金属固态相变整理

3. 晶界促进形核 具有高能量的大晶界可以释放界面能为形核提供相变 驱动力，以降低形核功。 驱动力，以降低形核功。 三、晶核长大 1. 长大机制 新相晶核的长大，实质是相界面向旧相迁移的过程。 新相晶核的长大，实质是相界面向旧相迁移的过程。 新旧相成分不同时： 新旧相成分不同时：晶核的长大依赖于溶质原子在旧 相中的长程扩散。 相中的长程扩散。
五、母相晶体缺陷促进相变 在母相晶体中的缺陷处，晶格畸变、自由能高， 在母相晶体中的缺陷处，晶格畸变、自由能高，促进形 核及相变。 核及相变。 六、易出现过渡相 固态相变阻力大， 直接转变困难， 固态相变阻力大 ， 直接转变困难 ， 往往先形成协调性 中间产物（过渡相） 中间产物（过渡相）。 母相→较不稳定的过渡相→较稳定的过渡相→ 母相→较不稳定的过渡相→较稳定的过渡相→稳定相
二、新相与母相界面上原子排列的匹配性 固态相变时， 固态相变时，新相与母相界面上原子排列越保持一定 的匹配性，越有利于相变阻力的降低。 的匹配性，越有利于相变阻力的降低。 固态相变产生的相界面根据两相原子在晶体学上匹配 程度不同可分为三种类型， 共格界面，半共格界面和 程度不同可分为三种类型，即共格界面，半共格界面和非 共格界面，如图9-1所示 所示。 共格界面，如图 所示。
3. 非共格界面 当界面处的原子排列差异很大， 原子匹配关系不能继 当界面处的原子排列差异很大 ， 续维持，形成非共格界面。 续维持，形成非共格界面。 一般认为， 小于 小于0.05时完全共格； δ大于 时完全共格； 大于 大于0.25时形成 一般认为，δ小于 时完全共格 时形成 非共格界面； 介于 介于0.05和 0.25之间时，形成半共格界面， 之间时， 非共格界面；δ介于 和 之间时 形成半共格界面， 它们的能量是不同的。 它们的能量是不同的。

固态相变By Dong大魔王固态相变：金属和陶瓷等固态材料在温度和压力改变时，其内部组织或结构会发生变化，即发生从一种状态到另一种状态的改变，这种转变称为固态相变。

按热力学分类：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熵不等的相变称为一级相变;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熵也相等，但化学势的二级偏微熵不相等的相变称为二级相变。

按平衡状态图分类：①平衡相变指在缓慢加热或冷却过程中所发生的能获得的符合平衡状态相图的平衡组织的相变。

主要有同素异构转变、多形性转变、平衡脱溶沉淀、共析相变、调幅分解、有序化转变。

②非平衡相变:伪共析相变、马氏体相变、贝氏体相变、非平衡脱溶相变按原子迁移情况分类：①扩散型相变：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称为扩散型相变。

基本特点是：相变过程中有原子扩散运动，相变速率受原子扩散速度所控制；新相和母相得成分往往不同；只有因新相和母相比容不同而引起的体积变化，没有宏观形状改变。

②非扩散型相变：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称为非扩散型相变。

一般特征是：存在由于均匀切变引起的宏观形状改变，可在预先制备的抛光试样表面上出现浮突现象；相变不需要通过扩散，新相和母相的化学成分相同；新相和母相之间存在一定的晶体学位向关系；某些材料发生非扩散相变时，相界面移动速度极快，可接近声速。

试述金属固态相变的主要特征①相界面：金属固态相变时，新相和母相的界面分为两种。

②位相关系：两相界面为共格或半共格时新相和母相之间必然有一定位相关系，两项之间没有位相关系则为非共格界面。

③惯习面：新相往往在母相一定晶面上形成，这个晶面称为惯习面。

④应变能：圆盘型粒子所导致的应变能最小，其次是针状，球状最大。

固态相变阻力包括界面能和应变能。

⑤晶体缺陷的影响：新相往往在缺陷处优先成核。

原子的扩散：收扩散控制的固态相变可以产生很大程度的过冷。

一、名词解释1.平衡相变：是指在缓慢加热或冷却时所发生的能获得符合平衡状态图的平衡组织的相变。

2.扩散：相邻原子相对移动距离超过一个原子间距，相邻原子的相对位置发生改变。

3.均匀形核：晶核在母相中无择优地任意均匀分布4.非均匀形核：晶核在母相中某些区域择优地不均匀分布5.惯习面：新相往往在母相一定的晶面上开始形成，这个晶面为惯习面6.共格界面：界面上的原子所占据的位置恰好是两相点阵共有的位置时，两相在界面上的原子可以一对一的相互匹配。

7.球化退火：使片状渗碳体球状化，获得球状p的热处理工艺。

8.派敦处理：使高碳钢获得细珠光体（索氏体）组织，再经过深度冷拔而获得高强度钢丝。

9.魏氏组织：工业上将具有片（针）状铁素体或渗碳体加珠光体的组织（消除：细化晶粒的正火、退火以及锻造）10.伪共析转变：过冷奥氏体将全部转变为珠光体型组织，但合金的成分并非共析成分，并且其中铁素体和渗碳体的相对含量也与共析成分珠光体不同，随奥氏体的碳含量变化而变化。

11.切变共格界面：Ms的形成是以切变方式进行的，且Ms和r之间的界面上的原子是共有的。

这种界面。

12.冷处理：若Ms点在室温以上，Mf点在室温以下，则淬火到室温时将保留相当残余r。

若继续冷却至室温以下，则残余r转变为M。

13.相变诱发塑性：金属及合金在相变过程中塑性增加，往往在低于母相屈服强度时即可发生塑性变形。

14.二次淬火：回火加热、保温过程中不发生分解，冷却时残余奥氏体转变为马氏体的现象。

15.回火抗力（抗回火性）：合金元素这种阻碍α相中碳含量降低和碳化物颗粒长大而使钢件保持高硬度、高强度的性质。

16.二次硬化：当马氏体中含有足够量的碳化物形成元素时，在500℃以上回火时将会析出细小的特殊碳化物，导致因回火温度升高，θ-碳化物粗化而软化的钢再度硬化。

17.回火脆性：随回火温度升高，冲击韧性反而下降的现象。

18.脱溶（沉淀）：从过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的过程，是一种扩散型相变。

非稳定相：若不存在这种能垒，则体系处 于非稳定态，这种状态是不稳定的，它一 定会转变为平衡态或亚稳态。
相变：在均匀一相或几个混合相内，出现
具有不同成分或不同结构（包括原子、离 子或电子的位臵或位向）或不同组织形态 或不同性质的相，称为相变。 固态相变：固态材料在温度和压力改变时 发生的相变。
1.1.2 金属固态相变的主要分类 1、按热力学分类:一级相变和二级相变
举例：
马氏体总是在奥氏体{111} 晶面上形成， 则{111}A为惯习面. 密排面{110} 与奥氏体密排面{111}A相平行 密排方向<111>与奥氏体密排方向<110>A相平行 则取向关系为：{110}||{111}A；<111>||<110>A
取向关系与相界面的关系：
当新相与母相间为共格或半共格界面时， 两相间必然存在一定的晶体学取向关系； 若两相间无一定取向关系，则其界面必 定为非共格界面； 但有时两相间虽然存在一定的晶体学取 向关系，也未必都具有共格或半共格界面， 生长时共格或半共格界面破坏。
五、晶体缺陷的作用
与液态金属不同，固态金属存在各种晶体 缺陷，如空位、位错、晶界等。在缺陷周围有 点阵畸变，储存畸变能，在固态相变时，释放 出来作为相变的驱动力，对固态相变起促进作 用。 具体作用： (1) 新相往往在缺陷处形核，提高形核率。 (2) 促进扩散过程，促进晶核生长。
六、 原子的扩散
(三) 非共格界面： 两相在界面上由于错配度大，无匹配关系。 特点：界面能高，应变能低。
二、两相间的晶体学关系（位向关系 与惯习面）
固态相变时新相与母相往往存在一定的晶体学关系。 惯习面：新相往往在母相一定的晶面族上形成，这种 晶面称为惯习面。 特征：(1) 惯习面上新相和母相的原子排列很相近， 能较好地匹配，有助于减少两相间界面能。 (2) 惯习面往往为新相主平面所平行的母相晶 面。 位向关系：新相、母相某些低指数晶面和晶向的对应 平行关系。

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钛合金的固体相变（整理版）钛的主要相及其结构纯钛在固态下有两种同素异构体，常温下以密排六方（hcp）晶格结构存在，称之为a钛。

hcp单元晶胞如图1-1左图所示，在室温下点阵常数a=0.295nm，c=0.468nm。

纯钛的c/a=1.587，小于理想hcp结构的c/a值1.663，（0001）是称为底面（basal plane），为密排面；（1010）称为棱柱面，（1011）称为棱锥面;a1、a2、a3轴是密排方向，即＜1120＞方向。

当温度升到882.5℃以上时，变成体心立方（bcc）晶格结构，称之为B钛。

bcc单元晶胞如图1-1右图所示，（110）为密排面，密排方向为＜111＞, 900℃时，点阵常数a=0.332nm。

■r■:＜图1-1 a钛和P钛的原子结构示意图钛合金两相间的具体的转变温度会受间隙和置换元素含量的强烈影响，所以钛的合金元素被分为a稳定元素、中性元素和P稳定元素，如图所示：a稳定元素提高a/B转变温度，置换式的Al和间隙式的C、N、O都是强a稳定元素，这些元素含量越多，则钛合金的a/B转变温度越高。

Zr，Hf和Sn 等属于中性元素，因为它们含量很低时略微降低a /B相变温度，当们含量增加时，又会提高a/B相变温度。

B稳定元素能够降低钛的同素异型转变温度，扩大B相区并增加B相在热力学上的稳定性，这类元素包括间隙式的H和大量的置换式元素，其中置换式B稳定元素又分为B同晶元素和B共析元素，这取决于所产生的二元相图的细节。

钛合金的相变钛合金热处理是钛合金学科领域内一个重要的分枝。

其典型特征为：淬火过程中发生了马氏体相变，或保留高温组织，合金的塑性韧性稍有升高，强度硬度稍有降低。

在随后时效过程中，由于亚稳定相和中间相的生成，合金硬度、强度升高，塑性、韧性降低。

对过渡阶段的每一种亚稳相和中间相都有其产生的条件和相应的性质，钛合金热处理的研究实际上就是对其淬火和时效过程中中间相的研究。

金属材料的热处理可以归纳为三大类：第一类，淬火+回火；第二类，固溶+时效；第三类，淬火+时效。

过冷度很小时，临界晶核大，比表面积大，使新相界面能减 少居于次要地位，倾向于形成非共格界面以降低应变能。
（四）晶体缺陷的作用
固态金属中存在各种晶体缺陷如位错、晶界和亚晶界； 晶体缺陷周围有晶格畸变，储存着畸变能，可在固态相变
时释放出来作为相变驱动力； 新相往往在缺陷处优先形核，提高形核率； 晶体缺陷对晶核的生长和组元的扩散过程也有促进作用。
（五）形成过渡相
过渡相也称中间亚稳相，指成分或结构，或者成分 和结构二者都处于新相与母相之间的一种亚稳状态 的相；
形成过渡相是减少相比阻力的有效途径之一； 过渡相在一定条件下仍然能转变成平衡相。
三、固态相变时的形核
（一）均匀形核
与液态金属相比，固态相变的阻力增加了一项应变能。按照经典 形核理论，系统自由能总变化为：
由于界面上原子排列的不规则性会导致界面能升 高，因此，非共格界面能最高，半共格界面能次 之，而共格界面能最低。因此，界面结构的不同， 对新相的形核、长大过程以及相变后的组织形态 等都将产生很大影响。
(二）两相间的晶体学关系
1、取向（位向）关系
固态相变时，为了减少新相与母相之间的界面能， 两种晶体之间往往存在一定的位向关系，他们常 以低指数的、原子密度大而又彼此匹配较好的晶 面互相平行。如马氏体转变时马氏体的密排面 {011}与奥氏体的密排面{111}平行。 一般说来，当新相与母相间为共格或半共格界面 时，两相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，则其界面必定为非共 格界面。
晶体缺陷对形核的具体作用
1、空位
空位可通过加速扩散过程或释放自身能量提供形 核驱动力而促进形核。 此外，空位群亦可以凝聚成位错而促进形核。 2、位错
位错可以通过多种形式促进形核： （1）新相在位错线上形核，可借形核处位错消失时所释放出来的能量作 为相变驱动力，以降低形核功； （2）新相形核时位错并不消失，而是依附于新相界面上构成半共格界面 上的位错部分，以补偿错配，从而降低应变能，使形核功降低； （3）溶质原子在位错线上偏聚，使溶质含量增高，便于满足新相形成时 所需的成分条件，使新相晶核易于形成。 （4）位错线可作为扩散的短路通道，降低扩散激活能，加速形核过程； （5）位错可以分解形成由两个分位错与其间的层错组成的扩散位错，使 其层错部分作为新相的核胚而有利于形核。

（2）非平衡相变
贝氏体相变 非平衡脱溶沉淀
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1.1 金属固态相变的主要类型
1.1.2 按平衡状态图分类 1.平衡转变
固态金属在缓慢加热或冷却时发生的能获得符合相 图所示压力改变时，由
一种晶体结构转变为另一种晶体结构的过程叫做同素 异构转变。
②多形性转变——固溶体的同素异构转变称为多形性
体转变的独特的不平衡转变，称为贝氏体转变，又称
为中温转变。 贝氏体转变产物的组成相是相和碳化物，但相的 形态和碳含量以及碳化物的形态和分布等均与珠光体 的不同，称为贝氏体。
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1.1.2 按平衡状态图分类 2. 非平衡转变
④ 非平衡脱溶沉淀
若合金C0自T1温度采取快冷，则相来不及析出，待冷 到室温时便得到一个过饱和固溶体。如果在室温或低于 MN线的温度下，溶质原子尚具有一定扩散能力，则在上 述温度停留期间，过饱和固溶体便会自发地发生分解，从 中逐渐析出新相，但这种新相在析出的初级阶段，在成分 和结构上均与平衡沉淀相有所不同，这种相变称为不平衡 脱沉淀（也称为时效）。在低碳钢和铝、镁等有色合金中 会发生这种转变。
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1.2 金属固态相变的主要特点
1. 相界面特殊（新相和母相间存在不同的界面）
金属固态相变时，新相与母相之间的界面与金属凝固 过程中的液固界面不同，为两种晶体的界面；与一般的 晶粒边界也不相同。 根据界面上两相原子在晶体学上的匹配程度，相界面 可以分为： 共格界面 半共格界面
非共格界面
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1.1.2 按平衡状态图分类 1.平衡转变 ④共析转变——冷却时由一个固相分解为两个不同
固相的转变称为共析转变。
共析转变可以用反应式 +表示。共析转变生 成的两个新的成分和结构 都与母相不同。钢在冷却 时由奥氏体转变珠光体 （铁素体与渗碳体的混合 物），即属这种转变。

固态相变：金属和陶瓷等固态材料在温度和压力改变时，其内部组织或结构会发生变化，即发生从一种状态到另一种状态的改变，这种转变称为固态相变。

按热力学分类：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熵不等的相变称为一级相变; 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熵也相等，但化学势的二级偏微熵不相等的相变称为二级相变。

按平衡状态图分类：平衡相变指在缓慢加热或冷却过程中所发生的能获得的符合平衡状态相图的平衡组织的相变。

主要有同素异构转变、多形性转变、平衡脱溶沉淀、共析相变、调幅分解、有序化转变。

非平衡相变:伪共析相变、马氏体相变、贝氏体相变、非平衡脱溶相变按原子迁移情况分类：扩散型相变：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称为扩散型相变。

基本特点是：①相变过程中有原子扩散运动，相变速率受原子扩散速度所控制；②新相和母相得成分往往不同；③只有因新相和母相比容不同而引起的体积变化，没有宏观形状改变。

非扩散型相变：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称为非扩散型相变。

一般特征是：①存在由于均匀切变引起的宏观形状改变，可在预先制备的抛光试样表面上出现浮突现象；②相变不需要通过扩散，新相和母相的化学成分相同；③新相和母相之间存在一定的晶体学位向关系；④某些材料发生非扩散相变时，相界面移动速度极快，可接近声速。

试述金属固态相变的主要特征1相界面：金属固态相变时，新相和母相的界面分为两种。

2位相关系：两相界面为共格或半共格时新相和母相之间必然有一定位相关系，两项之间没有位相关系则为非共格界面。

3惯习面：新相往往在母相一定晶面上形成，这个晶面称为惯习面。

4应变能：圆盘型粒子所导致的应变能最小，其次是针状，球状最大。

固态相变阻力包括界面能和应变能。

5晶体缺陷的影响：新相往往在缺陷处优先成核。

原子的扩散：收扩散控制的固态相变可以产生很大程度的过冷。

马氏体与奥氏体的晶体学关系： 马氏体与奥氏体的晶体学关系： {011}α’ // {111}γ <111> α’ // <011> γ
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3.第二相的形状 与应变能的关系 第二相的形状
比容差应变能-----新相形成时体积变化受到母相约束而产生的弹性应变能 新相形成时体积变化受到母相约束而产生的弹性应变能 比容差应变能 比重 比容
∆G = n∆GV + η n Es + nEε
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• ∆GV 为每个原子母相转变为新相时的自由 能变化； 能变化； • η为晶核的形状因子； 为晶核的形状因子； 为晶核的形状因子 • Es为单位面积界面能； 为单位面积界面能； • Eε为新相晶核每个原子的应变能。 为新相晶核每个原子的应变能。
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非共格相界的应变能
• 新相呈球状时，体积 应变能最大；针状次 片状时最低。 之；片状时最低。 • 新相／母相相界为非 共格界面时，考虑到 降低相变时的应变能 ， 新相往往呈片状。 新相往往呈片状。
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4.晶体缺陷的作用 晶体缺陷的作用
• 大多固态相变的形核功较大，晶内存在的 大多固态相变的形核功较大， 缺陷对固态相变具有明显的促进作用。 缺陷对固态相变具有明显的促进作用。
第一章
金属固态相变概论
1
第一节 固态相变的主要类型 一、 平衡转变 1. 同素异晶转变 纯金属在一定的温度和压力下， 纯金属在一定的温度和压力下，由一种结 构转变为另一种结构的现象称为同素异晶 构转变为另一种结构的现象称为 同素异晶 转变。 转变。 若在固溶体中发生这种结构的转变， 若在固溶体中发生这种结构的转变 ， 则称 多形性转变。 为多形性转变。 F A
5.形成亚稳相 形成亚稳相

a.奥氏体晶核的形成 条件：成分起伏、能量起伏、结构起伏 形核位置：球化体：与晶界相连的/Fe3 C 界面上 片状 P：在珠光体团的界面或/Fe3C 片层界面上 b.奥氏体的长大： 片状 P：垂直于片层和平行于片层的两个方向长大 球化体： 1）奥氏体包围渗碳体； 2） /α向α一侧推移， /Fe3C 向 Fe3 C 一侧推移 c.残留碳化物的溶解
金属固态相变原理总复习
第一章 1.多形性转变：纯金属在温度和压力改变时，由一种晶体结构转变为另一种晶 体结构的过程称为同素异构转变。在固溶体中发生的同素异构转变称为多形性 转变 2.调幅分解：某些合金在高温下具有均匀单相固溶体，但冷却到某一温度范围 时可分解成为与原固溶体结构相同但成分不同的两个微区，这种转变称为调幅 分解。 3.共格界面：若两相晶体结构相同、点阵常数相等，或者两相晶体结构和点阵 常数虽有差异，但存在一组特定的晶体学平面可使两相原子之间产生完全匹 配。此时，界面上原子所占位置恰好是两相点阵的共有位置，界面上原子为两 相共有，这种界面称为共格界面。 4.共析钢 C 曲线鼻子产生的原因： a.新相和母相的自由能差ΔG b.原子的扩散系数 D ΔG 和 D 的增大都使 A 的稳定性下降，转变加快，但是这两个因素随过冷度的 变化恰好相反，相互矛盾形成鼻子。 5.过共析钢与共析钢的连续转变温度曲线无奥氏体 6.临界淬火速度（淬火临界冷却速度） ：在连续冷却时，使过冷奥氏体不发生分 解，完全转变为马氏体（包括残余奥氏体）的最低冷却速度称为临界淬火速度 第二章 1.奥氏体：碳溶解在γ铁中形成的间隙固溶体称为奥氏体。 2.以共析钢为例分析奥氏体形成机制：
/α向α迁移速度〉 /Fe3C 向 Fe3 C 迁移速度→α完全转变为后仍有一部份 Fe3C 未溶解，随保温时间延长，残留碳化物溶解 d.奥氏体成分的均匀化 3.解释为什么在铁素体消失的瞬间仍然存在一部分渗碳体？ 在奥氏体晶体长大的过程中，由于 /Fe3C 相界面处的碳浓度差远远大于/α相 界面处的浓度差，所以只需要溶解一小部分渗碳体就可以使其相界面处的奥氏 体达到饱和，而必须溶解大量的铁素体才能使其相界面处奥氏体的碳浓度趋于 平衡。所以，长大中的奥氏体溶解铁素体的速度适中大于溶解渗碳体的速度， 故在共析钢中总是铁素体先消失而有剩余渗碳体残留下来。 4.晶粒度 起始晶粒度：在临界温度以上，奥氏体形成刚刚完成，其晶粒边界刚刚接触的 晶粒大小 实际晶粒度：在某一加热条件下所得到的的实际奥氏体晶粒大小 本质晶粒度：只是表示钢在一定条件下奥氏体晶粒长大的倾向性，与实际晶粒 不太相同 5.本质细晶粒钢加热后的实际晶粒一定比本质粗晶粒钢小？ 错误。原因：本质晶粒度只表示钢在一定条件下奥氏体晶粒长大的倾向性，与 实际晶粒度不尽相同。奥氏体晶粒的实际大小取决于加热条件。通常在一般的 加热速度下，加热温度愈高，保温时间愈长，最后得到的奥氏体实际晶粒就愈 粗大。 6.阐述控制形成奥氏体晶粒大小的的措施 （1）在保证奥氏体形成完全的前提下，尽量降低加热温度，减少保温时间 （2）在保证奥氏体形成均匀的前提下，快速加热并短时保温 （3）增大钢中的碳含量（选择合适的钢的组织） （4）可向钢中适量加入形成难溶化合物的合金元素，将强烈阻止奥氏体晶粒的 长大 第三章 1.为什么随着过冷度的增大，片状 P 的片层间距不断减小？ （1）由于过冷度增大导致碳原子的扩散能力下降，不宜进行较大距离的的迁 移，扩散距离减小，只能形成片层间距较小的珠光体。 （2）片层间距的减小会使铁素体与渗碳体的相界面积增大，界面能增大，但是 这部分增大的能量由增大过冷度所得到的的化学自由能差提供。 2.片状珠光体的形成机理 横向交替形核+纵向长大

Wednesday, July 05, 2017
• 形核的取向关系和成长的惯习现象是两个完全不同的概念。前 者完全指两种晶体之间的晶体学位向关系，即新相和母相某些 晶面、晶向的对应平行关系；而后者主要是指新相优先发展时 所取的母相的位向，以母相的晶面和晶向表示。 12
Dalian Jiaotong University
五、母相晶体缺陷促进相变
9.1 固态相变的特点
五、母相晶体缺陷对相变起促进作用
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、晶界和亚晶界等。固态相变时，母相中存在的点、线、 面缺陷，必然会对相变有明显的促进作用。新相晶核往往优 先在这些缺陷处形成，这是由于在缺陷周围晶格有畸变，自 由能较高，在此处形成同样大小的晶核比在其它区域能获得 更大的驱动力(△GV大)，因此容易在这些区域首先形成晶核。 实验表明，母相晶粒越细，晶界越多，晶内缺陷越多，从而， 提高了形核率，使转变速度越快。
Solid Solution phase B atoms in A
Dalian Jiaotong University
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三、新旧相晶体学位向关系
9.1 固态相变的特点
三、新相晶核界与母相之间存在一定的晶体学位向关系 固态相变时，为了减小新相和母相间的界面能，两种晶体之 间往往存在一定的位向关系。 • 实验证明，新生相α的某一晶面{hkl}和晶向<uvw>分别与母 相γ的某一晶面{h'k'l'}和晶向<u'v'w'>相互平行，即 {hkl}α//{h'k'l'}γ， <uvw>α//<u'v'w'>γ。 • 如纯铁的同素异构转变 α-Fe ↔ γ-Fe ，晶体学位向关系为： {110}α//{111}γ， <111>α//<110>γ。

金属材料的固态相变行为金属材料的固态相变行为是材料科学中的一个重要研究领域。

这些相变指的是材料在温度和压力变化下，从一种晶体结构转变为另一种晶体结构的现象。

这些相变对于材料的性能和应用具有重要影响，并广泛应用于金属制造、能源储存等领域。

固态相变可分为两类：一类是在相变过程中晶格不发生破坏的可逆相变，另一类是相变过程中晶格结构发生破坏的不可逆相变。

其中，可逆相变具有较低的激活能，相变过程中不伴随能量的释放或吸收，而不可逆相变则需要较高的激活能，相变过程中伴随着明显的能量的释放或吸收。

这两类相变不仅在材料性能上有所差异，而且在相变动力学和相变机制方面也存在差异。

一种常见的固态相变是金属材料的热相变。

金属材料在升温过程中会经历几个阶段的相变，每个阶段对应着不同的临界温度和晶体结构。

例如，钢的固态相变主要包括奥氏体相变、铁素体与素铁相变等。

在不同的温度下，钢具有不同的晶体结构，从而导致不同的性能和应用。

通过调控钢的热相变行为，可以实现钢的强度、韧性等性能的优化。

除了热相变，金属材料还具有一些其他的固态相变行为，如应力诱导相变、压力诱导相变等。

在材料的加载过程中，由于外界应力的作用，材料内部的原子结构会发生调整，从而导致晶体结构的变化。

这种应力诱导相变在材料的强化和塑性变形中起到重要作用。

例如，马氏体相变是一种常见的应力诱导相变，通过在高温下快速冷却钢材，可以将钢的组织转变为马氏体组织，从而在一定程度上提高钢的硬度和强度。

此外，金属材料的固态相变行为还可以通过控制合金成分来实现。

合金是由两种或多种金属元素按一定比例混合而成的材料。

不同的合金成分可以调控金属材料的固态相变行为，从而实现材料性能的改善。

例如，通过在铝合金中添加适量的镁元素，可以使合金发生固溶相变，从而提高材料的强度和硬度。

金属材料的固态相变行为在材料科学中具有重要的意义。

深入研究金属材料的固态相变机制和动力学规律，可以为材料的设计和制备提供理论基础和技术指导。

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。

金属与合金中的固态相变引言：金属与合金是人类社会中广泛应用的材料，其固态相变是其性能和结构变化的重要因素。

本文将从金属与合金的固态相变的定义、分类、原因以及应用等方面进行阐述，以期帮助读者更好地理解和应用金属与合金材料。

一、固态相变的定义和分类固态相变是指物质在固态下由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的过程。

金属与合金的固态相变主要包括晶体相变和磁相变两类。

1. 晶体相变晶体相变是指金属或合金在温度或外界条件变化下，晶体结构发生改变的过程。

晶体相变可以分为一级相变和二级相变。

一级相变是指在相变温度下，物质的晶体结构发生突变，伴随着热力学性质的突变，例如金属的熔化和凝固过程。

二级相变是指在相变温度下，物质的晶体结构发生变化，但没有热力学性质的突变，例如金属的铁磁-顺磁相变和反铁磁-顺磁相变等。

2. 磁相变磁相变是指金属或合金在外界磁场或温度变化下，磁性发生改变的过程。

磁相变可以分为一级相变和二级相变。

一级相变是指在相变温度下，磁性发生突变，例如铁磁-顺磁相变和反铁磁-顺磁相变。

二级相变是指在相变温度下，磁性发生变化，但没有突变。

二、固态相变的原因固态相变的原因主要包括温度变化、压力变化、外界磁场变化等。

1. 温度变化温度是影响固态相变的主要因素。

当温度升高或降低到一定程度时，金属或合金的晶体结构会发生变化。

2. 压力变化压力是影响固态相变的另一个重要因素。

当压力增大或减小到一定程度时，金属或合金的晶体结构也会发生变化。

3. 外界磁场变化对于磁性材料来说，外界磁场的变化也会引起固态相变。

当外界磁场强度改变时，磁性材料的磁性特性也会发生相应的变化。

三、金属与合金固态相变的应用金属与合金的固态相变在材料科学和工程中有着广泛的应用。

1. 超弹性材料金属合金中的固态相变可以使材料具有超弹性特性。

例如，钛镍合金在相变过程中可以发生大变形，具有良好的形状记忆和回弹性能，广泛应用于医疗器械、航空航天等领域。

2. 铁磁形状记忆合金铁磁形状记忆合金是一种具有形状记忆和磁性记忆双重特性的材料。

温 A1 度 过 冷
奥 氏 体
转变开始线
变开始线以左的 区域为过冷奥氏
A
A→P
转变终了线
P B
体区。

转变终了线以
A→B
右及Mf以下为转
变产物区。

MS
两线之间及Ms
Mf
A→M
与Mf之间为转变 区。
M 时间
C 曲线的分析

⑴ 转变开始线与纵坐标之间的距离为孕育期。


孕育期越小，过冷奥氏体稳定性越小.
正火 油淬
连续冷却转 变曲线 完全退火
冷却速度.
水淬
等温转 变曲线

Vk’ 为TTT曲线的
200
临界冷却速度.
Vk’ 1.5 Vk 。
100
Vk’Vk
M+A’ M+T+A’ S P
共析钢的CCT图
时间/s

2）过共析钢CCT曲线也无贝氏体转变区, 但比共析
钢CCT曲线多一条A→Fe3C转变开始线。由于Fe3C的 析出, 奥氏体中含碳量下降, 因而Ms 线右端升高.
第一章金属固态相变
概述：固态相变---金属性能的多样性：例： ---应用范围广。“变”---就可利用之， “不变”-此材料难堪大用。---各种强化手 段：位错、第二相、固溶、细晶加之金属 的性能均衡---金属材料广泛应用。 本章简介固态相变的特点、类型、过程； 主要介绍钢的热处理原理

第1节 固态相变的特点
第3节 固态相变的形核与长大

不讲。基本概念略提。
第4节 钢的固态转变 （钢的热处理原理）

1、热处理：是指将钢在固态下加热、保温和冷却，
以改变钢的组织结构，获得所需要性能的一种工艺.

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。