固态相变原理与应用

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。

固态相变知识点总结相变是物质在温度、压强或其他外部条件改变时，从一种物态转变为另一种物态的现象。

固态相变是指物质从固态状态转变到其他固态状态的过程，通常包括晶体-晶体相变和晶体-非晶相变，以及液晶-固体相变等。

固态相变是材料科学和固态物理领域的重要研究课题，掌握固态相变的基本原理和规律对于材料设计、制备和性能改进具有重要意义。

本文将从固态相变的基本概念、分类和特征等方面进行总结，并通过实例来说明固态相变的重要意义和应用。

一、固态相变的基本概念1. 固态相变是指物质在固态状态下由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的过程。

固态相变是晶体学和固态物理学的重要研究课题，可以帮助我们深入了解物质的内部结构和性质。

2. 固态相变的基本特征包括晶格结构的改变、原子位置的重新排列、晶体的晶界和缺陷等。

固态相变通常伴随着能量的吸收或释放，使得固态物质的性能和特性发生变化。

3. 固态相变的驱动力包括温度、压强、外界场等，这些外部条件的改变可以引起晶体结构和性质的改变，从而产生相变现象。

4. 固态相变可以分为等温相变和非等温相变两种类型。

等温相变指的是在恒定温度下发生的相变过程，例如固态合金的热处理过程；非等温相变指的是在变化温度下发生的相变过程，例如冰的熔化过程。

二、固态相变的分类根据相变过程中晶体结构的改变和外部条件的影响，固态相变可以分为以下几种类型：1. 晶体-晶体相变：指的是物质在固态状态下由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的过程。

晶体-晶体相变通常伴随着晶粒形状、大小和取向的变化，对材料的组织结构和性能产生重要影响。

2. 晶体-非晶相变：指的是物质在固态状态下由晶体结构转变为非晶结构的过程。

晶体-非晶相变可以发生在非晶态金属、非晶态合金和非晶态陶瓷等材料中，对于提高材料的强度、硬度和耐腐蚀性具有重要意义。

3. 液晶-固体相变：指的是液晶分子在固态基体中发生有序排列的过程。

液晶-固体相变广泛应用于液晶显示器、液晶材料和光学器件等领域。

实验一 奥氏体的组织观察及奥氏体晶粒度测定一、 实验目的1.了解显示奥氏体晶粒的腐蚀方法；2.掌握奥氏体的典型组织特征及亚结构；3.研究加热温度对奥氏体晶粒的影响；4.应用软件测定奥氏体的晶粒度。

二、 实验原理钢加热到相变温度（临界点Ac1、Ac3、Accm ）以上形成奥氏体组织。

奥氏体是碳在γ-Fe 中的间隙固溶体，具有面心立方结构。

溶Ｃ的位置主要是在八面体的晶格中心及棱边中点。

由于体积因素的限制，碳在γ-Fe 中的最大固溶度只有2.11%（重量）。

奥氏体的面心立方结构使其具有高的塑性和低得屈服强度，在相变过程中容易发生塑性变形，产生大量的位错或出现孪晶，从而造成相变硬化和随后的再结晶、高温下晶粒的反常细化以及低温下马氏体相变的一系列特点。

奥氏体的显微组织有两个特点：1）显微组织呈等轴多边形结构，且每三个晶粒的角度大致是120°，因为这样才能保证奥氏体处于能量最稳定的状态。

2）在奥氏体的组织中出现孪晶，主要是由于存在热应力导致相变过程中发生塑性变形的结果。

在铁碳合金中，奥氏体只在A 1温度以上才稳定，因此只有用高温显微镜才能观察图1 奥氏体的典型显微组织到它那等轴状的、并带有以{111}面为孪生面的孪晶晶粒组织。

但如果加入足够的合金元素，如锰、镍、钴等元素，会大大的扩大γ相区，可以使奥氏体在室温下稳定，因此对于某些合金钢，在常温下就可以直接观察到奥氏体的组织结构。

奥氏体的成分和晶粒大小对于它向其它组织转变得动力学影响很大，从而对钢的性能也有很大的影响。

奥氏体是在加热过程中形成的，因此钢的成分、加热温度和保温时间不同，从而会造成加热转变后的奥氏体晶粒大小有所差别，从而对材料的性能产生重要的影响。

因此了解奥氏体晶粒大小的控制是一个非常重要的内容。

三、实验内容及步骤本次实验旨在观察奥氏体组织的典型结构特征，了解奥氏体晶粒大小对于材料性能的影响。

1）制备试样根据实验条件和实验要求，选用1~2种钢材按标准制备和腐蚀试样。