C或& -碳化物或原子偏聚团组成的整合组织。
回火索氏体；马氏体的高温回火产物，是由铁素体基体上弥散均匀分布着较大颗粒状的碳化物或特殊碳化物所构成，铁素体已发生再结晶，变成等轴晶粒，这种整合组织叫回火索氏体。
回火脆性；某些钢在回火过程中随回火温度的升高，出现塑韧性降低，脆性升高的现象。二次硬化；大多数钢在回
火过程中随回火温度的升高，强度和硬度降低，但在某一温度范围内会出现强度和硬度增加的现象。
2．在回火初期淬火马氏体中的碳原子在什么地方偏聚？偏聚对钢的性能有什么影响？
(1)含碳量小于0.08%C时，在一40至100C区间内，(p 2 —p 1 ) <0,表明马氏体发生了碳在位错线上的偏聚一一’非均匀偏聚”(柯垂尔气团)，使电阻率降低。含碳量大于0.08%C时，在—40至100C
区间内，( p 2 —p 1 ) >0,表明电阻率升高，说明此时没有碳化物析出。应当考虑此时马氏体中形成了类似于G.P 区的溶质原子的均匀偏聚过程。
(2) 马氏体中的碳原子选择性地占据同一晶向(如[001] a),处于同一晶向八面体间隙的碳原子进
一步发生偏聚，可以形成小片状的碳原子团。称为弘津气团。
两种偏聚都会使钢的强度和硬度增大。
3．过冷奥氏体和残留奥氏体有什么区别？残留奥氏体在回火时的转变特征。除了晶体结构均为面心立方外，区别有：
1 )残余奥氏体中碳含量较高；
2) 残余奥氏体储存能量较高，不稳定，容易转变；
3) 残余奥氏体中位错密度较高；
4) 残余奥氏体受胁迫，第2、3 类内应力较大；
5) 奥氏体晶粒为等轴状；残余奥氏体被马氏体片分割，形貌各异，有薄膜状、颗粒状、片状、块状等形态；
高碳钢淬火后于250?300C之间回火时，将发生残余奥氏体分解。随回火温度升高，残余奥氏体量减少。
1) 残余奥氏体向珠光体及贝氏体的转变
加热到250?300 C范围内时将发生分解，即所谓碳钢回火时的第二个转变。加入合金元素将使第二个转变的温度范围上移。
合金元素含量足够多时，残余奥氏体在加热过程中可能先不发生分解，而是在加热到较高温度时在等温过程中发生转变。
2) 残余奥氏体向马氏体的转变
一般情况下，低于200 C回火，残留奥氏体不分解，但可能转变为等温马氏体。将淬火钢在低于M s 点的某一温度回火，则残余奥氏体有可能等温转变为马氏体。
如GCr15钢经1100C淬火，残余奥氏体量为17%, M s点为159C。至室温后再重新加热到低于159C
的各个温度等温。残余奥氏体能等温转变为马氏体。
4．高碳钢、中碳钢、低碳钢淬火马氏体回火时,碳化物的析出贯序？
( 1)低碳的板条状马氏体的脱溶贯序
200 C以下回火时不析出碳化物，只有碳原子偏聚团。200 C以上，直接析出平衡相B—Fe3C。说明
析出过渡相n -Fe2C或& - Fe2.4C,需要扩散富集较高的含碳量，这对于低碳马氏体来说较为困难。同时也说明, Dc 碳原子的位错气团可以吸纳大量碳原子,较为稳定,难以再提供多余的碳原子来析出过渡相。
( 2)中碳钢淬火马氏体析出贯序：
从碳原子气团Hc,Dc状态于100C即开始析出过渡相n-Fe2C或&Fe2.4C，温度高于200C时，
即有B—Fe3C 的析出。即在位错气团基础上直接析出平衡相。
100?300C范围内析出的n Fe2C或&Fe2.4C则是孪晶型马氏体贯序的环节。
( 3)高碳片状孪晶马氏体的脱溶贯序：
温度高于100C即开始析出过渡相n -Fe2C或& -Fe2.4C，呈极细小的片状；
温度高于200C时，n -Fe2C (或& - Fe2.4C)开始回溶，同时析出另一个过渡相X -Fe5C2，并且迅即开
始平衡相B—Fe3C的析出。
在一个相当宽的温度范围内，X -Fe s C2与B—Fe3C共存，直到450 C以上X -Fe5C2消失，全部转变为B—Fe3C。
5 ?为什么要摒弃“两相式分解”的学说？马氏体回火时a相的变化规律？
近年来的研究测定表明，在100 C以下，高碳马氏体和中碳马氏体中均形成了碳原子偏聚气团DC、HC 。试验证明，此回火温度下尚未析出碳化物，只有碳原子气团。
弘津气团趋向于在同一晶面上出现，并形成若干个小片组成的碳原子片状畴，畴的尺寸约为几个nm，已经为透射电子束的点阵条纹所证实。在100C以下，组织结构为：a相+ DC、HC
不存在两个a相
在100C及100C以上才有n -Fe2C, ￡- Fe2.4C碳化物的析出。在100C以上，为a相+ D e、H c+ n -Fe2C 或e - Fe2.4C
《合金固态相变》教学大纲 课程编号：2080113 学时：40 （实验学时另计，8学时） 学分：2.5 一、课程基本情况 1.课程名称：合金固态相变 2.课程性质：必修课程 3.适用年级专业：四年制材料科学与工程、材料成型与控制工程专业，三年级本科生 4.先修课程：材料科学基础、金属学、物理化学 5.教材：“合金固态相变”，赵乃勤主编，中南大学出版社，2008 6.开课单位：材料科学与工程学院 二、课程性质目的、任务和基本要求 1.性质目的和任务 固态相变是材料科学与工程专业的主要专业课之一，它是以物理、数学、物理化学和金属学原理等课程为基础，着重讲授与合金固态相变有关的基本理论，主要包括金属（特别是钢）在加热、冷却过程中相变的基本原理和规律以及组织结构与性能之间的关系，为提高产品质量、充分发挥现有材料的潜力、合理制定热处理工艺、发展新材料和新工艺打下坚实的基础。本课程的内容应适当反映现代固态相变理论的发展和成就。 2. 课程的基本要求 学生通过学习本课程，应达到：1.掌握金属材料中相变的基本理论，重点是钢中组织转变的基本规律；2.有运用金属材料中相变基本规律，分析和研究金属热处理工艺问题的能力； 3.初步掌握成分组织与性能之间的关系，从而对金属材料具有一定的分析和研究能力。 三、课程教学环节、内容及学时分配 （一）课程内容 第一章绪论 合金固态相变的定义。金属固态相变在工业中的地位和作用。本课程的研究对象、内容以及与其它课程的关系。 教学重点：固态相变的一般特征，包括驱动力和阻力，相变的形核、长大、扩散、相界面等。 第二章合金固态相变的常用研究方法 具体介绍研究物相类型、分布和相变过程的各种手段。 教学重点：材料的物相种类、相分布和相变过程所采用的不同研究手段，并对各研究手段在相变研究中的用途和基本原理有所了解。
固态相变原理考试试题 一、(20分) 1、试对固态相变的相变阻力进行分析 固态相变阻力包括界面能和应变能，这是由于发生相变时形成新界面，比容不同都需要消耗能量。 界面能：是指形成单位面积的界面时，系统的赫姆霍茨自由能的变化值。与大小和化学键的数目、强度有关。为表面张力， 为偏摩尔自由能，为由于界面面积改变而引起的晶粒内部自由能变化 （1）共格界面的化学键数目、强度没有发生大的变化，σ最小；半共格界面产生错配位错，化学键发生变化，σ次之；非共格界面化学键破坏最厉害，σ最大。 （2）应变能 ①错配度引起的应变能（共格应变能）：共格界面由错配度引起的应变能最大，半共格界面次之，非共格界面最小。 ②比容差引起的应变能（体积应变能）：和新相的形状有关，,球状由于比容差引起的应变能最大，针状次之，片状最小。 2、分析晶体缺陷对固态相变中新相形核的作用 固相中存在各种晶体缺陷，如空位、位错、层错、晶界等，如果在晶体缺陷处形核，随着核的形成，缺陷将消失，缺陷的能量将给出一供形核需要，使临界形核功下降，故缺陷促进形核。 （1）空位：过饱和空位聚集，崩塌形成位错，能量释放而促进形核，空位有利于扩散，有利于形核。 （2）位错： ①形成新相，位错线消失，会释放能量，促进形核 ②位错线不消失，依附在界面上，变成半共格界面，减少应变能。 ③位错线附近溶质原子易偏聚，形成浓度起伏，利于形核。 ④位错是快速扩散的通道。 ⑤位错分解为不全位错和层错，有利于形核。 Aaromon总结： 刃型位错比螺型位错更利于形核；较大柏氏矢量的位错更容易形核；位错可缠绕，割阶处形核；单独位错比亚晶界上位错易于形核；位错影响形核，易在某些惯习面上形成。 （3）晶界：晶界上易形核，减小晶界面积，降低形核界面能 二、(20分) 已知调幅分解浓度波动方程为： ，其中： 1、试分析发生调幅分解的条件 只有当R（λ）＞0，振幅才能随时间的增长而增加，即发生调幅分解，要使R（λ）＞0，得G”＜0且| G”|＞2η2Y+8π2k/λ2 令R（λ）=0得λc—临界波长，则λ＜λc时，偏聚团间距小，梯度项8π2k/λ2很大，R（λ）＞0，不能发生；λ＞λc时，随着波长增加，8π2k/λ2下降，易满足| G”|＞2η2Y+8π2k/λ2，可忽略梯度项，调幅分解能发生。 2、说明调幅分解的化学拐点和共格拐点,并画出化学拐点、共格拐点和平衡成分点在温度——成分坐标中的变化轨迹 化学拐点：当G”=0时。即为调幅分解的化学拐点； 共格拐点：当G”+2η2Y=0时为共格拐点，与化学拐点相比共格拐点的浓度范围变窄了，温度范围也降低了。 3、请说明调幅分解与形核长大型相变的区别
《固态相变理论》作业3 1．试述贝氏体转变的基本特征。 答：1）孕育期的预相变：在贝氏体孕育期内，母相发生成分的预分配和结构的预转变。预相变期发生了原子的偏聚，形成贫碳区即为贝氏体相变的 形核位置。相变机制存在扩散和切变学派的争论。 2）贝氏体相变形核：贝氏体相变是非均匀形核，上贝氏体一般在奥氏体晶界处形核，而下贝氏体一般在奥氏体的晶内形核。 3）贝氏体的长大机制：存在三种观点1.马氏体型的贝氏体切变长大机制，这种学派认为，贝氏体长大与马氏体相似，以切变方式进行，但贝氏体 长大的速度比马氏体慢的多。判断依据是贝氏体的表面浮凸效应现象。 切变包括滑移切变和孪生切变。2.扩散台阶长大机制，台阶机制可以为 扩散长大所利用，也可以为切变长大利用。3.扩散-切变复合长大模型， 这种模型首要条件是界面位错必须是刃型位错或刃型分量为主导的。因 为只有刃型位错才能攀移，而螺位错是不能攀移的。 2．试述影响贝氏体性能的基本因素。 C。形态为答：1）上贝氏体的形成中温转变，在350～550℃，组织为BF+Fe 3 羽毛状上贝氏体的转变速度受碳在奥氏体中的扩散所控制。 2）下贝氏体的形成低温转变，小于350℃。BF大多在奥氏体晶粒内通过共格切变方式形成，形态为透镜片状。由于温度低，BF中的碳的过饱和 度很大。同时，碳原子已不能越过BF/A相界扩散到奥氏体中去，所以就 在BF内部析出细小的碳化物。同样，下贝氏体的转变速度受碳在铁素体 中的扩散所控制。 3）碳含量及合金元素的影响奥氏体中的碳含量的增加，转变时需要扩散的原子数量增加，转变速度下降。除了铝和钴外，合金元素都或多或少 地降低贝氏体转变速度，同时也使贝氏体转变温度范围下降，从而使珠 光体与贝氏体转变的C曲线分开。 4）奥氏体晶粒度大小的影响奥氏体晶粒度越大，晶界面积越少，形核部位越少，孕育越长，贝氏体转变速度下降。 5) 应力和塑性变形的影响拉应力加快贝氏体转变。在较高温度的形变使 贝氏体转变速度减慢；而在较低温度的形变使得转变速度加快。 6）冷却时在不同温度下停留的影响
金属材料工程专业指导性培养方案 部门：机械与汽车工程学院 部门负责人：许德章 审核：陶庭先 校长：干洪 制订日期：2013年4月 一、培养目标与基本要求 培养目标： 本专业培养德智体美全面发展、诚信实干、基础扎实、实践能力强、综合素质高、具有创新精神，具备金属材料基础理论、铸造及热处理、表面工程等专业方向相关的工程技术知识，能在冶金、金属材料的制备、金属材料的铸造成型及热处理、材料结构研究与分析、材料表面处理等领域从事科学研究、技术与产品开发、工艺和设备设计、生产和经营管理等方面的应用型高级工程技术人才。 基本要求： 1、热爱社会主义祖国，拥护中国共产党的领导，树立正确的人生观、世界观和价值观，具有良好的思想品德、社会公德和职业道德。 2、掌握专业所需的基础科学理论知识，掌握本专业扎实的专业基础理论及必要的专业知识，具有本专业所必需的基本技能，具有良好的业务素养。 3、掌握科学的思维方法，具有创新能力和较强实践能力，具有较强的终身学习能力、获取及处理信息能力。 4、具有良好的心理素质和适应能力，掌握科学锻炼身体的基本技能，受到必要的军事训练，达到国家规定的大学生体育和军事训练合格标准。 毕业生应获得的知识和达到的能力： 1、掌握金属材料的铸造成型及热处理、材料表面处理、材料耐蚀与磨损的基础理论，以及表面处理、腐蚀与防护、耐蚀与磨损等方面的专业知识和技能；
2、掌握金属材料铸造成型工艺及设备的设计与制造方法； 3、掌握电镀、化学镀、涂装、真空镀、离子喷涂等原理与工艺方法； 4、具有从事金属材料及其耐蚀、耐磨及防腐材料的研究，正确地制定生产工艺及选用设备的初步能力； 5、具有本专业必需的机械、电工与电子技术、计算机应用的基本知识和技能； 6、具有研究开发和应用新材料、新工艺和相关设备的初步能力； 7、具有较强的创新意识及获取知识和运用知识解决实际问题的能力。 业务范围： 1、从事金属材料的铸造成型及热处理、表面工程、材料的腐蚀与防护等行业的技术工作； 2、从事金属材料的设计、制备、成型及其性能的检测与分析； 3、从事材料生产组织、技术管理和材料性能的检测、缺陷分析等技术监督工作； 4、从事金属材料生产技术管理、设备维护运行管理和经营销售等工作； 5、从事金属材料工程方面的科研、教学等工作。 二、专业方向 金属材料工程 三、学制：本科四年 四、主干学科、主要课程、主要实践教学环节 主干学科：材料科学与工程 主要课程：马克思主义基本原理、毛泽东思想和中国特色社会主义理论体系概论、高等数学Ⅰ、大学英语、画法几何及机械制图I、机械设计基础Ⅱ、工程力学Ⅱ、材料化学、材料科学基础、材料力学性能、金属固态相变原理、金属材料学（Metal Material Science）、表面工程学、液态成型原理、电化学原理、铸造工艺学主要实践教学环节：专业认识实习、专业生产实习、专业综合设计/实验、毕业设计（论文） 五、课程配置流程图、专业教育内容与课程体系
固态相变论文 班级：材料08-01 姓名：郑国阔 学号：0808010130
金属固态相变理论研究的最新进展 摘要：已经研究形成一套金属固态相变理论，但有的知识陈旧，且存在错误，因此，开拓创新具有理论意义和应用价值。本文就钢的珠光体和贝氏体转变做了深入研究。通过分析得出钢中共析分解的新机制，对于“相间沉淀”机理做了新的解释，重申了珠光体的新概念。认为：珠光体是共析铁素体和共析渗碳体（或碳化物）构成的整合组织，不是机械化合物。珠光体的形核--长大是以界面扩散为主进行的相变，铁素体和渗碳体两相是共析共生，协同长大，不存在领先相；发现了珠光体转变在预先抛光的试样表面也具有浮凸效应；指出过渡性是贝氏体相变的主要特征，提出了贝氏体和贝氏体相变的新定义。认为以往的热力学计算不准，贝氏体铁素体的相变驱动力约为－905J/mol。提出了切变－扩散整合机制，贝氏体相变的晶核是单相BF，不是共析分解，贝氏体铁素体（BF）在贫碳区形核，是贫碳的γ→α的无扩散相变，不是切变过程，而是以界面替换原子热激活跃迁方式形核长大；钢中贝氏体碳化物（Bc）在γ/α相界面上形核，向奥氏体和铁素体中长大，最终被铁素体包围，是以原子热激活跃迁方式进行的相变。 关键词：固态相变；珠光体；贝氏体；界面扩散；热激活跃迁；扩散；切变；整合。 金属固态相变过程和相变机理极为复杂，而钢中的相变是金属相变中最为复杂的，各种相变机制也存在争议，在争论中金属固态相变理论不断更新和发展发展[1～7]。科学技术哲学告诉人们，自然物质的演化是从量变到质变的过程。应当把“奥氏体珠光体、贝氏体、马氏体”转变系列作为一个整合系统来研究。从整合机制和自组织功能方面以系统整合的方法进行研究。 21世纪以来，奥氏体的形成、马氏体相变和回火转变研究欠活跃，进展缓慢，本文主要介绍珠光体转变和贝氏体相变的最新进展情况。 珠光体是钢中发现比较早的组织，20世纪上半叶对珠光体转变理论进行了大量的研究工作，但60~80年代在马氏体和贝氏体研究的热潮中，珠光体相变的研究被冷落。80年代以后，索氏体组织及在线强化；非调质钢取代调质钢；高强度冷拔钢丝的研究开发等，使珠光体转变的研究有了一定的新进展。但是，共析分解的许多问题实际上并没有真正搞清楚。本文就珠光体的定义、共析分解机理；领先相问题；相间沉淀等阐述其新理论、新认识。 20世纪50年代柯俊第一次对贝氏体相变的本质进行了研究。60年代末，美国冶金学家H.I.Aaronson等学者从能量上否定贝氏体转变的切变可能性。贝氏体相变机制方面形成了切变机制、扩散－台阶机制，切变－扩散复合机制等，并且经历了长达30多年的论争。进入21世纪以来，刘宗昌等人提出了切变－扩散整合机制。继承各类学术观点之所长，开拓创新，实现各类学术观点的整合，以便促进贝氏体相变理论的发展。 1. 珠光体转变新理论 20世纪80年代电镜观察发现了珠光体组织中的长大台阶，提出了台阶转变机制。近年来，作者本人依据对共析分解机理和珠光体本质的研究，发表了
金 属 热 处 理 主讲 主讲 从善海从善海材冶学院金属材料工程系 1.热处理 热处理是将钢在固态下加热到预定的温度，保温一定的时间，然后以预定的方式冷却下来的一种热加工工艺，其工艺曲线如下图所示。 一、热处理及其作用 绪论 ℃ Ac 1 加热 Ac 3
●平衡脱熔沉淀 设A-B 二元合金，当成分为K 的合金被加热到t 1温度时，β相将全部溶入a 相中而成为单一的固溶体。若自t 1温度缓慢冷却至固溶度曲线MN 以下温度时，β相又将逐渐析出，这一过程称为平衡脱熔沉淀。 （二）平衡脱熔沉淀 在转变初期，新形成的两个微区之间并无明显的界面和成分的突变，上坡扩散，最终使一均匀固
二、不平衡转变 （一）伪共析转变 当奥氏体以较快冷速过冷到GS和ES的延 长线以下温度时（如图1-2中虚线），奥 氏体中同时析出铁素体和渗碳体。 亚共析钢或过共析钢从奥氏体状态快 温度以下，先共析相来不 速冷却到A r1 及析出，奥氏体直接转变为铁素体和 渗碳体（F+Fe C），这种转变称为伪 3 共析转变。 这种由非共析成分所获得的共析组织称为伪共析组织
期间过饱和固溶体便会自发地发生分解，从中逐渐析出不平衡脱熔沉淀或时效
b）伸缩型半共格（c）切变型半共格 （三）非共格晶面 当两相界面处的原子排列差异很大，即错配度很大时，其原子间的匹配关系便不再维持见，这种界面称为非共格界面。 （d、c ）非共格界面 二、两相间的晶体学关系 惯习面 惯习面通常以母相的晶面指数表示，如马氏体总是在奥氏体的面上形成，故 固态相变时新相与母相间往往存在 一定的取向关系，而且新相往往又 是在母相一定的晶面族上形成，这 种品面称为惯习面。 {} α′ 011 {} γ 111 // {} α′ 011 {} γ 111 马氏体的密排面与奥氏体的密排面 记着：
复习思考题 1.复习思考题 1．固态相变和液－固相变有何异同点？ 相同点：（1）都需要相变驱动力（2）都存在相变阻力（3）都是系统自组织的过程 不同点：（1）液－固相变驱动力为自由焓之差△G 相变，阻力为新相的表面能△G表，基本能连关系为：△G = △G 相变+△G表，而固态相变多了一项畸变能△G畸，基本能连关系为：△G = △G 相变+△G界面+△G畸（2）固态相变比液－固相变困难，需要较大的过冷度。 2．金属固态相变有那些主要特征？ 相界面；位向关系与惯习面；弹性应变能；过渡相的形成；晶体缺陷的影响；原子的扩散。 3. 说明固态相变的驱动力和阻力？ 在固态相变中，由于新旧相比容差和晶体位向的差异，这些差异产生在一个新旧相有机结合的弹性的固体介质中，在核胚及周围区域内产生弹性应力场，该应力场包含的能量就是相变的新阻力—畸变自由焓△G畸。则有： △G = △G 相变+△G界面+△G畸 式中△G 相变一项为相变驱动力。它是新旧相自由焓之差。 当：△G 相变=G 新 -G 旧 <0 △G 相变小于零,相变将自发地进行 (△G界面+△G畸)两项之和为相变阻力。 (1)界面能△G界面 界面能σ由结构界面能σst和化学界面能σch组成。即：σ=σst+σch 结构界面能是由于界面处的原子键合被切断或被削弱，引起了势能的升高，形成的界面能。 （2）畸变能阻力—△G畸 4．为什么在金属固态相变过程中有时出现过渡相？ 过渡相的形成有利于降低相变阻力， 5. 晶体缺陷对固态相变有何影响？ 晶核在晶体缺陷处形核时，缺陷能将贡献给形核功，因此，晶体通过自组织功能在晶体缺陷处优先性核。 晶体缺陷对形核的催化作用体现在： （1）母相界面有现成的一部分，因而只需部分重建。 （2）原缺陷能将贡献给形核功，使形核功减小。 （3）界面处的扩散比晶内快的多。 （4）相变引起的应变能可较快的通过晶界流变而松弛。 （5）溶质原子易于偏聚在晶界处，有利于提高形核率。 6．扩散型相变和无扩散型相变各有那些特征？ （1）扩散型相变 原子迁移造成原有原子邻居关系的破坏，在相变时，新旧相界面处，在化学位差驱动下，旧相原子单个而无序的，统计式的越过相界面进入新相，在新相中原子打乱重排，新旧相排列顺序不同，界面不断向旧相推移，此称为界面热激活迁移，是扩散激活能与温度的函数。 新相与母相的化学成分不同。 （2）无扩散型相变 相变的界面推移速度与原子的热激活跃迁因素无关。界面处母相一侧的原子不是单个而无序的，统计式的越过相界面进入新相，而是集体定向的协同位移。界面在推移的过程中保持宫格关系。 新相与母相的结构不同，化学成分相同态相变具有形核阶段？ 固态相变分为有核相变与无核相变，大多数固态相变都是有核相变， 8．为什么金属固态相变复杂多样？ 见4页。 9．晶粒长大的驱动力?晶粒长大时界面移动方向与晶核长大时的界面移动方向有何不同？为什么？ 晶粒长大的驱动力：界面能或晶界能的降低。晶粒长大时界面移动方向与曲率中心相同，晶核长大时的界面移动方向与曲率中心相反。 10．什么是自组织？自组织的条件是什么？ 如果系统在获得其空间结构，时间结构过程中没有特定的外界干预，而是一个自发的组织化，有序化，系统化的过程，称自组织。其条件是：（1）开放系统（2）远离平衡态（3）随机涨落（4）非线性相互作用
固态相变课程复习思考题2012-5-17 1.说明金属固态相变的主要分类及其形式 2.说明金属固态相变的主要特点 3.说明金属固态相变的热力学条件与作用 4.说明金属固态相变的晶核长大条件和机制 5.说明奥氏体的组织特征和性能 6.说明奥氏体的形成机制 7.简要说明珠光体的组织特征 8.简要说明珠光体的转变体制 9.简要说明珠光体转变产物的机械性能 10.简要说明马氏体相变的主要特点 11.简要说明马氏体相变的形核理论和切边模型 12.说明马氏体的机械性能，例如硬度、强度和韧性 13.简要说明贝氏体的基本特征和组织形态 14.说明恩金贝氏体相变假说 15.说明钢中贝氏体的机械性能 16.说明钢中贝氏体的组织形态 17.分析合金脱溶过程和脱溶物的结构 18.分析合金脱溶后的显微组织 19.说明合金脱溶时效的性能变化 20.说明合金的调幅分解的结构、组织和性能 21.试计算碳含量为2.11%（质量分数）奥氏体中，平均几个晶胞有一个碳原子？ 22.影响珠光体片间距的因素有哪些？ 23.试述影响珠光体转变力学的因素。 24.试述珠光体转变为什么不能存在领先相 25.过冷奥氏体在什么条件下形成片状珠光体，什么条件下形成粒状珠光体 26.试述马氏体相变的主要特征及马氏体相变的判据 27.试述贝氏体转变与马氏体相变的异同点 28.试述贝氏体转变的动力学特点 29.试述贝氏体的形核特点 30.熟悉如下概念：时效、脱溶、连续脱溶、不连续脱溶。 31.试述Al-Cu合金的时效过程，写出析出贯序 32.试述脱溶过程出现过渡相的原因 33.掌握如下基本概念： 固态相变、平衡转变、共析相变、平衡脱溶、扩散性相变、无扩散型相变、均匀形核、形核率
第一章自测题试卷 1、固态相变是固态金属（包括金属与合金）在（）和（）改变时，（）的变化。 2、相的定义为（）。 3、新相与母相界面原子排列方式有三种类型，分别为（）、（）、（），其中（）界面能最低，（）应变能最低。 4、固态相变的阻力为（）及（）。 5、平衡相变分为（）、（）、（）、（）、（）。 6、非平衡相变分为（）、（）、（）、（）、（）。 7、固态相变的分类，按热力学分类：（）、（）；按原子迁动方式不同分类：（）、（）；按生长方式分类（）、（）。 8、在体积相同时，新相呈（）体积应变能最小。 A．碟状（盘片状）B.针状 C.球状 9、简述固态相变的非均匀形核。 10、简述固态相变的基本特点。 第二章自测题试卷 1、分析物相类型的手段有（）、（）、（）。 2、组织观测手段有（）、（）、（）。 3、相变过程的研究方法包括（）、（）、（）。 4、阿贝成像原理为（）。 5、物相分析的共同原理为（）。 6、扫描电镜的工作原理简单概括为：（）。 7、透射电子显微镜的衬度像分为（）、（）、（）。 第三章自测题试卷 1. 根据扩散观点，奥氏体晶核的形成必须依靠系统内的（）： A.能量起伏、浓度起伏、结构起伏 B. 相起伏、浓度起伏、结构起伏 C.能量起伏、价键起伏、相起伏 D. 浓度起伏、价键起伏、结构起伏 2. 奥氏体所具有的性能包括：（） A.高强度、顺磁性、密度高、导热性差； B.高塑性、顺磁性、密度高、导热性差； C.较好热强性、高塑性、顺磁性、线膨胀系数大； D.较好热强性、高塑性、铁磁性、线膨胀系数大。 3. 影响奥氏体转变的影响因素包括（）、（）、（）、（）。 4．控制奥氏体晶粒大小的措施有：（），（），（），（）。 5．奥氏体是Fe-C合金中的一种重要的相，一般是指（），碳原子位于（）。 6. 绘图说明共析钢奥氏体的形成过程。 7. 奥氏体易于在铁素体和渗碳体的相界面处成核的原因是什么？ 8. 简述连续加热时奥氏体转变的特点。 9. 说明组织遗传的定义和控制方法。 10. 从奥氏体等温形成动力学曲线出发说明珠光体到奥氏体的转变特征。 第四章自测题试卷 1、填空题 1) 根据片层间距的大小，可以将珠光体分为________ 、________、________。 2) 获得粒状珠光体的途径有________ 、__________ 、___________ 、___________ 。 3) 珠光体的长大方式有__________ 、___________ 、___________。
*本答案基本根据录音整理所得，课本有的标了页码* 金色固态相变原理 简答题 1．简述共析钢加热奥氏体化的过程。(P42) 答：（1）奥氏体形核奥斯体的形核是通过形核和长大完成的。奥氏体的晶核是依靠系统的能量起伏、浓度起伏和结构起伏形成的；(2 )奥氏体晶核长大奥氏体的长大过程是两个新旧界面向原来的铁素体和渗碳体中推移的过程，驱动力为奥氏体中的碳浓度差；（3）剩余碳化物的溶解奥氏体中铁素体的溶解速度大了渗碳体的溶解速度，使渗碳体过剩而逐渐溶入奥氏体中；（4）奥氏体的均匀化继续加热或保温，借助碳原子的扩散使碳原子的分布趋于均匀。 2．马氏体相变的主要特征有哪些？(P76) 答：（1）切变共格和表面浮突现象马氏体转变时奥氏体中的原子基集体有规则的向新相中迁移，形成切变共格界面，表面产生浮突效应；（2）无扩散性仅由面心立方点阵通过切边改组为体心立方点阵，而无成分的变化；（3）具有特定的位向关系和惯习面；（4）在一个温度范围内完成相变温度在Ms-Mf完成，但是转变不能完全进行，有一定量的残余奥氏体存在；（5）可逆性 3．什么是第一类回火脆性，避免其发生的方法有哪些？(P143) 答：在250-400°C之间出现的回火脆性称为第一类回火脆性，也称低温回火脆性，也称为不可逆回火脆性。 避免方法：（a）降低钢中杂质元素的含量；（b）用Al脱氧或加入Nb、V、Ti等合金元素以细化奥氏体晶粒；（c）加入Mo、W等能减轻第一类回火脆性的合金元素；（d）加入Cr、Si以调整发生第一类回火脆性的温度范围，使之避开所需的回火温度；（e）采用等温淬火工艺代替淬火加回火工艺。 4．板条马氏体和片状马氏体那种会出现显微裂纹，为什么？(根据录音所得) 答：片状马氏体。显微裂纹是片状马氏体形成是产生的，先形成的第一片马氏体贯穿整个晶粒，将奥氏体晶粒分成两个部分，而后形成的马氏体片大小受到限制，所以马氏体的大小是不同的。后形成的马氏体片不断的撞击先形成的马氏体。由于马氏体的形成速度非常快，所以相互撞击，同时还与奥氏体晶界撞击，产生较大的应力场，另外片状马氏体的含碳量比较高，不能通过滑移和孪晶等变形方式消除应力，所以片状马氏体容易出现显微裂纹。 板条马氏体之间的夹角比较小，基本上是平行的，相互撞击的几率较小，残余奥氏体的存在可以缓解应力，所以板条马氏体没有出现显微裂纹。 5．什么是材料的热处理？其目的是什么？常见的热处理工艺有哪些？（根据录音所得）答：材料的热处理是通过特定的加热保温和冷却方式来获得工程上所需的组织的一种工艺过程的总称。目的：改变金属及合金的内部组织结构使其满足服役条件所提出的性能要求。常见的热处理工艺有淬火、正火、退火和回火。 6．如何区别高碳钢中的回火马氏体与下贝氏体？（根据录音所得） 答：（1）高碳钢回火马氏体表面浮突呈锥字型，它的相变是通过共格切变机制完成的。而下贝氏体的表面浮突是不平行的相交成V字形，而且它的铁素体不是通过切变共格完成的；（2）高碳钢回火马氏体中存在位错和孪晶，而下贝氏体中的铁素体中只有位错盘结没有孪晶结构存在，其韧性较好。（3）下贝氏体中碳沿着与贝氏体长轴呈50-60°倾斜的直线规则排列与相间析出相似。回火马氏体中碳在铁素体中是均匀分布的。 7．奥氏体的晶核最容易在什么地方形成？为什么？（P40）
1.固态相变:金属盒陶瓷等固体材料在温度和压力改变时，其内部组织或结构会发生变化，即从一种相状态到另一种相状态的转变 2.平衡转变；在缓慢加热或冷却时所发生的能获得复合平衡状态图的平衡组织的相变。 3.共析相变；合金在冷却时由一个固相分解为两个不同固相的转变 4.平衡脱溶相变；在缓慢冷却条件下，由过饱和固溶体中析出过剩相的过程 5.扩散性相变；相变时相界面的移动是通过原子近程或远程扩散而进行的相变也称非协调型 6.无扩散性相变；相变过程中原子不发生扩散，参与转变的所有原子的运动是协调一致的相变也称协同型 7.均匀形核；晶核在母相中无择优地任意均匀分布 8.形核率；单位时间形成的晶核数 9.混晶；置换固溶体，两种或多种元素相互溶解而形成的均匀晶相 10.异常长大:正常晶粒长大过程被第二相微粒、织构、表面热蚀沟等阻碍，使得大多数晶粒不能长大，从而使少数较大的晶粒得以迅速长大。 11.奥氏体；碳及各种化学元素在γ－Fe中形成的固溶体 12.珠光体；共析碳钢加热奥氏体化后缓慢冷却，在稍低于A1温度时奥氏体将分解为铁素体和渗碳体的混合物称为珠光体 13.粒状珠光体；通过片状珠光体中渗碳体的球状化而获得的 14.贝氏体；钢在奥氏体化后被过冷到珠光体转变温度区间以下，马氏体转变温度区间以上这一中温度区间(所谓“贝氏体转变温度区间”)转变而成的由铁素体及其内分布着弥散的碳化物所形成的亚稳组织，即贝氏体转变的产物。 15.马氏体；对固态的铁基合金(钢铁及其他铁基合金)以及非铁金属及合金而言，是无扩散的共格切变型相转变，即马氏体转变的产物。就铁基合金而言，是过冷奥氏体发生无扩散的共格切变型相转变即马氏体转变所形成的产物。铁基合金中常见的马氏体，就其本质而言，是碳和(或)合金元素在α铁中的过饱和固溶体。就铁-碳二元合金而言，是碳在α铁中的过饱和固溶体。 16.屈氏体；通过奥氏体等温转变所得到的由铁素体与渗碳体组成的极弥散的混合物。是一种最细珠光体类型组织，其组织比索氏体组织还细 17.索氏体；马氏体于回火时形成的，在光学金相显微镜下放大五六百倍才能分辨出为铁素体内分布着碳化物(包括渗碳体)球粒的复相组织。 18.组织遗传；将晶界有序组织加热到Ac3,可能导致形成的奥氏体晶粒与原始晶粒具有相同的形状、大小和取向。 19.相变孪晶；相变过程中形成的孪晶。 20.热稳定化；淬火时因缓慢冷却或在冷却过程中因停留而引起奥氏体稳定性提高，使马氏体转变迟滞的现象。 21.反稳定化；当等温温度超过一定限度后，随等温温度升高，奥氏体稳定化程度反而下降的现象。 22.不变平面应变；相变过程中虽然发生了变形，但变形为均匀切变，且相变过程中惯习面为不变平面的应变。 23.惯习面；固态相变时，新相往往在母相的一定晶面开始形成，这个晶面称 24.热弹性马氏体；在冷却转变与加热逆转变时呈弹性长大与缩小的马氏体 25.形状记忆合金；具有这种形状记忆效应的金属发生较大变形后，经加热至某一温度之上，能恢复到变形前形状的合金。 26.正方度；c/a表示晶格畸变程度，具有体心正方点阵结构的马氏体的c/a值。 27.伪共析组织；过冷奥氏体以极快冷速转变形成的p组织，其成分因奥氏体含碳量不同而不同。 28.回火；淬火处理后将工件加热到低于临界点的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的一种热处理操作。 29.回火屈氏体；铁素体加片状或者小颗粒状渗碳体的混合组织 30.回火马氏体；残余奥氏体向低碳马氏体和e-碳化物分解的过程，所得组织马氏体经分解后的立方马氏体+e-碳化物的混合组织。 31.回火索氏体；等轴铁素体加尺寸较大的粒状渗碳体的混合组织 32.回火脆性；随回火温度升高，冲击韧性反而下降的现象 33.二次硬化；当马氏体中含有足够量的碳化物形成元素时，在500°c以上回火是将会析出细小的特殊碳化物，导致因回火温度升高， -碳化物粗化而软化的刚再度硬化 34.二次淬火；在冷却回火是残余奥氏体转变为马氏体的现象叫二次淬火 35.时效；合金在脱溶过程中，其机械性能物理性能化学性能等均随之发生变化的现象 36.脱溶；从饱和固溶体中析出第二相（沉淀相）或形成溶质原子聚集区以及亚稳定过渡相
1、解释下列名词： 自扩散、化学扩散、间隙扩散、置换扩散、互扩散、晶界扩散、上坡扩散 2、什么叫原子扩散和反应扩散? 3、什么叫界面控制和扩散控制?试述扩散的台阶机制? [简要解答] 生长速度基本上与原子的扩散速率无关，这样的生长过程称为界面控制。相的生长或溶解为原子扩散速率所控制的扩散过程称为扩散控制。 如题3图，α相和β相共格，在DE、FG处，由于是共格关系，原子不易停留，界面活动性低，而在台阶的端面CD、EF处，缺陷比较多，原子比较容易吸附。因此，α相的生长是界面间接移动。随着CD、EF的向右移动，一层又一层，在客观上也使α相的界面向上方推移，从而使α相生长。这就是台阶生长机制，当然这种生长方式要慢得多。 题3图台阶生长机制 4、扩散的驱动力是什么?什么是扩散热力学因子? 5、显微结构的不稳定性主要是由哪些因素造成的 ? 6、什么是Gibbs-Thomson效应?写出其表达式。 7、什么是Ostwald Ripening Process ? 写出描述其过程的表达式，总结其过程规律 ? 8、在500℃时，Al在Cu中的扩散系数为2.6×10-17 m2/s，在1000℃时的扩散系数为1×10-12 m2/s。求：1）这对扩散偶的D0、Q值；2）750℃时的扩散系数。 9、当Zn向Cu内扩散时，已知：X点处的Zn含量为2.5×10-17 a/cm3，在离X点2mm 处的Y 点，在300℃时每分钟每mm2要扩散60个原子。问：Y点处的Zn浓度是多少? 10、将Al扩散到硅单晶中，问：在什么温度下，其扩散系数为10-14 m2/s ? (已知：Q = 73000 cal./mol, D0 = 1.55×10-4 m2/s ) 11、在1127℃某碳氢气体被通入到一低碳钢管（管长1m，管内径8 mm，外径12 mm）。
相变原理 (2009-03-15 12:09:38) 忽视核外电子的规律运动,司空见惯的相变成了困惑人们的自然之谜。 摘要：核外电子随着温度的规律的运动是相变的直接原因。 （1）价和电子在平面稳定运转，伴生的价磁力指向稳定，物质呈固态。 （2）价和电子在窄小空间范围扭曲运转，伴生的价磁力方向不稳，物体塑性增加。 （3）价和电子在大范围空间扭曲运转，伴生的价磁力方晃动，物质呈液态。 （4）价和电子在空间呈球面绕行运转，价和电子包围整个球面，价磁力没有了方向，球面电子与相邻的球面电子相斥，使分子球之间推开距离，物质呈气态。 关键词：奥斯特实验小磁针伴生德布罗意波 [事实] 随着温度升高，一般物体都是由固体相变成液体，由液体相变成气体。 所有纯净物质都有其固定的熔点、沸点；水在０℃结冰、１００℃沸腾；锡在2００℃电烙铁下就能熔化成液态，烙铁拿开，锡又立刻凝结成固体，温度与物质状态、特性相依相存。 [分析] 物质的相变与总是与温度精确的对应，千百年来人们不断在思索，温度是如何导致这样的变化？温度是怎样起作用的？这极具规律的对应绝不会是偶然的、孤立的。这有规律的变化必然源于且服从更深层的规则的运动。这个规则的运动，就是核外电子的规律的运动。 核外电子随着温度的规律的运动是相变的直接原因。 在J 1章我们谈到温度实质上就是核外电子运转的速度。核外电子速率加快，宏观的表现就是温度升高。温度升高到一定的程度，水能沸腾；钢铁能熔化，物质发生了相变。难道电子的快速运动就能导致这样的相变、如何导致相变？ 相变虽然与温度直接相关，然而只有达到了某一特定值，相变才能发生，这是一个从量变到质变的过程，也是物质的内聚力急剧变化的过程，核外电子的
第一章作业： 1.奥氏体形成机理，分为几个阶段？ 答：1，A的形核2，A的长大3，A中残余碳化物的溶解4，A的均匀化 2.为什么亚共析钢在加热过程中也会有残余碳化物的形成？ 答：随着温度的升高，长大速度比n>7.5时，就会有残余碳化物产生 3影响奥氏体形成动力学的因素？（形成动力学即指形成速度） 答：1，加热温度T越高A形成速度越快2，钢的原始含碳量C%越高A形成速度越快3，原始组织越细A形成速度越快4，加热速度越快A形成速度越快5，合金元素存在即减弱A形成速度。（①影响临界点，降低临界点的加速，提高的减速②影响C元素的扩散，A形成速度降低③自身扩散不易，使A形成速度降低） 4：什么是起始晶粒度，实际晶粒度，本质晶粒度和他们的决定因素。 答：起始晶粒度：A转变刚完成，A晶粒边界刚一接触一瞬间的大小。影响因素：形核率和长大速度之比 实际晶粒度：实际生产或实验条件下得到A晶粒的大小。影响因素：加热和保温条件。 本质晶粒度：将钢加热到930℃±10℃保温3-8小时再测量A晶粒的大小，表征钢加热过程中A晶粒长大的倾向或趋势。决定因素：炼钢工艺 5影响A晶粒长大的因素： 答：1，加热温度和保温时间：温度越高长大越容易，时间越长长大越充分。温度主要影响。2，加热速度：加热速度越高A转变温度越高。形核率和长大速度越高，晶粒越细小 3,含碳量：一定温度下C%越高越容易长大，超过一定C%晶粒会越细小。4，合金元素：于C 形成强或中碳化物的元素抑制长大，P,O,Mn等促进，，Ni,Si无影响。5，原始组织：原始组织越细A晶粒越细，不利于长大。 第二章 1什么是珠光体片层间距？ 答：一片铁素体F和一片渗碳体的厚度之和，用S0表示。 2珠光体类型组织有哪几种？它们在形成条件，组织形态和性能方面有哪些不同？ 答：分为片状P和粒状P两种。①片状P渗碳体呈片状，是由A以接近平衡的缓慢冷却条件下形成的渗碳体和F组成的片层相间的机械混合物，还可以细分为珠光体P，索氏体S和屈氏体T。性能主要取决于层片间距S0，强度和硬度随S0减小而增加，S0越小则塑性越好，过小则塑性较差。②粒状P是渗碳体呈粒状分布在连续的F基体上，可由过冷A直接分解而成，也可由片状P球化而成。还可由淬火组织回火而成，于片状P相比，硬度强度较低但塑性和韧性较好。 3片状和粒状P的转变机理。 答：片状是形核长大的过程，有先共析相，（亚共析钢为F，过为Fe3C），在A晶界和相界处形核，交替长大。粒状是由片状P球化退火产生。 4亚共析钢和过共析钢的先共析相和性能特点。 答：网状组织：沿A晶界呈网状分布。网状Fe3C使强度下降，脆性上升，加工性能下降 块状组织（亚共析钢）：等轴块状。随铁素体增多强度硬度下降，塑性升高。 晶内片状组织（魏氏组织）：针片状由晶界向晶内分布。使韧性降低。 5影响P转变动力学的因素。 ①C%对于亚共析钢随C%升高C曲线右移，对过共析钢C曲线左移2，奥氏体状态：A晶粒越大P转变速度越慢，A均匀度：越均匀P转变速度越慢3，A化温度和时间：T越高时间越长P转变速度越慢4，单向拉应力有利于A转化成P，多向拉应力不利于A转化，A状态下塑性变形有利于A转化5，合金元素的影响。
固态相变原理 1、相变的基础理论涉及三个方面的共性问题: 1相变能否进行,相变的方向 2相变进行的途径及速度 3相变的结果,即相变时结构转变的特征。 分别对应相变热力学、相变动力学和相变晶体学。 相变是朝着能量降低的方向进行; 相变是选择阻力最小、速度最快的途径进行; 相变可以有不同的终态,但只有最适合结构环境的新相才易于生存下来。 2、固态相变的特殊性 (相界面、弹性应变能、位向关系与惯习面、亚稳过渡相、原子迁移率、晶体缺陷。 固态相变除满足热力学条件外,还须获得额外能量来克服晶格改组时原子间的引力,即存在相变势垒。相变势垒由激活能决定,也与是否有外加机械应力有关。 3、相变驱动力和相变阻力 驱动力:体积自由能,来自晶体缺陷(点,线,面缺陷的储存能。 储存能由大到小的排序:界面能,线缺陷,点缺陷。 界面能中界隅提供的能量最大,但体积分数小,界棱次之,界面最小,但体积分数最大。 相变阻力是界面能和弹性应变能。
弹性应变能与新旧相的比容差和弹性模量,及新相的几何外形有关。从能量的角度来看:共格界面的弹性应变能最大,非共格界面的界面能最大。球形新相界面能最小,但应变能最大,圆盘状新相相反,针状新相居中。 4、长大方式 新相晶核的长大分为协同(共格或半共格,切变和非协同(非共格或扩散两种,前者速度快,后者速度慢。原子只能短程扩散时,长大速度与过冷度(温度存在极大值;长程扩散时,长大速度与扩散系数和母相的浓度梯度成正比,与相界面处两相的浓度差呈反比。 5、相变速率 相变速率满足Johnson-Mehl方程或Avrami经验方程。相变之初和相变结束其,相变速率最小,转变量约50%时,相变速度最大。扩散型相变的动力学曲线呈“C”形。是由驱动力和扩散两个矛盾因素共同决定的。 6、C曲线 “C”曲线建立的原理:一定外界条件下,只要发生了相变,宏观上就能检测出某种变化(组织,结构,性能等,确定该条件下这种变化与新相转变量的关系。相变进行的难以程度决定“C”曲线的位置。“C”曲线可分为六种类型,影响“C”曲线的因素有:化学成分,奥氏体化条件和奥氏体晶粒尺寸,原始组织及外界能量(塑性变形等。凡是使过冷奥氏体稳定的因素均使“C”曲线右移(右移,说明相变所需要的临界冷却速率越小,相变越容易。连续冷却时,“C”曲线“滞后”,即向右下方向漂移。 7、用TTT曲线和CCT曲线判断组织组成的原则。 只要过冷奥氏体经过或停留在那个区,就转变为该区对应的组织。过冷奥氏体全部转变完后,再经过任何区域都不会发现任何变化,是其自然冷却。冷速越快,硬度越高。冷速超过某临界值时(临界冷却速度,过冷奥氏体全部转变成马氏体。
第2篇热处理原理及工艺 第7章钢的热处理 教学目标： 搞清奥氏体、珠光体、贝氏体、马氏体等基本概念； 掌握共析分解、马氏体相变、贝氏体相变基本知识; 掌握相变产物的形貌和物理本质。 第8章金属固态相变原理 §8 钢的热处理 一、热处理的作用 机床、汽车、摩托车、火车、矿山、石油、化工、航空、航天等各行各业用的大量零部件需要通过热处理工艺改善其性能。 拒初步统计，在机床制造中，约60%~70%的零件要经过热处理；在汽车、拖拉机制造中，需要热处理的零件多达70%~80%，而工模具及滚动轴承，则要100%进行热处理。 总之，凡重要的零件都必须进行适当的热处理才能投入使用。 热处理的定义：将固态金属或合金在一定介质中加热、保温和冷却，以改变材料整体或表面组织，从而获得所需组织和性能的工艺过程。 热处理三大要素：加热、保温和冷却 通过以上三个环节，材料的内部组织发生了变化，因而性能也发生变化。
例如：碳素工具钢T8在市场购回的是球化退火的材料其硬度仅为20HRC，作为工具需经淬火并低温回火使硬度提高到60～63HRC，这是因为内部组织由淬火之前的粒状珠光体转变为淬火+低温回火的回火马氏体。 同一种材料，热处理工艺不一样其性能差别很大，导致性能差别如此大的原因是不同的热处理后内部组织截然不同。 表8-1 45号钢经不同热处理后的性能(试样直径15mm) 热处理工艺的选择要根据材料的成分来确定。材料内部组织的变化依赖于材料热处理和其他热加工工艺，材料性能的变化又取决于材料的内部组织变化。 所以，材料成分－加工工艺－组织结构－材料性能这四者相互依成的关系贯穿在材料制备的全过程之中。 我们的任务就是要了解和掌握其中的规律性。 二、热处理的基本要素 如上所述，热处理工艺中有三大基本要素：加热、保温、冷却。这三大基本要素决定了材料热处理后的组织和性能。 1、加热 按加热温度的高低，加热分为两种：一种是在临界点A1以下加热，此时一般不发生相变；另一种是在A1以上加热，目的是为了获得均匀的奥氏体组织，这一过程称为奥氏体化。
一般论文模板 （小2号黑体，居中，数字外文加黑，一般20字内） XXX 1,3，XXX 2，XXX 1(4号仿体，居中) (1.北京科技大学材料学系, 北京 100083; 2.内蒙古科技大学材料工程学院, 内蒙古 包头 014010; 3.新金属 材料国家重点实验室, 北京 100083)（5号宋体，居中） （全文汉字用“宋体”，数字、符号及英文字母用“Times New Roman ”字体，公式中的符号或字母表示为变量的用斜体，常量用正体表示。正文用5号宋体，数字和 单位之间需要空半格。） 摘 要: 观察并研究了…。用Frank-Read 强化理论分析……。结果表明……。（文字应简明扼要，表达清楚，应避免含混不清和一般性叙述，避免难以理解的长句。一般不超过300字）小5号宋体 关键词: 结构钢；析出相；时效强化（关键词3～6个，用小5号宋体） Ageing strengthening effect of precipitates containing copper in structural steels (首个单词首字母大写，其余均小写，4号黑正，居中) XXX Xxx-xxx 1,3 , XXX Xxx-xxx 2, XXX Xxx-xxx 1 （5号罗马字体，居中） (1. Department of Materials; University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China; 2.…… 3. ……) （5号罗马字体，居中） Abstract : 英文摘要(一般不超过150字)包括目的(Purposes)，主要的研究过程(Procedures)及所采用的方法(Methods)，由此得到的主要结果(Results)和得出的重要结论(Conclusions)。用过去时态叙述作者的工作和研究方法，用现在时态叙述结论 Key words : (3~5个）（小5号罗马字体） 1 写作格式（一级标题用4号仿体） 正文内容不少于2500字，总字数一般不超过6 000字(4页)。用Microsoft Word 软件编排，按照本模版排版，并将论文的Word 文件发送到liqincao@https://www.doczj.com/doc/f316020141.html, 。 1.1题名项（二级标题用5号黑体）： 1.1.1 （三级标题只是数字黑体） 1.2摘 要：概括文章的主要内容(100~200字，应含目的、方法、结果、结论)； 1.3关键词：3～5个； 1.4基金项目：请注明基金名称及批准号。 1.5正文：一般包括引言、原理、方法、结果、讨论、结论。每部分可加分标题，一级标题用1, 2，……排序；二级标题用1.1, 1.2,……排序；三级标题类推。 1.6计量单位：一律采用法定计量单位。部分常见写作格式举例：10 ~ 80 nm ；3.2%~3.2%；3 mm ×3 mm ×3 mm ；650～1 100 ℃；40，80，120和160 ℃。 1.7插图：按宽度170 mm 的1，1/2，1/4倍尺寸插入文中。 1.8参考文献：择已公开发表的近期文献。采用顺序编码制，书写范例见文末。 1.9英文摘要： 与中文摘要相对应。 2排版规范 2.1 公式 请用Word 自带公式编辑器或 Equation 排版。凡变量均用斜体，物理量简称均用正体（不论上下角）。如： ()()()[]22112 0he /I μP i i i i ?-+-?-??=ln πc (1)