固态相变绪论.ppt

固态相变 教学目的 本课程主要讲解材料中固态相变的驱动力、阻力、形核、长大的基础理论，在此基础上对各种类型的相变进行分析和讨论，主要目的是通过本课程的学习，使学生对各种材料的相变行为有比较系统的认识，并能将相变的基本理论和实际问题有机地联系起来，为新材料及材料加工新技术的研究与开发提供理论依据。使学生在今后的研究工作中具有较好的理论基础和较强的分析问题和解决问题的能力。 教学内容 绪论 第一章 扩散理论（简单复习） 第二章 固态相变基本规律 第三章 脱溶与时效 第四章 珠光体转变 第五章 马氏体转变 第六章 贝氏体转变 绪论 INTRODUCTION 金属材料的价值在于其使用性能的好坏。材料性能除了直接与材料的成分有关外，还与材料的组织和结构有关。对于成分一定的金属材料而言，可以通过相的转变使其组织和结构发生变化从而使性能得到改善。 一、什么是相及相变？ 相变 相变是当外界约束（温度或压强）作连续变化时，在特定条件（温度或压强达到某定值）下，物相所发生质突变。 二、物相的突变体现在那些方面？ （1）从一种结构变化为另一种结构，例如：液相——固相；固相中不同晶体结构之间的转变 奥氏体（A） （2）化学成分的不连续变化：例如固溶体的脱溶分解 （3）某种物理性质的跃变：金属——非金属转变；顺磁体——铁磁体转变 三、相变解决什么问题？ （1）相变为何会发生？（热力学、动力学问题） （2）相变是如何进行的？（相变机理——与扩散、切变、位错等相关的理论） 四、相变科学研究的发展 关于相变科学研究开始于十九世纪的后半期。 1、金属学家利用金相显微术对钢铁材料热处理中相变前后的各种显微组织（奥氏体、马氏体、珠光体）进行组织鉴定，初步掌握了钢铁中相变的一些经验规律。 2、矿物学家对于石英等多种晶体进行了研究，发现同种化学成分可以对应不同的结构，而且他们之间有多形性转变的迹象。 3、1878年吉布斯（J.W.Gibbs）发表了题为“论复相物质的平衡”的有名论文，对于复相平衡的热力学规律进行了全面的阐述，并且以高度的物理洞察力首次提出了有关相变动力学的一些基本概念。如新相的成核，光滑界面生长，匀相转变的可能性 4、上个世纪初，塔曼（G.Tammann)及其合作者进行了相变的实验研究，在凝固过程中观察到成核的现象。 5、二、三十年代，福尔默（M.Volmer）等建立完备的成核的经典理论 6、四十年代末，夫兰克（F.C.Frank）提出界面微观形貌控制长大的理论，其中螺型位错露头处的台阶扮演重要角色。 7、三，四十年代中期，迈尔（R.F.Mehl）等建立了扩散控制的新相长大和等温转变曲线理论 相变跨越多种学科领域，因而受到物理学家、化学家、金属学家、陶瓷学家和地质学家的关注。 物理金属学者重点研究的是金属和合金中一级相变动力学，主要研究方法为光学和电子显微术和X射线与电子衍射。 常用措施 热处理 　－加热：温度、速度，保温时间 　－冷却：速度、方式 --环境：磁场、电场、力场 原理：解决有哪些相变，相变条件、机理、特征 工艺：解决如何实现这些相变从而达到预期的性能 构成材料中的组成相的类型有： 材料的组织与力学性能的关系 （1）固溶强化 ： 溶质原子进入溶剂的晶格中，无论是处在晶格的间隙，还是处在晶格节点的异类原子，都会造成一定的晶格畸变。利用溶质原子造成的晶格畸变，提高强度和硬度。 固溶强化 ： α-Fe与γ-Fe的置换固溶和C、N在γ-Fe正八面体的间隙固溶造成点阵对称畸变—均匀强化。间隙溶质原子的应力场具有正应力分量，故与刃位错产生交互作用； 与位错及其它晶体缺陷作用造成Cottrell气团等—非均匀强化。 材料的组织与力学性能的关系 材料的组织与力学性能的关系 （4）位错强化 位错强化也是金属材料中最有效地强化方式之一。金属材料流变应力以及屈服强度与位错密度ρ之间的关系为： 式中α为比例系数。大量的研究工作指出立方金属多晶体α＝0.5。 加工硬化或形变强化 金属塑性变形以后，流变应力随变形程度的增加而增加，要继续变形只有不断增加外力，这种现象称加工硬化或形变强化。 产生强化的原因： （1）位错的交割及增殖 （5）位错强化 通常，贝氏体具有比多边形铁素体更高的位错密度。部分原始奥氏体的位错组织可以遗留于贝氏体中，从而获得额外的强化。不规则的组织和高位错密度是低温相变，即从奥氏体区开始连续冷却阶段产物（贝氏体，针状铁素体）的典型特点。 小结 本课程研究相变规律（相变的类型、条件（热力学、动力学）、方式（相变机理）及相变产物的组织特征 成分 工艺 掌握金属材料 固态相变的规律，就可以采取措施（如特定的加热和冷却工艺）控