第 1 页 实验一 粉末冶金材料组织观察与硬度测试
一、实验目的
掌握Fe基粉末冶金烧结材料的相图，根据相图及显微形貌（组织特征）识别材料的组织，理解组织与成分之间的关系；能够根据有关定律及公式计算烧结铁基合金组织组成物的相对含量。
熟悉布氏、洛氏及维氏硬度计的结构原理及特点。掌握布氏、洛氏、维氏硬度试验方法，能独立进行操作；了解粉末冶金材料的组织特点及硬度之间的关系
二、烧结Fe基合金组织特征概述
粉末冶金一种冶金方法。把金属粉末压制成型后再烧结成制品。粉末冶金适用于高熔点、高硬度的金属或含有不互溶成分的合金制品的制造。烧结铁基合金是目前应用非常广泛的粉末冶金工程材料，其基本相图为铁碳合金的平衡组织，是研究铁碳合金的性能及相变机理的基础。因此认识和分析铁碳合金的平衡组织有十分重要的意义。此外，观察和分析铁碳合金的平衡组织有助于帮助我们进一步借助相图来分析问题。所谓平衡组织，是指符合平衡相图的组织，即在一定温度，一定成分和一定压力下合金处于最稳定状态的组织，要获得这样的组织，必须使合金发生的相变在非常缓慢的条件下进行，通常将缓冷（退火）后的铁碳合金组织看作为平衡组织。
不同成分Fe基合金的平衡组织都是由铁素体、渗碳体、珠光体、石墨、孔隙、夹杂等组成，其区别仅在于分布形态和数量不同。根据各组成物的形态、分布和数量可以判断和识别组织及含碳量。
1、铁素体：是碳在α-Fe中的固溶体。碳的浓度是可变的，在727℃时达到最大溶解度（0.0218%）；常温下其碳浓度约为0.008%。铁素体的硬度很低，塑性好，经4%硝酸酒精浸蚀后呈白亮色。铁素体有两种形态和分布：一是呈游离状的不规则多边形。二是与渗碳体呈层状相间排列，如珠光体中的铁素体。
2、渗碳体：是碳与铁的一种化合物，化学式为Fe3C，含碳量高达6.69%，坚硬而脆，抗浸蚀能力很强，经4%硝酸酒精浸蚀后成白亮色。渗碳体的分布和形态有：①游离的直条状渗碳体，如过共晶生铁中的Fe3CⅠ；②作为基体，其中分布有孤立的珠光体，即莱氏体中的渗碳体；③沿奥氏体晶界呈网状分布， 如过共析钢的Fe3CⅡ；④与铁素体呈片层状分布，即珠光体中的Fe3C；⑤沿铁素体晶界分布，即工业纯铁中实验学时 4h 实验性质 综合 实验要求 必做 所属课程 粉末冶金 第 2 页 的Fe3CⅢ。烧结材料中的渗碳体主要以片层状形式存在于珠光体中。
计算材料学的一个新领域--非平衡晶界偏聚动力学计算
郑磊;徐庭栋
【期刊名称】《材料导报》
【年(卷),期】2003(017)006
【摘 要】评述了计算材料学的一个新领域--非平衡晶界偏聚动力学计算,讨论了此动力学计算的理论基础、方法,以及所获得的结果和结果的意义.用这些计算方法,首次从实验上求得了空位与溶质原子复合体分别在低张应力状态和无应力状态下的扩散系数.
【总页数】4页(P1-4)
【作 者】郑磊;徐庭栋
【作者单位】钢铁研究总院高温材料研究所,北京,100081;钢铁研究总院高温材料研究所,北京,100081
【正文语种】中 文
【中图分类】TB301
【相关文献】
1.磷的非平衡晶界偏聚恒温动力学实验及计算研究 [J], 李庆芬;李莉;金国;刘二宝;崔秀芳
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3.高温和低张应力引起的非平衡晶界偏聚动力学(Ⅱ)——实验结果的动力学模拟
[J], 徐庭栋;焦兰英
4.高温和低张应力引起的非平衡晶界偏聚动力学(Ⅰ)——理论模型 [J], 徐庭栋 5.磷在12Cr1MoV钢中非平衡晶界偏聚动力学的实验研究 [J], 李莉;李庆芬;郑磊;徐庭栋;杜善义
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平衡相变非平衡相变和协同学
1.引言
【1.1 概述】
相变是物质在一定条件下发生的物理或化学性质改变的过程，它是许多自然现象和技术应用中至关重要的一部分。相变的研究不仅有助于我们更好地理解物质的性质和行为，还有助于开发出各种新的材料和应用。
相变的研究可以分为平衡相变和非平衡相变两个方面。平衡相变是指在热力学平衡下发生的相变，例如物质从固态到液态的熔化，或从液态到气态的汽化。这种相变的特征是在一定的温度和压力下，相变前后的物质处于热力学上的平衡状态，其相变过程可以通过热力学理论进行描述和预测。
与平衡相变不同，非平衡相变指的是在非平衡条件下发生的相变。非平衡相变常常发生在外界施加的强烈驱动下，例如剧烈变化的温度、压力或化学势等。这种相变过程中，物质无法达到热力学平衡状态，因此无法通过传统的热力学理论进行解释和预测。非平衡相变的研究是相变领域的一个前沿课题，它对于解决一些复杂系统中的相变行为具有重要意义。
在相变研究领域中，协同学是一个新兴的交叉学科，它将平衡相变和非平衡相变进行了有机的结合。协同学的基本思想是通过控制和调节系统的局部耦合与非局部耦合之间的相互作用，实现相变过程中的协同效应，从而实现一些特殊的功能和性质。协同学不仅对于相变的基础研究具有重要意义，还在能源转化、材料制备、信息存储等方面有广泛的应用前景。
本文将从平衡相变、非平衡相变和协同学三个方面展开论述。首先，我们将介绍平衡相变的定义、特征以及一些典型的示例和应用。然后，我们将详细讨论非平衡相变的定义、特征和一些实际应用。最后，我们将介绍协同学的基本原理和应用前景，以及与平衡相变和非平衡相变之间的关系。通过对这些内容的详细分析和讨论，我们希望能够对相变的不同类型和机制有更深入的理解，并为相变领域的研究和应用提供一些新的思路和方法。
1.2文章结构
文章结构部分的内容可以写为：
文章结构部分旨在介绍本文的整体结构和各个部分的内容安排。本文总共分为引言、正文和结论三个部分。
金属凝固原理
金属凝固是指金属从熔化状态向固态转变的过程。金属凝固是金属加工和制造中的关键工艺之一，对于金属材料的性能和结构具有重要影响。
金属凝固有两种基本模式，分别是平衡凝固和非平衡凝固。平衡凝固是在金属熔体达到热力学平衡条件下进行的凝固过程。在平衡凝固过程中，金属熔体的凝固速度较慢，使得晶体有足够的时间进行有序排列，形成结晶的晶格结构。这种凝固方式下得到的晶体结构一般是均匀、致密的。而非平衡凝固则是在金属熔体未达到热力学平衡条件下进行的凝固过程，通常是由于快速冷却或其他条件的限制。非平衡凝固下得到的金属结构通常不具备完整的晶格结构，其中可能包含一些缺陷，如晶界、孪生晶和扩散限制。
金属凝固的主要原理包括热力学原理和动力学原理。热力学原理研究的是金属凝固的平衡过程和热力学参数，如凝固温度、凝固速度等。相变热是研究金属凝固的重要参数之一，它是单位质量金属从液态到固态过程中释放或吸收的热量。相变热的大小直接影响到金属凝固过程的温度和能量交换。动力学原理研究的是金属凝固的凝固速率和晶体生长行为。凝固速率与温度梯度成正比，与金属的热导率和定向凝固度有关。晶体生长通常是以晶核为起点，通过界面扩散分子在凝固过程中不断形成新的晶核，最终形成完整的晶体结构。
在金属凝固中，晶体生长过程是一个重要环节。晶体生长可以分为表面扩散和体内扩散两种方式。表面扩散是指晶体表面上的原子或离子通过空间的跳跃来进行扩散，而体内扩散则是指晶体内部的原子或离子通过晶面间的空隙进行扩散。晶体生长的速度与扩散速率和扩散路径有关，因此扩散是影响金属凝固过程的重要因素之一 温度梯度和凝固界面形貌也是金属凝固的关键因素。温度梯度会导致凝固界面的变形和变动，从而影响到晶体生长和凝固速率。凝固界面的形貌也对凝固过程有重要影响。对于非平衡凝固，凝固界面通常是不规则的，形成了一些晶界、孪生晶和其他缺陷。这些缺陷会影响金属的性能和结构。
除了热力学和动力学原理外，还有其他一些因素也会影响金属凝固的过程。例如，金属中的杂质和微合金元素会影响到凝固温度和凝固速度。凝固过程中的溶质偏聚现象也会导致金属凝固过程的非均匀性。此外，外界条件如压力、包封及热处理等也会对金属凝固过程产生影响。
