第一章金属固态相变基础汇编.docx

第一章金属固态相变基础固态相变：固态金属在加热和冷却过程中可能发生各种相的转变。金属热处理：固态金属通过特定的加热和冷却，使之发生相、组织转变，获得所需组织性能的一种工艺过程。1.扩散型相变① 脱溶分解② 共析转变③ 有序化转变④ 块状转变⑤ 多型性转变⑥ 调幅分解贝氏体转变：钢中一种介于马氏体转变和珠光体转变之间的转变。弹性应变能：新相与母相间存在点阵错配和体积错配时引起的应变能。固态金属中存在各种晶体缺陷：如空位、位错、层错、晶界或亚晶界。均匀形核：晶核在母相中无择优地任意均匀分布非均匀形核：晶核在母相的某些区域不均匀分布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。均匀形核位置；空位；位错；堆垛层错；晶界或相界；自由表面。固态相变的特点一、相变阻力大二、新相与母相之间存在一定的晶体学位向关系三、新相习惯于在母相的一定晶面上形成——惯习现象四、扩散过程对相变的影响较大。五、母相晶体缺陷对相变起促进作用易出现过渡相，有些反应不能进行到底，过渡相可以长期保留。总之，在固态相变过程中表现出的各种特征都受控于既力求使自由能尽可能地降低，又力求沿着阻力最小、做功最少的途径进行。相变动力学：研究新相形成量(体积分数)与时间、温度关系的学科称为相变动力学。吉布斯-汤姆斯(Gibbs-Thomson)定律：相界面为曲面时，靠近相界面的母相中溶质原子的平衡浓度与曲面的曲率半径有关。奥斯瓦尔德熟化在固态相变过程中，两个球形新相因半径不等导致其周围溶质原子浓度不等，溶质原子从小颗粒周围向大颗粒周围扩散，扩散的结果是，小颗粒逐渐溶解，大颗粒不断吸收来自小颗粒的溶质原子而长大，同时颗粒之间的距离将增加，位向关系：惯习面存在表明新相与母相存在一定晶体学位向关系。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位向关系。两相间无一定的位向关系，则其界面必定为非共格的。存在晶体学位向关系，未必具有共格或半共格界面3. 纤维状组织的粗化纤维状组织的粗化较多地表现为以下两种方式。(1) 二维奥斯瓦尔德熟化：细纤维附近溶质原子向粗纤维附近扩散，细纤维不断减小，粗纤维不断变粗。(2) 瑞利失稳：局部区段上直径的某些微小涨落可以在保持纤维体积不变的条件下使界面面积减小，从而导致纤维断裂。2. 固态相变与液-固相变有何异同点？一、相界面二、惯习面和新、旧两相间的位向关系三、界面能和弹性应变能四、晶体缺陷固态金属中存在各种晶体缺陷：如空位、位错、层错、晶界或亚晶界界面能和弹性应变能→→→→→固态相变的阻力u 与结晶相比：固态相变的阻力因增加弹性应变能而变大u 固态相变中究竟是界面能为主？还是弹性应变能为主？取决于具体情况：?过冷度大：新相临界晶核尺寸很小，单位体积新相的界面积很大，则界面能起主导作用，两相界面易取共格方式以降低界面能，因界面能的降低可以超过共格应变能的增加，总形核阻力降低。?过冷度小：新相尺寸较大，界面能不起主要作用，易形成非共格界面。?两者比体积差大：则弹性应变能(比体积差应变能)起主导作用，新相为圆盘(片)状以降低弹性应变能。?两相比体积差小：弹性应变能作用不大，则形成球状以降低界面能。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奥氏体化？将钢件加热至临界点以上温度，使之转变为奥氏体，并获得均匀奥氏体组织奥氏体的形成过程包含点阵重构和原子的扩散奥氏体的性能：在钢的各种组织中，以奥氏体的密度最高，比体积最小，线膨胀系数最大，导热性能最差。故奥氏体钢在加热时应降低加热速度各种临界转变温度的物理意义Ac1：加热时珠光体转变为奥氏体的温度Ac3：加热时先共析铁素体全部转变为奥氏体的终了温度Accm：加热时二次渗碳体全部溶入奥氏体的终了温度Ar1：冷却时奥氏体转变为珠光体的温度Ar3：冷却时奥氏体开始析出先共析铁素体的温度Arcm：冷却时奥氏体开始析出二次渗碳体的温度奥氏体化过程要经历四个阶段：1. 奥氏体晶核的形成2. 奥氏体晶核的长大3. 渗碳体的溶解4. 奥氏体成分的均匀化珠光体转变为奥氏体并使奥氏体成分均匀必须有两个必要而充分条件：一是温度条件，要在Ac1以上加热，二是时间条件，要求在Ac1以上温度保持足够时间。四、影响奥氏体形成速度的因素：一）加热温度(二)钢的碳含量’钢中含碳量越高，奥氏体的形成速度越快(三)钢的原始组织\原始组织越细，A形成越快钢中合金元素对奥氏体形成的影响主要有两方面：? 一方面是合金影响碳在奥氏体中的扩散系数；? 另一方面是合金元素加入改变碳化物的稳定性。连续加热时奥氏体的形成与等温形成过程相比特点。转变在一个温度范围内完成转变速度随加热速度增加而增加奥氏体成分不均匀性随加热速度增大而增大奥氏体起始晶粒大小随加热速度增大而细化奥氏体晶粒度的概念有以下三种起始晶粒度本质晶粒度实际晶粒