固态相变概论课件.pptVIP

本课程的地位、任务和作用-本课程为金属材料工程专业本科生的一门专业基础课程。通过本课程的学习，学生应掌握金属材料固态相变的基本原理和基本知识，从而为学生以后进入工作岗位时，从事有关金属材料热处理工作或科研打下必要的专业理论基础。1

本课程的基本内容第1章固态相变概论第2章奥氏体与钢在加热时的转变第3章珠光体与钢在冷却时的高温转变第4章马氏体与钢在冷却时的低温转变第5章贝氏体与钢在冷却时的中温转变第6章过冷奥氏体转变动力学图第7章钢中的回火转变第8章合金的脱溶与时效2

第1章固态相变概论第1节引言n石器时代、铁器时代、青铜器时代、钢铁时代和新材料时代。n钢铁材料仍然是社会发展中最重要的结构材料之一。n材料研究包括四要素：材料的成分、工艺、组织结构和性能。n相变可以认为是改变金属材料性能的最重要的方法之一。3

固态相变的相关概念-相：指所研究的合金微观结构中具有均匀一致的成分和性能的一个组成部分，并且其与系统的其他部分具有物理上的明显差别和界面。-组元：组成相的元素或者化合物。-合金的微观组织结构：是由所含有的各组成相的状态来描述的。-相平衡：是一相或者多相的系统，在能量上达到最低的状态，可以保持长期稳定的存在。-相变：从广义上讲，构成物质的原子(或分子)的聚合状态(相状态)发生变化的过程均称为相变。4

-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，即发生从一种相状态到另一种相状态的转变，这种转变称为固态相变。-相图：在热力学平衡条件下，描述合金中所应该存在的相与成分、温度（压力）等之间关系的图。-热处理过程：通过控制温度变化来控制固态相变的发生。-相变热力学的研究内容：通过计算平衡或亚稳平衡系统的能量，给出相变发生的方向和驱动力大小。-相变动力学的研究内容：研究相变发生的过程、速度、程度等，与时间变化有关的内容。-相变晶体学的研究内容：研究新相与母相之间的各种晶体学位向关系、惯习面以及其形成的原因等内容。5

第2节固态相变的分类常见的金属固态相变主要分类方法有以下几种：①按平衡状态分类，可以分为平衡相变和非平衡相变；②按热力学分类，可以分为一级相变和二级相变；③按原子的迁移特征分类，可以分为扩散型相变和无扩散型相变；④按相变方式分类，可以分为有核相变和无核相变。6

一、按平衡状态分类1、平衡转变：是指在极为缓慢的加热或冷却条件下，所发生的能得符合平衡状的平衡。1)纯金属的同素异构转变：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。可表示为α?γ2)多形性转变：在固溶体中发生的同素异构转变。可表示为α?γ3)共析转变：冷却时，固溶体同时析出并分解为两个不同成分和结构的相的固态相变。可以用反应式γ→α+β表示。4)包析转变：冷却时，由两个固相合并转变为一个固相的固态相变过程。可以用反应式α+β→γ来表示。7

5)平衡脱溶沉淀:在高温相中固溶了一定量的合金元素，当温度降低时其溶解度下降，在缓慢冷却的条件下，由过饱和的固溶体中将析出新相（脱溶相），此过程称为平衡脱溶沉淀。可以用反应式α→α?+β表示。6)调幅分解:某些合金在高温时形成单相的均匀的固溶体，缓慢冷却到某一温度范围内时，分解为两相（或两个微区），其结构与原固溶体相同，但成分不同的转变称为调幅分解。用反应式α→α+α21表示。7)有序化转变:在平衡条件下，固溶体（包括以中间相为基的固溶体）中各组元原子在晶体点阵中的相对位置由无序到有序（指长程有序）的转变过程。表示为α→α?。8

2、非平衡转变:在非平衡加热或冷却条件下（如加热速度与冷却速度过快），平衡转变受到抑制，固态金属将发生平衡图上不能反映的转变类型，获得不平衡组织或称亚稳状态的组织。1)伪共析转变:接近共析成分的钢，在快速冷却到一定温度时，也可以同时析出铁素体和渗碳体，类似于共析转变，但是其转变产物中的铁素体和渗碳体的比例并不固定，随奥氏体成分而变化，故称为伪共析转变。。9

2)马氏体相变：以Fe-C合金为例，如果冷却速度非常快，使钢中的高温奥氏体母相迅速过冷到很低的温度，奥氏体由面心立方结构转变成体心正方结构时，其内部的原子来不及进行扩散，而保留了含过饱和碳的母相成分，获得马氏体组织，称为马氏体相变。3)贝氏体转变：以钢为例，当奥氏体被冷却到珠光体转变和马氏体转变之间的温度范围时，由于温度较低，铁原子已不能扩散（或者说扩散极困难），但碳原子还具有一定的扩散能力。由于铁原子已难以扩散，所以不能发生珠光体转变。由于碳原子还可以扩散，所以也不必按照马氏体转变方式进行转变。因此就出现了一种独特的有碳原子扩散而铁原子不扩散的非平衡转变，称为贝氏体转变，又称中温转变。10

4）非平衡脱溶沉淀