第一章金属固态相变

第1章金属固态相变概论1.1金属固态相变的主要类型1.2金属固态相变的分类1.3金属固态相变的主要特点1.4固态相变的形核1.5固态相变时的晶核长大1.6固态相变动力学1.1金属固态相变的主要类型21ααα+→一、平衡转变61.同素异构体转变和多晶型转变62.平衡脱溶转变6共析转变6包析转变6调幅分解6有序化转变1.1金属固态相变的主要类型二、不平衡转变6伪共析转变6马氏体转变6块状转变6贝氏体转变6不平衡脱溶沉淀（时效）固态相变包括三个基本变化6晶体结构的变化：如同素异构转变、多晶型转变、马氏体相变；6化学成分的变化：调幅分解，只有成分转变而无相结构的变化；6有序程度的变化：如有序化转变，磁性转变、超导转变1.2金属固态相变的分类按热力学分类6平衡转变：缓慢加热或冷却同素异构、共析转变、调幅分解等6不平衡转变：快速加热或冷却伪共析转变、M转变、B转变等按动力学分类（依据原子运动的情况）6扩散型：脱溶沉淀、共析转变、有序化、块状转变、同素异构转变6非扩散型：M转变1.3金属固态相变的主要特点基本特点：È固态相变阻力大È原子迁移率低È非均匀形核派生特点：È低温相变时出现亚稳相È新相有特定形状È相界面È位向关系È存在惯习面新相有特定形状析出物的形状由相变中比体积（比容差）应变能和界面能的共同作用。

新相与母相保持弹性联系时，相同体积的晶核比较，新相呈片状的比体积应变能最小，针状次之，球状最大。

若过冷度很大，r*很小，界面能居主要地位，两相间易形成共格或半共格界面以降低表面能，同时应变能的降低使新相倾向于形成盘状（或薄片状）若过冷度很小时，r*较大，界面能居次要地位，两相间易形成非共格界面以降低应变能，若两相比容差很小，新相倾向于形成球状以降低界面能；若两相比容差较大，则倾向于形成针状以兼顾界面能和应变能相界面界面能居中界面能最小界面能最大位向关系为了减少界面能，新相与母相之间往往存在一定的晶体学关系，它们常以原子密度大而彼此匹配较好的低指数晶面相互平行来保持这种位向关系。

第一章金属固态相变基础一、金属固态相变的主要类型1、按相变过程中原子的运动特点分类1）扩散型相变：相变依靠原子或离子的扩散来进行，如温度足够高，可以改变相的成分。

如钢中的加热相变、珠光体相变等。

2) 非扩散型相变：相变过程中原子或离子不发生扩散，低温下发生，原子或离子仅作有规则的迁移以使点阵发生改组，相对移动距离不超过原子间距。

如马氏体相变2、按平衡状态分类1）平衡相变：在缓慢加热或冷却时所发生的能获得符合平衡相图的平衡组织的相变。

2）非平衡相变：若加热或冷却速度很快，上述平衡相变将被抑制，固态材料可能发生某些平衡相图上不能反映的转变并获得被称为不平衡或亚稳态的组织。

3、按热力学分类1）一级相变：相变时新旧两相的化学势相等，但化学势的一级偏微商不等的相变。

2）二级相变：相变时新旧两相的化学势相等，且化学势的一级偏微商也相等，但化学势的二级偏微商不等的相变。

二、金属固态相变的基本特征固态相变与固-液相变的异同点：（P4 P6）同：金属固态相变与液态金属结晶（液-固相变）一样，其相变驱动力也来自新相与母相的自由能差，也通过形核与长大两个过程完成。

异：a、固态相变时，母相和新相均为固相，故其界面与固/液界面不同b、固态相变的阻力由界面能和弹性应变能构成，与液态金属的结晶相比，固态相变的阻力由于增加了弹性应变能这一项而变大。

c、与液态金属不同，固态金属中存在各种晶体缺陷，如：位错、空位、晶界或亚晶界。

界面和界面能界面能：是在恒温恒压条件下，增加单位界面体系内能的增量。

（非共格晶面＞半共格晶面＞共格晶面）弹性应变能：非共格晶面＜半共格晶面＜共格晶面共格界面：是指界面两侧的两个相的原子能一一对应，相互保持匹配。

半共格界面：指由于界面两侧的院子间距不同，故在界面上只有部分院子能够依靠弹性畸变保持匹配，在不能匹配的位置将形成刃型位错。

非共格界面：指由于两相的原子间距差别太大，在界面上两侧原子不能保持匹配。

三、固态相变中的形核绝大多数金属固态相变是通过形核和长大过程完成的核胚：行核过程中往往先在母相中某些微小区域内形成新相的结构和成份晶核：当核胚尺寸超过一定值时，并能稳定存在并自发长大，成为新相的晶核晶核的行核功：均匀行核自由能变化有极大值存在，此时的核胚半径成为临界晶核半径，对应的自由能称为晶核的行核功位错通过什么方式促进形核1）微错周围的点阵畸变能可以降低核坯的总应变能而减小ε项，从而减小形核功ΔG*。

第一章金属固态相变的基本规律1.固态相变：指在金属陶瓷等固态材料中，当温度或压力改变时，内部组织或结构发生变化，即由一种相状态转变为另一种相状态。

2.平衡转变：在极为缓慢的加热或者冷却条件下形成符合状态图的平衡组织的相得转变。

3.非平衡转变：在非平衡加热或冷却的条件喜爱，平衡转变受到抑制，将发生平衡图上不能反映的转变类型，获得不平衡组织或平稳状态的组织。

4.纯金属的同素异构转变：纯金属在温度压力改变时，由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的过程。

5.多形性转变：固溶体的同素异构转变。

6.共析转变：冷却时，固溶体同时析出分解为两个不同成分和结构的相的固态相变。

7.包析转变：冷却时，由俩个固相合并转变为一个固相的固态相变过程。

8.钢种的马氏体相变：将A以较大的冷却速度过冷到低温区，替代原子难以扩散，则A以无扩散方式发生转变，即在Ms点以下进行的马氏体转变，即称为马氏体转变。

9.平衡脱溶：在高温相中固溶了一定量合金元素，当温度降低时，溶解度下降，在缓慢冷却的条件下，过饱和固溶体将析出新相的过程。

10.非平衡脱溶：合金固溶体在高温下溶入了较多的合金元素，在快速冷却条件下，固溶体中来不及析出新相，一直冷却到较低温度下，得到过饱和固溶体的过程。

11.按原子迁移特征分为：（1）扩散型相变：原子的迁移造成原有原子的邻居关系的破坏。

①界面控制扩散型相变②体扩散控制扩散型相变；（2）原子的迁移没有破坏原有原子的邻居关系，原子位移不超过原子间距。

12.按热力学分：（1）一级相变：在相变温度下，两相得自由焓及化学位均相等，但是化学位一级偏导数不等；（2）二级相变：相变时，化学位的一级偏导数相等，但是二级偏导数不等。

13.相变的驱动力和阻力：相变过程驱动力阻力热力学条件相结晶成固相△G相变=G固-G液新相表面能△G表驱动力>阻力固态相变△G相变=G新-G旧△G界面+△G畸变14.界面能△G界面：由结构界面能和化学界面能组成：（1）δSt结构界面能：由于界面处的原子键合被切断或被削弱，引起了势能的升高而形成的界面能：（2）δCh化学界面能：由于原子的结合键与两相内部原子键合的差别而导致的界面能量的升高。

热处理各章习题————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期:ﻩ第一章金属固态相变概论1、名词解释固态相变平衡转变惯习面取向关系2、填空题1) 理论是施行金属热处理的理论依据和实践基础。

2)固态金属发生的平衡转变主要有。

3)固态金属发生的非平衡转变主要有。

４)金属固态相变的类型很多，但就相变的实质来说,其变化不外乎以下三个方面:①；②;③。

5)相变时，(举一种）只有结构上变化; 只有成分上的变化；只有有序化程度的变化；（举一种)兼有结构和成分的变化。

6)根据界面上两相原子在晶体学上匹配程度的不同，可分为等三类。

7）一般说来，当新相与母相间为界面时，两相之间必然存在一定的晶体学取向关系;若两相间无一定的取向关系，则其界面必定为界面。

3、金属固态相变有哪些主要特征？哪些因素构成相变阻力?哪些因素构成相变驱动力?第二章钢的加热转变1、名词解释奥氏体相变临界点(Aｃ1,Ａc3,Acｃm,Ar1，Ａr3,Aｒcｍ) 晶粒度起始晶粒度本质晶粒度实际晶粒度2、填空题1)、奥氏体的形成遵循相变的一般规律,即包括和两个基本过程。

2）、晶粒长大是一个自发进行的过程,因为3)、晶粒长大的驱动力是。

4)、影响奥氏体晶粒长大的因素主要有。

5)．大多数热处理工艺都需要将钢件加热到以上。

6）．奥氏体是碳溶于所形成的固溶体。

８)．奥氏体晶粒度有三种: 晶粒度、晶粒度、晶粒度。

9).在相同加热条件下，珠光体的片层间距越小,则奥氏体化的速度。

3、选择题（１) 奥氏体是碳溶解在__________中的间隙固溶体.(a)γ－Fｅ (b）α-Fｅ（c)Ｆe (d)立方晶系（2) 奥氏体形成的热力学条件为奥氏体的自由能_＿_＿_＿珠光体的自由能.(a）小于 (b)等于(c）大于（d)小于等于(３) 奥氏体核的长大是依靠_＿＿_的扩散，奥氏体(A)两侧界面向铁素体(Ｆ）及渗碳体(C）推移来进行的.(ａ)铁原子（b）碳原子 (c）铁碳原子（d)溶质原子(4) 渗碳体转变结束后, 奥氏体中碳浓度不均匀, 要继续保温通过碳扩散可以使奥氏体____.(ａ）长大（ｂ）转变(c）均匀化 (d) 溶解(5) 奥氏体的长大速度随温度升高而_＿_＿.(a）减小(ｂ) 不变(c) 增大 (ｄ) 无规律(６) 连续加热的奥氏体转变温度与加热速度有关.加热速度逾大, 转变温度___＿，转变温度范围越小, 奥氏体_＿_．(a)愈低, 愈均匀(ｂ)愈高，愈不均匀(c)愈低，愈不均匀 (d）愈高, 愈均匀(7) 加热转变终了时所得A晶粒度为_____.（ａ)实际晶粒度 (b)本质晶粒度 (c)加热晶粒度 (ｄ）.起始晶粒度（8）奥氏体晶粒半径逾小, 长大驱动力_＿_（ａ)愈大 (b)不变 (c）逾小 (d)无规律4、奥氏体晶核优先在什么地方形成？为什么?5、以共析钢(P组织）为例,说明加热转变中奥氏体的形成机理，并画出A等温形成动力学图。