第九章 金属固态相变

金属固态相变原理
金属固态相变原理是指金属在一定条件下从一种晶体结构转变为另一种晶体结构的现象。

金属固态相变是金属材料性质变化的根本原因，对于金属材料的微结构和力学性能具有重要影响。

金属固态相变通常发生在固态下的高温和高压条件下。

当金属的温度或压力发生变化，原子间的相互作用力也会发生变化，从而引起晶体结构的转变。

金属固态相变的过程中，原子重新排列形成新的晶体结构，相应地，金属材料的物理性质和力学性能也会发生改变。

金属固态相变的原理是基于金属的晶体结构和原子间的排列方式。

金属材料的晶体结构可以分为多种不同的形态，包括体心立方结构、面心立方结构、六方最密堆积结构等。

不同的晶体结构具有不同的密堆积方式和原子排列方式，决定了金属材料的力学性能和物理性质。

金属固态相变的原理还涉及到金属的晶格畸变和原子扩散。

晶格畸变是指金属晶体结构在相变过程中的形变和畸变现象，它可以影响金属材料的晶体结构稳定性和力学性能。

原子扩散是指金属内部原子的迁移和重新排列的过程，是金属固态相变发生的基础。

总之，金属固态相变原理是基于金属材料的晶体结构和原子间的相互作用力，通过改变材料的温度、压力和其他外界条件，使金属发生晶体结构的转变，进而影响金属材料的物理性质和
力学性能。

这一原理对于金属材料的研究和应用具有重要的意义。

一．问答题1.金属固态相变时，新相与母相的界面可以形成那几种类型？共格界面，半共格界面，非共格界面2.临界形核功的大小对新相形核有何影响？主要影响因素有那些？临界形核功越大越难形核，越小越容易形核。

均匀形核△G= —△Gv+△Gs+△Ge，非均匀形核△G= —△gvV+oS+EV—△Gd3.什么事奥氏体的实际晶粒度和本质晶粒度，有何差异？本质晶粒度：根据标准实验条件，在930±10°C，在保温足够时间（3-8小时）后测定的钢种奥氏体晶粒的大小。

实际晶粒度：指奥氏体晶粒长大到冷却转变开始时所得到的实际晶粒尺寸。

本质晶粒度表征了某种钢晶粒长大的趋势，一般材料定，本质晶粒度也定。

而实际晶粒度是指实际热处理规程中所得到的奥氏体的大小，和材料加热规程等多种因素有关4.什么事组织遗传，产生原因，如何预防？原始组织为马氏体或贝氏体的钢在加热转变时使原来粗大奥氏体晶粒恢复原状的现象称为组织遗传。

组织遗传首先与原始组织有关，有一种观点认为快速加热时所发生的是逆变，即通过马氏体转变为奥氏体，使原奥氏体组织得到完全恢复。

另一种观点认为存在于板条马氏体边缘的残余奥氏体起了作用。

预淬火后先进行一次回火，则再次快速加热时将不出现组织遗传。

5.珠光体有哪两种组织形态，形成过程有何区别？珠光体分为片状和粒状珠光体两种。

奥氏体晶界上形成渗碳体晶核，形核长大时将从周围奥氏体中吸取碳原子而使周围出现贫碳奥氏体区，在贫碳奥氏体区中将形成铁素体核，同样铁素体核也最容易在渗碳体两侧的奥氏体晶界上形成。

在渗碳体两侧形成铁素体核以后，已经形成的铁素体片就不可能再向两侧长大，而只能向纵向发展，长成片状。

在奥氏体境界形成的渗碳体晶核向晶内长大将形成片状珠光体。

在奥氏体晶粒内形成的渗碳体核向四周长大将形成粒状珠光体。

6.什么是淬火钢的回火脆性（回火脆性的现象，类型，产生原因）？淬火钢在某些温度区间回火产生的脆性称为回火脆性。

现象：随回火温度的升高，强度和硬度的降低，钢的冲击韧度并不总是单调上升，而是在300-350度之间以及450-650度之间出现两个低谷，在这两个温度范围内回火，虽然硬度有所下降，但冲击韧性并不提高，反而显著下降。

1.固态相变：固态金属在一定压力温度下，内部组织结构发生改变的现象。

2.金属固态相变：固态金属及合金在温度压力改变时，内部相结构发生相互转变的现象3.过冷奥氏体：临界点以下存在的将要发生转变的不稳定的奥氏体4.惯习面：马氏体转变时，新相和母相保持一定的位相关系，马氏体在母相的一定晶面上开始形成，此晶面称为惯习面5，滑移：在切应力作用下，警惕的两部分沿一定的晶面和晶向发生相对运动的滑动6.滑移系：晶体中一个滑移面和其上的一个滑移方向的组合称为滑移系7回复：形变金属加热时，在新晶粒出现之前，某些物理，化学性能及亚结构发生变化的过程8.再结晶：经冷变形有很大畸变的金属，加热到一定温度产生一些无畸变的小晶粒并不断长大，直到由无畸变晶粒所取代的过程9冷加工：是指在结晶温度以下，并且无加热的加工，10.热加工：是指在结晶温度以上的不发生加工硬化的加工11固溶处理：将钢或合金加热到一定的温度，使碳或合金元素溶入固溶体中，然后以较快的速度冷却下来，得到过饱和状态的固溶体或过饱和的新相12.时效：脱溶将引起组织，性能，内应力的改变等，这种热处理工艺称为13.脱溶：经过固溶处理而得到的固溶体或新相大多是亚稳的，在室温保持一段时间或者加热到一定温度，过饱和相将脱溶，析出沉淀相，故称为脱溶14.回火脆性：有些钢在某些温度区间回火，可能出现韧性显著降低1.固态相变的驱动力是什么？答案：那些因素构成相变的阻力：：相变驱动力是两相自由焓之差相变阻力是由界面能和畸变能组成2.晶体缺陷对固态相变形核有何影响？答案：a固相界面有现成的一部分，因而只需部分重建b原缺陷能可以贡献给形核功，形核功变小c界面处扩散速率比晶内快得多d相变引起的应变能可较快的通过晶界流变而松弛d溶质原子易于偏聚在晶界处，有利于提高形核率3.说明共析钢奥氏体的形成过程，为什么铁素体先消失部分渗碳体未溶解完毕。

答案：a 奥氏体在晶界处的形核阶段b奥氏体核长大阶段c剩余渗碳体的溶解阶段d奥氏体的成分均匀化阶段各阶段产生的原因：奥氏体分别向铁素体和渗碳体两界面推移；奥氏体向铁素体界面的推移速度要大于向铁素体界面推移的速度，因此造成铁素体先消失。

金属固态相变知识点总结一、金属固态相变概述金属的固态相变是指金属在固态下由于温度、压力等外部条件的变化而发生的结构变化。

金属的固态相变具有一定的规律性，可以通过实验和理论研究来预测和解释金属相变过程中的行为。

金属固态相变对于金属材料的性能和应用具有重要的影响，因此对金属固态相变进行深入的研究具有重要的意义。

二、金属固态相变类型1. 多种金属的固态相变类型金属的固态相变包括晶格变化、相变温度、相变形式等不同的类型，主要有以下几种类型：(1) α-β型固溶体相变α-β型固溶体相变是金属合金中比较常见的相变类型，指的是在金属合金中存在两种不同的固溶体相，分别为α相和β相。

这种相变类型在许多重要的金属合金中都有出现，如Fe-C合金、Ni-Cr合金等。

(2) 费氏体相变费氏体相变是一种典型的金属固态相变类型，指的是金属在一定温度下发生由奥氏体相向费氏体相转变的过程。

这种相变类型在一些铁素体不锈钢中尤为常见。

(3) 莫尔铂相变莫尔铂相变是一种金属固态相变类型，指的是金属在相变过程中由六方最密堆积（HCP）结构向立方最密堆积（FCC）结构的转变。

这种相变类型在一些贵金属合金中具有重要作用。

2. 典型金属的固态相变不同的金属在固态下的相变类型也有所不同，下面以常见的几种金属为例进行介绍：(1) 铁素体不锈钢的固态相变铁素体不锈钢是一种重要的金属材料，其固态相变主要包括奥氏体到费氏体的相变，以及费氏体到马氏体的相变。

这些相变在不锈钢的应用性能中具有重要的影响。

(2) 铝合金的固态相变铝合金是一种广泛应用的金属材料，其固态相变主要包括固溶体相变和析出相变。

这些相变对于铝合金的强度和耐腐蚀性能具有重要的影响。

(3) 镍基高温合金的固态相变镍基高温合金是一种用途广泛的高温合金，其固态相变主要包括γ'-γ''转变、析出相变等。

这些相变对于高温合金的高温强度和高温抗氧化性能具有重要的影响。

三、金属固态相变的影响因素金属的固态相变受到多种因素的影响，主要包括温度、压力、合金元素、晶体结构等因素。

金属固态相变一、概论1.基本概念相：金属或合金中结构相同、成分和性能均一并以界面相互分开的组成部分。

固态相变：固态金属或合金中固态相之间的转变。

2.分类：（1）转变条件：平衡转变：同素异构转变、多形性转变、共析转变、包析转变、平衡脱溶沉淀、调幅分解、有序化转变。

非平衡转变：伪共析转变、马氏体转变、贝氏体转变、不平衡脱溶沉淀、块状转变。

（2）原子迁移特征：扩散型相变、无扩散型相变。

（3）热力学：一级相变、二级相变。

（4）相变方式：形核-长大型相变、无核相变。

3.特点（1）根据新相和母相原子在相界面上的晶体学匹配程度，形成具有晶体学特征的相界面。

基本条件：两相晶体结构相同，点阵常数相等或者两相晶体结构和点阵常数有差异，但在某一组特定的晶体学平面可使两相原子之间产生完全匹配。

共格晶面：界面上原子所占位置恰好是两相点阵的共有结点位置，两相在界面上的原子可以一对一地相互匹配。

δ<0.05。

第一类共格（正应变），第二类共格（切应变）。

界面能最小，应变能最大。

半共格晶面：在界面上两相原子部分保持匹配。

0.05<δ<0.25。

非共格晶面：两相界面处的原子排列差异很大，即错配度大，其原子连半共格关系也不能维持。

δ>0.25。

界面能最大，应变能最小。

错配度：两相界面上原子间距的相对差值。

δ=Δa/a（2）弹性应变能和界面能一起成为相变阻力。

弹性应变能：①共格应变能：固态相变时新相与母相界面上的原子由于要强制地实行匹配，以建立共格或半共格联系，在界面附近区域将产生应变能。

（共格最大，半共格次之，非共格为0。

）。

②比体积差应变能：由于新相和母相的比体积不同，新相形成时的体积变化将受到周围母相的约束而产生的弹性应变能。

（圆盘状最小，针状次之，球状最大。

）。

界面能：①界面上原子排列的不规则性造成能量的增加。

②新旧两相化学成分的改变引起的化学能改变。

（3）原子的迁移率低。

10-12-10-11cm·s-1。

金属固态相变的主要特点金属固态相变是指金属在温度或压力变化下发生的物态转变。

相变是物质由一种物态转变为另一种物态的过程，其中固态相变是指物质从固态转变为其他物态的过程。

金属固态相变具有以下主要特点：1. 温度和压力的影响：金属固态相变通常受到温度和压力的共同影响。

随着温度的升高或压力的增加，金属的晶体结构和原子排列方式发生变化，从而导致相变的发生。

2. 结构转变：金属固态相变中，金属的晶体结构会发生变化。

金属晶体结构可以分为多种类型，如面心立方结构、体心立方结构和六方最密堆积结构等。

相变时，金属晶体结构的类型可能发生改变，从而导致其他性质的变化。

3. 形态变化：金属固态相变还会导致金属的形态发生变化。

例如，金属在相变过程中可能出现晶体的生长、晶界的移动、晶粒的合并或分裂等现象。

这些形态的变化会影响金属的力学性能和微观结构。

4. 热力学性质变化：金属固态相变会引起金属的热力学性质变化。

例如，相变可能导致金属的热导率、电导率、热膨胀系数等物理性质的变化。

这些性质的变化与金属的晶体结构和原子排列方式有关。

5. 相变温度和相变范围：金属固态相变有一定的相变温度和相变范围。

相变温度是指金属从一种晶体结构转变为另一种晶体结构的温度点，而相变范围是指在相变温度附近金属可以存在的温度范围。

不同金属的相变温度和相变范围各不相同。

6. 相变速率：金属固态相变的速率取决于温度、压力、晶体结构和金属的化学成分等因素。

相变速率较快的金属相变过程称为快速相变，而相变速率较慢的金属相变过程称为慢速相变。

7. 相变过程的可逆性：金属固态相变通常是可逆的，即金属可以在相反的条件下恢复到原来的相态。

例如，当金属从高温相变为低温相时，如果温度重新升高到相变温度以上，金属会再次发生相变，恢复到高温相。

总的来说，金属固态相变是金属在温度和压力变化下发生的物态转变过程，具有结构转变、形态变化、热力学性质变化等特点。

金属固态相变的研究对于理解金属的微观结构和性能变化具有重要意义，也有助于金属材料的设计和应用。

金属固态相变原理金属固态相变是指金属在温度、压力等条件下发生晶体结构和性质的变化。

金属固态相变原理是金属材料学中的重要内容，对于理解金属材料的性能和应用具有重要意义。

首先，我们来看一下金属固态相变的分类。

金属固态相变可以分为两类，一类是在固态下发生的晶体结构的变化，另一类是在固态下发生的晶体结构和相的变化。

晶体结构的变化包括晶格参数、晶胞体积和晶体形态的变化，而晶体结构和相的变化则包括晶体结构和晶体相的变化。

其次，金属固态相变的原理在于金属原子在不同温度、压力等条件下的排列方式发生变化。

金属原子在晶体中的排列方式决定了金属的性能和行为。

当金属原子的排列方式发生变化时，金属的性能和行为也会发生相应的变化。

因此，了解金属固态相变的原理对于控制金属材料的性能具有重要意义。

金属固态相变的原理还涉及到热力学和动力学的知识。

热力学是研究热平衡状态和热平衡过程的科学，而动力学是研究物体运动规律的科学。

金属固态相变的原理可以通过热力学和动力学的知识来解释和理解。

热力学可以揭示金属固态相变的原因和条件，而动力学可以揭示金属固态相变的过程和速率。

金属固态相变的原理对于金属材料的加工、热处理和应用具有重要意义。

通过控制金属固态相变的条件和过程，可以改变金属材料的结构和性能，从而实现对金属材料的调控和优化。

金属固态相变的原理也为金属材料的设计和制备提供了重要的理论基础。

总之，金属固态相变原理是金属材料学中的重要内容，对于理解金属材料的性能和应用具有重要意义。

通过深入研究金属固态相变的原理，可以更好地掌握金属材料的性能调控和应用技术，从而推动金属材料领域的发展和进步。

金属固态相变的特征引言：金属是一类常见的材料，其固态相变是指在一定条件下，金属由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的过程。

金属固态相变具有许多独特的特征，本文将从晶格结构、原子运动和宏观性质三个方面来探讨金属固态相变的特征。

一、晶格结构变化金属的固态相变通常伴随着晶格结构的变化。

晶格是金属内部排列有序的原子阵列，不同的晶格结构决定了金属的性质。

金属固态相变中，晶格结构发生变化，常见的相变类型有铁素体相变、奥氏体相变和马氏体相变等。

不同的相变类型对应着不同的晶格结构，如面心立方结构、体心立方结构和六方最密堆积结构等。

晶格结构的变化直接影响了金属的力学性能、导电性能和磁性等性质。

二、原子运动特征金属固态相变中，原子的运动是相变发生的基础。

在金属的相变过程中，原子会发生位移、交换或重新排列等运动。

例如在铁素体相变中，铁原子的位置会从面心立方结构变为体心立方结构，原子发生了位移和重新排列。

此外，金属固态相变的过程中，原子间的键合也会发生改变。

原子运动的特征直接影响了金属的热膨胀性、热导率和硬度等性质。

三、宏观性质变化金属固态相变引起了金属的宏观性质变化。

金属的固态相变通常伴随着热学性质和力学性质的变化。

例如，在铁素体相变中，金属的磁性会发生明显变化，从铁磁性转变为顺磁性。

此外，金属的热膨胀性、热导率和电阻率等热学性质也会随着相变发生变化。

另外，金属相变还会对金属的力学性能产生影响，如硬度和韧性等。

金属固态相变的特征不仅与金属的性质有关，也与相变过程的条件有关。

金属的固态相变通常需要一定的温度和压力条件，不同的温度和压力条件下，金属的相变行为也会有所不同。

此外，金属的化学成分也会对固态相变产生影响，不同的化学成分会导致金属的相变温度发生变化。

总结：金属固态相变是金属由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的过程，具有晶格结构变化、原子运动特征和宏观性质变化等特征。

金属固态相变的特征与金属的性质、相变过程的条件和化学成分有关。