第一章合金固态相变基础_合金固态相变

第一章合金固态相变基础

一把好的钢刀是如何制作出来的呢？

性能

相变工艺结构

成分

《合金固态相变》教学大纲

《合金固态相变》教学大纲课程编号：2080113 学时：40 （实验学时另计，8学时）学分：2.5 一、课程基本情况 1.课程名称：合金固态相变 2.课程性质：必修课程 3.适用年级专业：四年制材料科学与工程、材料成型与控制工程专业，三年级本科生 4.先修课程：材料科学基础、金属学、物理化学 5.教材：“合金固态相变”，赵乃勤主编，中南大学出版社，2008 6.开课单位：材料科学与工程学院二、课程性质目的、任务和基本要求 1.性质目的和任务固态相变是材料科学与工程专业的主要专业课之一，它是以物理、数学、物理化学和金属学原理等课程为基础，着重讲授与合金固态相变有关的基本理论，主要包括金属（特别是钢）在加热、冷却过程中相变的基本原理和规律以及组织结构与性能之间的关系，为提高产品质量、充分发挥现有材料的潜力、合理制定热处理工艺、发展新材料和新工艺打下坚实的基础。本课程的内容应适当反映现代固态相变理论的发展和成就。 2. 课程的基本要求学生通过学习本课程，应达到：1.掌握金属材料中相变的基本理论，重点是钢中组织转变的基本规律；2.有运用金属材料中相变基本规律，分析和研究金属热处理工艺问题的能力； 3.初步掌握成分组织与性能之间的关系，从而对金属材料具有一定的分析和研究能力。三、课程教学环节、内容及学时分配（一）课程内容第一章绪论合金固态相变的定义。金属固态相变在工业中的地位和作用。本课程的研究对象、内容以及与其它课程的关系。教学重点：固态相变的一般特征，包括驱动力和阻力，相变的形核、长大、扩散、相界面等。第二章合金固态相变的常用研究方法具体介绍研究物相类型、分布和相变过程的各种手段。教学重点：材料的物相种类、相分布和相变过程所采用的不同研究手段，并对各研究手段在相变研究中的用途和基本原理有所了解。

第一章金属固态相变

金属热处理主讲主讲从善海从善海材冶学院金属材料工程系 1.热处理热处理是将钢在固态下加热到预定的温度，保温一定的时间，然后以预定的方式冷却下来的一种热加工工艺，其工艺曲线如下图所示。一、热处理及其作用绪论 ℃ Ac 1 加热 Ac 3

●平衡脱熔沉淀设A-B 二元合金，当成分为K 的合金被加热到t 1温度时，β相将全部溶入a 相中而成为单一的固溶体。若自t 1温度缓慢冷却至固溶度曲线MN 以下温度时，β相又将逐渐析出，这一过程称为平衡脱熔沉淀。（二）平衡脱熔沉淀在转变初期，新形成的两个微区之间并无明显的界面和成分的突变，上坡扩散，最终使一均匀固

二、不平衡转变（一）伪共析转变当奥氏体以较快冷速过冷到GS和ES的延长线以下温度时（如图1-2中虚线），奥氏体中同时析出铁素体和渗碳体。亚共析钢或过共析钢从奥氏体状态快温度以下，先共析相来不速冷却到A r1 及析出，奥氏体直接转变为铁素体和渗碳体（F+Fe C），这种转变称为伪 3 共析转变。这种由非共析成分所获得的共析组织称为伪共析组织

期间过饱和固溶体便会自发地发生分解，从中逐渐析出不平衡脱熔沉淀或时效

b）伸缩型半共格（c）切变型半共格（三）非共格晶面当两相界面处的原子排列差异很大，即错配度很大时，其原子间的匹配关系便不再维持见，这种界面称为非共格界面。（d、c ）非共格界面二、两相间的晶体学关系惯习面惯习面通常以母相的晶面指数表示，如马氏体总是在奥氏体的面上形成，故固态相变时新相与母相间往往存在一定的取向关系，而且新相往往又是在母相一定的晶面族上形成，这种品面称为惯习面。 {} α′ 011 {} γ 111 // {} α′ 011 {} γ 111 马氏体的密排面与奥氏体的密排面记着：

天津大学2008～2009学年第二学期期末考试试卷《合金固态相变》B卷答案

天津大学2008～2009学年第二学期期末考试试卷《合金固态相变》B卷答案一、名称解释(10分，每题2分) 1. 回火马氏体:淬火钢在低温回火时得到的组织。 2. 回火脆性:随回火温度升高，一般是钢的强度、硬度降低，塑性升高，但冲击韧性不一定总是随回火温度升高而升高，有些钢在某些温度回火时，韧性反而显著下降的现象。 3. 二次硬化现象:当M中K形成元素含量足够多时，500°C以上回火会析出合金碳化物，细小的弥散分布的合金K将使已经因回火温度升高而下降的硬度重新升高，故称二次硬化。 4. 晶粒度:设n为放大100倍时每645mm2(lin2)面积内的晶粒数，则下式中的N被用来表示晶粒大小的级别，被称为晶粒度。N=2N-1 5. 形状记忆效应:将某些金属材料进行变形后加热到某一特定温度以上时，能自动恢复原来形状的效应。二、填空：(20分，每空0.5分) 1. M转变的切变模型有Bain模型，K-S模型，G-T模型。 2．奥氏体转变的四个阶段是A形核，A长大，渗碳体溶解，A均匀化。 3．固相界面根据其共格性有共格界面，半共格界面，非共格界面，其中非共格界面的弹性应变能最小。 4．A转变时，转变温度与临界点A1之差称为过热度，它随加热速度的增大而增大。5．奥氏体是碳溶于γ－铁固溶体，碳原子位于八面体中心位置，钢中马氏体是碳在α铁中的过饱和固溶体，具有体心立方点阵 6．影响钢的Ms点的最主要因素是碳含量，Ms随碳含量升高而降低。 7．一般退火采取的冷却方式为炉冷，正火的冷却方式为空冷，正火后强度略高于于退火后的强度，组织更细小。 8．M回火加热时，回火转变过程依次为M中碳原子的偏聚和聚集，M的分解，残余A分解，碳化物类型变化，a相回复与再结晶。 9．时效硬化机制有内应变强化，切过颗粒强化，绕过析出相（Orowan机制）。 10．高碳钢为了改善其切削加工性能，淬火后进行高温回火，工业中也称为派登处理。11．马氏体转变时K-S关系是指｛110｝α’|| ｛111｝γ(晶面关系)，﹤111﹥α’|| ﹤110﹥γ(晶向关系)。 12.常用的淬火介质中，淬火时伴随有物态变化的介质有：水，水溶液（油）等；没有物态变化的介质有熔盐，碱（熔融金属）等。三、选择(20分，每题1分) 1.亚共析钢在AC3下加热后的转变产物为__c_。 (a) F (b) A (c) F+A (d) P+F 2. 由于形成F与Fe3C的二相平衡时，体系自由能最低，所以A只要在A1下保持足够长时间，就会得到__c__的二相混合物P。 (a)A+P (b)A+Fe3C (c)F+Fe3C (d)A+F 3．合金时效时随时间的延长硬度发生下降是发生了_b__。 (a) 冷时效(b) 过时效(c) 温时效(d) 自然时效 4．选出过冷奥氏体向贝氏体转变时的相变阻力__b,c_ (a)新相和母相的自由能差(b)两相间的表面能(c)弹性应变能(d)塑性应变能 5．亚共析钢的先共析铁素体是在__d__以上向奥氏体转变的。 (a) AC1 (b) T0 (c) A1 (d) AC3

金属材料工程专业指导性培养方案

金属材料工程专业指导性培养方案部门：机械与汽车工程学院部门负责人：许德章审核：陶庭先校长：干洪制订日期：2013年4月一、培养目标与基本要求培养目标：本专业培养德智体美全面发展、诚信实干、基础扎实、实践能力强、综合素质高、具有创新精神，具备金属材料基础理论、铸造及热处理、表面工程等专业方向相关的工程技术知识，能在冶金、金属材料的制备、金属材料的铸造成型及热处理、材料结构研究与分析、材料表面处理等领域从事科学研究、技术与产品开发、工艺和设备设计、生产和经营管理等方面的应用型高级工程技术人才。基本要求： 1、热爱社会主义祖国，拥护中国共产党的领导，树立正确的人生观、世界观和价值观，具有良好的思想品德、社会公德和职业道德。 2、掌握专业所需的基础科学理论知识，掌握本专业扎实的专业基础理论及必要的专业知识，具有本专业所必需的基本技能，具有良好的业务素养。 3、掌握科学的思维方法，具有创新能力和较强实践能力，具有较强的终身学习能力、获取及处理信息能力。 4、具有良好的心理素质和适应能力，掌握科学锻炼身体的基本技能，受到必要的军事训练，达到国家规定的大学生体育和军事训练合格标准。毕业生应获得的知识和达到的能力： 1、掌握金属材料的铸造成型及热处理、材料表面处理、材料耐蚀与磨损的基础理论，以及表面处理、腐蚀与防护、耐蚀与磨损等方面的专业知识和技能；

2、掌握金属材料铸造成型工艺及设备的设计与制造方法； 3、掌握电镀、化学镀、涂装、真空镀、离子喷涂等原理与工艺方法； 4、具有从事金属材料及其耐蚀、耐磨及防腐材料的研究，正确地制定生产工艺及选用设备的初步能力； 5、具有本专业必需的机械、电工与电子技术、计算机应用的基本知识和技能； 6、具有研究开发和应用新材料、新工艺和相关设备的初步能力； 7、具有较强的创新意识及获取知识和运用知识解决实际问题的能力。业务范围： 1、从事金属材料的铸造成型及热处理、表面工程、材料的腐蚀与防护等行业的技术工作； 2、从事金属材料的设计、制备、成型及其性能的检测与分析； 3、从事材料生产组织、技术管理和材料性能的检测、缺陷分析等技术监督工作； 4、从事金属材料生产技术管理、设备维护运行管理和经营销售等工作； 5、从事金属材料工程方面的科研、教学等工作。二、专业方向金属材料工程三、学制：本科四年四、主干学科、主要课程、主要实践教学环节主干学科：材料科学与工程主要课程：马克思主义基本原理、毛泽东思想和中国特色社会主义理论体系概论、高等数学Ⅰ、大学英语、画法几何及机械制图I、机械设计基础Ⅱ、工程力学Ⅱ、材料化学、材料科学基础、材料力学性能、金属固态相变原理、金属材料学（Metal Material Science）、表面工程学、液态成型原理、电化学原理、铸造工艺学主要实践教学环节：专业认识实习、专业生产实习、专业综合设计/实验、毕业设计（论文）五、课程配置流程图、专业教育内容与课程体系

钛合金及其热处理工艺简述样本

钛合金及其热解决工艺简述宝鸡钛业股份有限公司：杨新林摘要：本文对钛及其合金基本信息进行了简要简介，对钛几类固溶体划分进行了简述，对钛合金固态相变也进行了概述。重点概述了钛合金热解决类型及工艺，为之后生产实习中对钛合金热解决工艺结识提供指引。核心词：钛合金，热解决 1 引言钛在地壳中蕴藏量位于构造金属第四位,但其应用远比铜、铁、锡等金属滞后。钛合金中溶解少量氧、氮、碳、氢等杂质元素,使其产生脆性,从而妨碍了初期人们对钛合金开发和运用。直至二十世纪四五十年代,随着英、美及苏联等国钛合金熔炼技术改进和提高,钛合金应用才逐渐开展[5]。纯钛熔点为1668℃,高于铁熔点。钛在固态下具备同素异构转变,在882.5℃以上为体心立方晶格β相,在882.5℃如下为密排六方晶格α相。钛合金依照其退火后室温组织类型进行分类,退火组织为α相钛合金记为TAX,也称为α型钛合金；退火组织为β相钛合金记为TBX,也称为β型钛合金；退火组织为α+β两相钛合金记为TCX,也称为α+β型钛合金,其中“X”为顺序号。国内当前钛合金牌号已超过50个,其中TA型26个,TB型8个以上,TC型15个以上[5]。钛合金具备如下特点：

（1）与其她合金相比,钛合金屈强比很高,屈服强度与抗拉强度极为接近；（2）钛合金密度为4g/cm3,大概为钢一半,因而,它具备较高比强度；（3）钛合金耐腐蚀性能优良,在海水中其耐蚀性甚至比不锈钢还要好；（4）钛合金导热系数小,摩擦系数大,因而机械加工性不好；（5）在焊接时,钛合金焊缝金属和高热影响区容易被氧、氢、碳、氮等元素污染,使接头性能变坏。在熔炼和各种加工过程完毕之后,为了消除材料中加工应力，达到使用规定性能水平，稳定零件尺寸以及去除热加工或化学解决过程中增长有害元素(例如氢)等,往往要通过热解决工艺来实现。钛合金热解决工艺大体可分为退火、固溶解决和时效解决三个类型。由于钛合金高化学活性,钛合金最后热解决普通在真空条件下进行。热解决是调节钛合金强度重要手段之一。 2 钛合金合金化特点钛合金性能由Ti同合金元素间物理化学反映特点来决定，即由形成固溶体和化合物特性以及对α?β转变影响等来决定。而这些影响又与合金元素原子尺寸、电化学性质（在周期表中相对位置）、晶格类型和电子浓度等关于。但作为Ti合金与其他有色金属如Al、Cu、Ni 等比较，尚有其独有特点，如：（1）运用Tiα?β转变，通过合金化和热解决可以随意得到α、α+β和β相组织；（2）Ti是过渡族元素，有未填满d电子层，能同原子直径差位于±20％以内置换式元素形成高浓度固溶体；

铝合金的固态相变分析

目录 1.1前言 (1) 1.1.1铝合金研究概况 (1) 1.1.2喷射成型技术基本原理及特点 (1) 2.1铝铜合金强化机制 (2) 3.1 AI-Cu-Mg合金中的相变机理 (3) 3.1.1AI-Cu合金的脱溶沉淀 (3) 3.2 AI-Cu-Mg合金中的其他相变机理 (4) 3.2.1引入位错在合金中的相变机理 (4) 3.2.2AI-Cu-Mg合金中的相变热力学机理 (5) 3.2.3空位在AI-Cu-Mg合金中的相变机理 (6) 参考文献

摘要喷射成形制备超高强铝合金具有密度低，比强度高等特点，在航空航天工业中被广泛用作结构材料。铝合金中的固态相变对合金的强化有很大影响。本文简单介绍了喷射成型制备超高强铝合金的发展概况和铝铜合金的强化机制，并介绍了铝合金中常见的固态相变类型。关键词：铝铜合金形，喷射成形，固态相变，脱溶沉淀，位错

喷射成形制备超高强铝合金的强化机理 1.1前言 1.1.1铝合金研究概况铝合金具有密度低、比强度高、韧性好耐腐蚀等优点, 在航空航天工业中被广泛用作结构材料。但是传统的铸锭冶金技术已经无法满足航空、航天工业对铝合金在使用性能方面日益增长的要求, 于是各种新型材料制备技术应运而生。高强铝合金(2000系, 7000系) 以其优异的综合性能在商用飞机的使用量已经达到其结构重量的80% 以上因此得到国内外航空工业界的普遍重视。但是传统的材料制备工艺已经无法满足现代航空航天技术对高强铝合金性能的使用要求。研究发现, 采用喷射形成技术可以避免普遍铸造合金中粗大晶粒的出现, 同时对冶金质量(Fe, Si 含量) 的要求大幅度放宽。与粉末冶金工艺相比, 喷射成形技术解决了材料氧化严重及难于成形的问题, 因此可以进一步降低成本并提高材料性能。喷射成形其主要原理在于: 熔融金属或合金液在保护性气氛中被雾化成弥散分布的液态微滴(雾化方法可以是高压气体雾化或机械离心雾化) , 雾化后的液滴在高压气体或离心力的作用下,喷射到具有不同运动方式的金属基底表面, 形成半固态薄层。经过雾化喷射过程中雾滴与气体的对流换热及沉积坯与基底的热传导, 金属或合金液迅速冷却, 从而凝固成具有不同形状和较高致密度的喷射成形金属实体。该工艺将金属的雾化过程及雾化后液滴的沉积和成形过程两个阶段结合在一起, 只经一道工序即可制备出结构致密、无宏观偏析、含氧量低的铝合金材料[1] [2]。 1.1.2喷射成型技术基本原理及特点喷射成形是以快速凝固技术的代表技术—粉末冶金技术的发展，同时也是一种新的液态成形技术。其原理是将熔融金属雾化、并直接喷射到较冷的衬底表面上，熔滴在沉积器表面附着、堆积、铺展、融合、固结而形成具有快速凝固组织特征的沉积坯件。对于每个微小的金属单元而言，在短暂的时间内发生并完成这样一个复杂的过程，而整个金属熔液则分批、连续的经历这个过程，最后得到大尺寸的快速凝固坯锭。整个喷射沉积过程，可以直观地分为金属液释放、雾化、

钛合金及其热处理实用工艺简述

钛合金及其热处理工艺简述钛业股份：新林摘要：本文对钛及其合金的基本信息进行了简要介绍，对钛的几类固溶体划分进行了简述，对钛合金固态相变也进行了概述。重点概述了钛合金的热处理类型及工艺，为之后生产实习中对钛合金的热处理工艺认识提供指导。关键词：钛合金，热处理 1 引言钛在地壳中的蕴藏量位于结构金属的第四位,但其应用远比铜、铁、锡等金属滞后。钛合金中溶解的少量氧、氮、碳、氢等杂质元素,使其产生脆性,从而妨碍了早期人们对钛合金的开发和利用。直至二十世纪四五十年代,随着英、美及联等国钛合金熔炼技术的改进和提高,钛合金的应用才逐渐开展[5]。纯钛的熔点为1668℃,高于铁的熔点。钛在固态下具有同素异构转变,在882.5℃以上为体心立方晶格的β相,在882.5℃以下为密排六方晶格的α相。钛合金根据其退火后的室温组织类型进行分类,退火组织为α相的钛合金记为TAX,也称为α型钛合金；退火组织为β相的钛合金记为TBX,也称为β型钛合金；退火组织为α+β两相的钛合金记为TCX,也称为α+β型钛合金,其中的“X”为顺序号。我国目前的钛合金牌号已超过50个,其中TA型26个,TB型8个以上,TC 型15个以上[5]。钛合金具有如下特点：（1）与其他的合金相比,钛合金的屈强比很高,屈服强度与抗拉强度极为接近；（2）钛合金的密度为4g/cm3,大约为钢的一半,因此,它具有较高的比强度；（3）钛合金的耐腐蚀性能优良,在海水中其耐蚀性甚至比不锈钢还要好；（4）钛合金的导热系数小,摩擦系数大,因而机械加工性不好；

（5）在焊接时,钛合金焊缝金属和高热影响区容易被氧、氢、碳、氮等元素污染,使接头性能变坏。在熔炼和各种加工过程完成之后,为了消除材料中的加工应力，达到使用要求的性能水平，稳定零件尺寸以及去除热加工或化学处理过程中增加的有害元素(例如氢)等,往往要通过热处理工艺来实现。钛合金热处理工艺大体可分为退火、固溶处理和时效处理三个类型。由于钛合金高的化学活性,钛合金的最终热处理通常在真空的条件下进行。热处理是调整钛合金强度的重要手段之一。 2 钛合金的合金化特点钛合金的性能由Ti同合金元素间的物理化学反应特点来决定，即由形成的固溶体和化合物的特性以及对α?β转变的影响等来决定。而这些影响又与合金元素的原子尺寸、电化学性质（在周期表中的相对位置）、晶格类型和电子浓度等有关。但作为Ti合金与其它有色金属如Al、Cu、Ni 等比较，还有其独有的特点，如：（1）利用Ti的α?β转变，通过合金化和热处理可以随意得到α、α+β和β相组织；（2）Ti是过渡族元素，有未填满的d电子层，能同原子直径差位于±20％以的置换式元素形成高浓度的固溶体；（3）Ti及其合金在远远低于熔点的温度中能同O、N、H、C等间隙式杂质发生反应，使性能发生强烈的改变；（4）Ti同其它元素能形成金属键、共价键和离子键固溶体和化合物。 Ti合金合金化的主要目的是利用合金元素对α或β相的稳定作用，来控制α和β相的组成和性能。各种合金元素的稳定作用又与元素的电子浓度（价电子数与原子的比值）有密切关系，一般来说，电子浓度小于4的元素能稳定α相，电子浓度大于4的元素能稳定β相，电子浓度等于4的元素，既能稳定α相，也能稳定β相。工业用Ti合金的主要合金元素有Al、Sn、Zr、V、Mo、Mn、Fe、Cr、Cu和Si 等，按其对转变温度的影响和在α或β相中的固溶度可以分为三大类：α稳定元素、β稳定元素、中性元素[6,7]。

固态相变试题库及答案

固态相变课程复习思考题2012-5-17 1.说明金属固态相变的主要分类及其形式 2.说明金属固态相变的主要特点 3.说明金属固态相变的热力学条件与作用 4.说明金属固态相变的晶核长大条件和机制 5.说明奥氏体的组织特征和性能 6.说明奥氏体的形成机制 7.简要说明珠光体的组织特征 8.简要说明珠光体的转变体制 9.简要说明珠光体转变产物的机械性能 10.简要说明马氏体相变的主要特点 11.简要说明马氏体相变的形核理论和切边模型 12.说明马氏体的机械性能，例如硬度、强度和韧性 13.简要说明贝氏体的基本特征和组织形态 14.说明恩金贝氏体相变假说 15.说明钢中贝氏体的机械性能 16.说明钢中贝氏体的组织形态 17.分析合金脱溶过程和脱溶物的结构 18.分析合金脱溶后的显微组织 19.说明合金脱溶时效的性能变化 20.说明合金的调幅分解的结构、组织和性能 21.试计算碳含量为2.11%（质量分数）奥氏体中，平均几个晶胞有一个碳原子？ 22.影响珠光体片间距的因素有哪些？ 23.试述影响珠光体转变力学的因素。 24.试述珠光体转变为什么不能存在领先相 25.过冷奥氏体在什么条件下形成片状珠光体，什么条件下形成粒状珠光体 26.试述马氏体相变的主要特征及马氏体相变的判据 27.试述贝氏体转变与马氏体相变的异同点 28.试述贝氏体转变的动力学特点 29.试述贝氏体的形核特点 30.熟悉如下概念：时效、脱溶、连续脱溶、不连续脱溶。 31.试述Al-Cu合金的时效过程，写出析出贯序 32.试述脱溶过程出现过渡相的原因 33.掌握如下基本概念：固态相变、平衡转变、共析相变、平衡脱溶、扩散性相变、无扩散型相变、均匀形核、形核率

钛合金及其热处理工艺简述

钛合金及其热处理工艺简述宝鸡钛业股份有限公司：杨新林摘要：本文对钛及其合金的基本信息进行了简要介绍，对钛的几类固溶体划分进行了简述，对钛合金固态相变也进行了概述。重点概述了钛合金的热处理类型及工艺，为之后生产实习中对钛合金的热处理工艺认识提供指导。关键词：钛合金，热处理 1 引言钛在地壳中的蕴藏量位于结构金属的第四位,但其应用远比铜、铁、锡等金属滞后。钛合金中溶解的少量氧、氮、碳、氢等杂质元素,使其产生脆性,从而妨碍了早期人们对钛合金的开发和利用。直至二十世纪四五十年代,随着英、美及苏联等国钛合金熔炼技术的改进和提高,钛合金的应用才逐渐开展[5]。纯钛的熔点为1668℃,高于铁的熔点。钛在固态下具有同素异构转变,在882.5℃以上为体心立方晶格的β相,在882.5℃以下为密排六方晶格的α相。钛合金根据其退火后的室温组织类型进行分类,退火组织为α相的钛合金记为TAX,也称为α型钛合金；退火组织为β相的钛合金记为TBX,也称为β型钛合金；退火组织为α+β两相的钛合金记为TCX,也称为α+β型钛合金,其中的“X”为顺序号。我国目前的钛合金牌号已超过50个,其中TA型26个,TB型8个以上,TC 型15个以上[5]。钛合金具有如下特点：（1）与其他的合金相比,钛合金的屈强比很高,屈服强度与抗拉强度极为接近；（2）钛合金的密度为4g/cm3,大约为钢的一半,因此,它具有较高的比强度；（3）钛合金的耐腐蚀性能优良,在海水中其耐蚀性甚至比不锈钢还要好；（4）钛合金的导热系数小,摩擦系数大,因而机械加工性不好；（5）在焊接时,钛合金焊缝金属和高热影响区容易被氧、氢、碳、氮等元素污染,使接头性能变坏。在熔炼和各种加工过程完成之后,为了消除材料中的加工应力，达到使用要求的性能水平，稳定零件尺寸以及去除热加工或化学处理过程中增加的有害元素(例如氢)等,往往要通过热处理工艺来实现。钛合金热处理工艺大体可分为退火、固溶处理和时效处理三个类型。由于钛合金高的化学活性,钛合金的最终热处理通常在真空的条件下进行。热处理是调整钛合金强度的重要手段之一。

金属固态相变原理

*本答案基本根据录音整理所得，课本有的标了页码* 金色固态相变原理简答题 1．简述共析钢加热奥氏体化的过程。(P42) 答：（1）奥氏体形核奥斯体的形核是通过形核和长大完成的。奥氏体的晶核是依靠系统的能量起伏、浓度起伏和结构起伏形成的；(2 )奥氏体晶核长大奥氏体的长大过程是两个新旧界面向原来的铁素体和渗碳体中推移的过程，驱动力为奥氏体中的碳浓度差；（3）剩余碳化物的溶解奥氏体中铁素体的溶解速度大了渗碳体的溶解速度，使渗碳体过剩而逐渐溶入奥氏体中；（4）奥氏体的均匀化继续加热或保温，借助碳原子的扩散使碳原子的分布趋于均匀。 2．马氏体相变的主要特征有哪些？(P76) 答：（1）切变共格和表面浮突现象马氏体转变时奥氏体中的原子基集体有规则的向新相中迁移，形成切变共格界面，表面产生浮突效应；（2）无扩散性仅由面心立方点阵通过切边改组为体心立方点阵，而无成分的变化；（3）具有特定的位向关系和惯习面；（4）在一个温度范围内完成相变温度在Ms-Mf完成，但是转变不能完全进行，有一定量的残余奥氏体存在；（5）可逆性 3．什么是第一类回火脆性，避免其发生的方法有哪些？(P143) 答：在250-400°C之间出现的回火脆性称为第一类回火脆性，也称低温回火脆性，也称为不可逆回火脆性。避免方法：（a）降低钢中杂质元素的含量；（b）用Al脱氧或加入Nb、V、Ti等合金元素以细化奥氏体晶粒；（c）加入Mo、W等能减轻第一类回火脆性的合金元素；（d）加入Cr、Si以调整发生第一类回火脆性的温度范围，使之避开所需的回火温度；（e）采用等温淬火工艺代替淬火加回火工艺。 4．板条马氏体和片状马氏体那种会出现显微裂纹，为什么？(根据录音所得) 答：片状马氏体。显微裂纹是片状马氏体形成是产生的，先形成的第一片马氏体贯穿整个晶粒，将奥氏体晶粒分成两个部分，而后形成的马氏体片大小受到限制，所以马氏体的大小是不同的。后形成的马氏体片不断的撞击先形成的马氏体。由于马氏体的形成速度非常快，所以相互撞击，同时还与奥氏体晶界撞击，产生较大的应力场，另外片状马氏体的含碳量比较高，不能通过滑移和孪晶等变形方式消除应力，所以片状马氏体容易出现显微裂纹。板条马氏体之间的夹角比较小，基本上是平行的，相互撞击的几率较小，残余奥氏体的存在可以缓解应力，所以板条马氏体没有出现显微裂纹。 5．什么是材料的热处理？其目的是什么？常见的热处理工艺有哪些？（根据录音所得）答：材料的热处理是通过特定的加热保温和冷却方式来获得工程上所需的组织的一种工艺过程的总称。目的：改变金属及合金的内部组织结构使其满足服役条件所提出的性能要求。常见的热处理工艺有淬火、正火、退火和回火。 6．如何区别高碳钢中的回火马氏体与下贝氏体？（根据录音所得）答：（1）高碳钢回火马氏体表面浮突呈锥字型，它的相变是通过共格切变机制完成的。而下贝氏体的表面浮突是不平行的相交成V字形，而且它的铁素体不是通过切变共格完成的；（2）高碳钢回火马氏体中存在位错和孪晶，而下贝氏体中的铁素体中只有位错盘结没有孪晶结构存在，其韧性较好。（3）下贝氏体中碳沿着与贝氏体长轴呈50-60°倾斜的直线规则排列与相间析出相似。回火马氏体中碳在铁素体中是均匀分布的。 7．奥氏体的晶核最容易在什么地方形成？为什么？（P40）

补充2 固态相变前沿与实践

固态相变动力学基础、前沿与实践
Fundamentals, Frontiers and Practices in Solid-state Phase Transformation Kinetics
刘永长
(E-mail:licmtju@https://www.360docs.net/doc/459378892.html,)

主要内容
? 引言 ? 固态相变动力学理论基础 ? 相变动力学模块化解析模型的建立 ? 相变动力学研究范例 ※形核和生长机制的影响 ※块状相变临界条件的确定 ? 主要结论

相变定义及类型
固态相变作为凝聚态物理、材料科学领域的重要科学问题，是指在外界条件改变时物相在某一特定条件下发生的突变，具体为：（1）结构变化；（2）化学成分不连续变化；（3）更深层次序结构的变化并引起物理性质的突变。热力学：固态相变总是朝Gibbs能降低的方向进行。动力学：固态相变动力学机制的不同导致相变产物的多样性，为实现材料组织控制提供了可能。

相变可分为一级相变和高级相变。相变点两相的Gibbs能必须连续、相等，但其各阶导数却可能不连续。相变点一级导数不相等的称为一级相变，即熵与体积呈不连续变化，即相变时会伴随潜热和体积的突变。一级相变过程往往属于结构上的重构，在动力学上常常出现相变滞后的现象。 ? 合金固态相变课程仅涉及到一级相变，通过记录相变过程的热效应和体积效应随时间的变化关系为动力学机制研究提供了可能。 (a)一级和(b)二级相变的相图特征

金属固态相变原理名词解释

1.固态相变:金属盒陶瓷等固体材料在温度和压力改变时，其内部组织或结构会发生变化，即从一种相状态到另一种相状态的转变 2.平衡转变；在缓慢加热或冷却时所发生的能获得复合平衡状态图的平衡组织的相变。 3.共析相变；合金在冷却时由一个固相分解为两个不同固相的转变 4.平衡脱溶相变；在缓慢冷却条件下，由过饱和固溶体中析出过剩相的过程 5.扩散性相变；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也称非协调型 6.无扩散性相变；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也称协同型 7.均匀形核；晶核在母相中无择优地任意均匀分布 8.形核率；单位时间形成的晶核数 9.混晶；置换固溶体，两种或多种元素相互溶解而形成的均匀晶相 10.异常长大:正常晶粒长大过程被第二相微粒、织构、表面热蚀沟等阻碍，使得大多数晶粒不能长大，从而使少数较大的晶粒得以迅速长大。 11.奥氏体；碳及各种化学元素在γ－Fe中形成的固溶体 12.珠光体；共析碳钢加热奥氏体化后缓慢冷却，在稍低于A1温度时奥氏体将分解为铁素体和渗碳体的混合物称为珠光体 13.粒状珠光体；通过片状珠光体中渗碳体的球状化而获得的 14.贝氏体；钢在奥氏体化后被过冷到珠光体转变温度区间以下，马氏体转变温度区间以上这一中温度区间(所谓“贝氏体转变温度区间”)转变而成的由铁素体及其内分布着弥散的碳化物所形成的亚稳组织，即贝氏体转变的产物。 15.马氏体；对固态的铁基合金(钢铁及其他铁基合金)以及非铁金属及合金而言，是无扩散的共格切变型相转变，即马氏体转变的产物。就铁基合金而言，是过冷奥氏体发生无扩散的共格切变型相转变即马氏体转变所形成的产物。铁基合金中常见的马氏体，就其本质而言，是碳和(或)合金元素在α铁中的过饱和固溶体。就铁-碳二元合金而言，是碳在α铁中的过饱和固溶体。 16.屈氏体；通过奥氏体等温转变所得到的由铁素体与渗碳体组成的极弥散的混合物。是一种最细珠光体类型组织，其组织比索氏体组织还细 17.索氏体；马氏体于回火时形成的，在光学金相显微镜下放大五六百倍才能分辨出为铁素体内分布着碳化物(包括渗碳体)球粒的复相组织。 18.组织遗传；将晶界有序组织加热到Ac3,可能导致形成的奥氏体晶粒与原始晶粒具有相同的形状、大小和取向。 19.相变孪晶；相变过程中形成的孪晶。 20.热稳定化；淬火时因缓慢冷却或在冷却过程中因停留而引起奥氏体稳定性提高，使马氏体转变迟滞的现象。 21.反稳定化；当等温温度超过一定限度后，随等温温度升高，奥氏体稳定化程度反而下降的现象。 22.不变平面应变；相变过程中虽然发生了变形，但变形为均匀切变，且相变过程中惯习面为不变平面的应变。 23.惯习面；固态相变时，新相往往在母相的一定晶面开始形成，这个晶面称 24.热弹性马氏体；在冷却转变与加热逆转变时呈弹性长大与缩小的马氏体 25.形状记忆合金；具有这种形状记忆效应的金属发生较大变形后，经加热至某一温度之上，能恢复到变形前形状的合金。 26.正方度；c/a表示晶格畸变程度，具有体心正方点阵结构的马氏体的c/a值。 27.伪共析组织；过冷奥氏体以极快冷速转变形成的p组织，其成分因奥氏体含碳量不同而不同。 28.回火；淬火处理后将工件加热到低于临界点的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的一种热处理操作。 29.回火屈氏体；铁素体加片状或者小颗粒状渗碳体的混合组织 30.回火马氏体；残余奥氏体向低碳马氏体和e-碳化物分解的过程，所得组织马氏体经分解后的立方马氏体+e-碳化物的混合组织。 31.回火索氏体；等轴铁素体加尺寸较大的粒状渗碳体的混合组织 32.回火脆性；随回火温度升高，冲击韧性反而下降的现象 33.二次硬化；当马氏体中含有足够量的碳化物形成元素时，在500°c以上回火是将会析出细小的特殊碳化物，导致因回火温度升高， -碳化物粗化而软化的刚再度硬化 34.二次淬火；在冷却回火是残余奥氏体转变为马氏体的现象叫二次淬火 35.时效；合金在脱溶过程中，其机械性能物理性能化学性能等均随之发生变化的现象 36.脱溶；从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

固态相变习题

第一章自测题试卷 1、固态相变是固态金属（包括金属与合金）在（）和（）改变时，（）的变化。 2、相的定义为（）。 3、新相与母相界面原子排列方式有三种类型，分别为（）、（）、（），其中（）界面能最低，（）应变能最低。 4、固态相变的阻力为（）及（）。 5、平衡相变分为（）、（）、（）、（）、（）。 6、非平衡相变分为（）、（）、（）、（）、（）。 7、固态相变的分类，按热力学分类：（）、（）；按原子迁动方式不同分类：（）、（）；按生长方式分类（）、（）。 8、在体积相同时，新相呈（）体积应变能最小。 A．碟状（盘片状）B.针状 C.球状 9、简述固态相变的非均匀形核。 10、简述固态相变的基本特点。第二章自测题试卷 1、分析物相类型的手段有（）、（）、（）。 2、组织观测手段有（）、（）、（）。 3、相变过程的研究方法包括（）、（）、（）。 4、阿贝成像原理为（）。 5、物相分析的共同原理为（）。 6、扫描电镜的工作原理简单概括为：（）。 7、透射电子显微镜的衬度像分为（）、（）、（）。第三章自测题试卷 1. 根据扩散观点，奥氏体晶核的形成必须依靠系统内的（）： A.能量起伏、浓度起伏、结构起伏 B. 相起伏、浓度起伏、结构起伏 C.能量起伏、价键起伏、相起伏 D. 浓度起伏、价键起伏、结构起伏 2. 奥氏体所具有的性能包括：（） A.高强度、顺磁性、密度高、导热性差； B.高塑性、顺磁性、密度高、导热性差； C.较好热强性、高塑性、顺磁性、线膨胀系数大； D.较好热强性、高塑性、铁磁性、线膨胀系数大。 3. 影响奥氏体转变的影响因素包括（）、（）、（）、（）。 4．控制奥氏体晶粒大小的措施有：（），（），（），（）。 5．奥氏体是Fe-C合金中的一种重要的相，一般是指（），碳原子位于（）。 6. 绘图说明共析钢奥氏体的形成过程。 7. 奥氏体易于在铁素体和渗碳体的相界面处成核的原因是什么？ 8. 简述连续加热时奥氏体转变的特点。 9. 说明组织遗传的定义和控制方法。 10. 从奥氏体等温形成动力学曲线出发说明珠光体到奥氏体的转变特征。第四章自测题试卷 1、填空题 1) 根据片层间距的大小，可以将珠光体分为________ 、________、________。 2) 获得粒状珠光体的途径有________ 、__________ 、___________ 、___________ 。 3) 珠光体的长大方式有__________ 、___________ 、___________。

金属固态相变相关问题

金属固态相变第一次作业一、珠光体相变和珠光体组织，组织的获得方式。（1）珠光体相变及组织：铁碳合金经过奥氏体化后缓慢冷却时，具有共析成分的奥氏体在略低于A1 的温度下分解为铁素体与渗碳体双相组织的共析转变，称为珠光体转变。左图为过冷奥氏体等温转变动力学图，TTT曲线，C曲线，IT曲线。反映温度— —时间——转变量三者之间的关系。左图为共析碳钢C曲线（2）珠光体组织获得形式高温转变：在A1~550°C，Fe、C原子均可扩散，共析分解成珠光体——铁素体与渗碳体两相层片状机械混合物。珠光体团（或领域）——片层方向大致相同的珠光体，在一个奥氏体晶粒内可以形成3~5个珠光体团。索氏体是在650～600℃温度范围内形成层片较细的珠光体。屈氏体是在600～550℃温度范围内形成片层极细的珠光体。中温转变：在550°C~220°C，C原子可扩散，Fe原子不能扩散。形成贝氏体——过饱和铁素体与渗碳体的非层片状混合物。对于贝氏体又分为上下贝氏体。上贝氏体：550°C稍下形成，羽毛状。在平行铁素体板条间分布有不连续的杆状渗碳体。下贝氏体：220°C稍上形成，针状。在针状铁素体内分布有细小渗碳体。

低温转变：非扩散型转变，Fe、C原子均不发生扩散，生成的马氏体与原奥氏体成分相同。（3）珠光体组织：按珠光体的形态，可分为片状珠光体和粒状珠光体两种。其中粒状珠光体按渗碳体颗粒大小，分为粗粒状珠光体、粒状珠光体、细粒状珠光体和点状珠光体；片状珠光体按片间距的大小可分为珠光体、索氏体和屈氏体。片状珠光体由相间的铁素体和渗碳体片组成，若干大致平行的铁素体与渗碳体片组成一个珠光体领域或称珠光体团。粒状珠光体由在铁素体基体中分布着颗粒状渗碳体而形成的组织称为粒状珠光体或球状珠光体。粒状珠光体一般是通过球化退火等一些特定的热处理获得的。珠光体的形成温度较高，片间距较大，约为150nm~450nm；索氏体的形成温度较低，片间距为80nm~150nm；屈氏体形成温度更低，片间距为30nm~80nm。当钢中加入合金元素时，碳化物形成元素的原子M可能取代渗碳体中部分铁原子，形成合金渗碳体等合金碳化物，即特殊碳化物。当钢中存在合金渗碳体或合金碳化物时，珠光体的组织形态仍然主要是片状珠光体和粒状珠光体两种，但此外还有一些特殊形态的珠光体，如碳化物呈针状或纤维状的珠光体。相间沉淀也是珠光体的一种特殊的组织形态。二、影响珠光体性能的参数（1）片间距越小，珠光体的强度和硬度越高，塑性越大；片间距增大，珠光体断裂强度增加，断面收缩率降低。越接近共析成分时，珠光体对强度的影响就越大，珠光体的片层间距作用越大。片层间距大的小主要取决于形成温度。（2）珠光体团的直径越小，珠光体的强度和硬度越高，塑性越大；（3）珠光体中铁素体的亚晶粒尺寸：珠光体中铁素体晶粒直径越小，珠光体的强度和越高，塑性也升高。（4）原始奥氏体晶粒大小：影响珠光体团直径大小。（5）碳化物颗粒：当钢的成分一定时，碳化物颗粒约细小，硬度和强度就越高；碳化物颗粒约接近等轴状，分布越均匀，韧性越好。（6）珠光体形态：片状珠光体相对于粒状珠光体，强度和硬度都较高，但塑性较差，切削性和成型新也较差，疲劳强度也低于粒状珠光体。其原因在于，粒状珠光体中铁素体与渗碳体的相界面较片状珠光体少，强度和硬度稍低；而铁素体呈连续分布，渗碳体呈粒状分散在铁素体基体上，对位错运动的阻碍小，使塑性提高。（7）热变形参数：变形温度升高、变形速率降低、变形量增大的条件下，利于耐蚀重轨钢动态再结晶的发生；当变形温度和变形量一定时，变形速率越低，发生动态再结晶的可能性越大，应力峰值和临界应变减小；发生动态再结晶后得到珠光体组织，其珠光体片层间距和珠光体球团尺寸比未发生再结晶得到的珠光体更细小。

相变原理

相变原理 (2009-03-15 12:09:38) 忽视核外电子的规律运动,司空见惯的相变成了困惑人们的自然之谜。摘要：核外电子随着温度的规律的运动是相变的直接原因。（1）价和电子在平面稳定运转，伴生的价磁力指向稳定，物质呈固态。（2）价和电子在窄小空间范围扭曲运转，伴生的价磁力方向不稳，物体塑性增加。（3）价和电子在大范围空间扭曲运转，伴生的价磁力方晃动，物质呈液态。（4）价和电子在空间呈球面绕行运转，价和电子包围整个球面，价磁力没有了方向，球面电子与相邻的球面电子相斥，使分子球之间推开距离，物质呈气态。关键词：奥斯特实验小磁针伴生德布罗意波 [事实] 随着温度升高，一般物体都是由固体相变成液体，由液体相变成气体。所有纯净物质都有其固定的熔点、沸点；水在０℃结冰、１００℃沸腾；锡在2００℃电烙铁下就能熔化成液态，烙铁拿开，锡又立刻凝结成固体，温度与物质状态、特性相依相存。 [分析] 物质的相变与总是与温度精确的对应，千百年来人们不断在思索，温度是如何导致这样的变化？温度是怎样起作用的？这极具规律的对应绝不会是偶然的、孤立的。这有规律的变化必然源于且服从更深层的规则的运动。这个规则的运动，就是核外电子的规律的运动。核外电子随着温度的规律的运动是相变的直接原因。在J 1章我们谈到温度实质上就是核外电子运转的速度。核外电子速率加快，宏观的表现就是温度升高。温度升高到一定的程度，水能沸腾；钢铁能熔化，物质发生了相变。难道电子的快速运动就能导致这样的相变、如何导致相变？相变虽然与温度直接相关，然而只有达到了某一特定值，相变才能发生，这是一个从量变到质变的过程，也是物质的内聚力急剧变化的过程，核外电子的

钛合金的固态相变

钛合金的固体相变简介钛属于ⅣB族元素，原子序数为22，它在地壳中的丰度为0.6%，是地壳中储量较丰富的元素之一，在金属元素中仅次于铝、铁、镁，占第四位。钛自其发现到发展至如今已经过了200多年的历史，从工业价值、资源寿命和发展前景来看，钛仅次于铁、铝，被称为正在崛起的第三金属。与其他材料相比，钛具有下列优异的性能。（1）钛的密度小、强度高、比强度大。钛的密度为4.51g·cm-3，仅为铁的57.4%，铜的50.7%，不到铝的两倍，强度却比铝大三倍。钛合金的比强度是常用工业合金中最大的，为不锈钢的3.5倍，是铝合金的1.3倍，是镁合金的1.7倍，所以钛是航空航天工业必不可少的结构材料。（2）耐蚀性能优异。由于钛能在表面形成致密的钝性氧化膜，所以钛在海水、湿氯气、亚氯酸盐及次氯酸盐溶液、硝酸、铬酸、金属氯化物、硫化物、除草酸和大于10%的甲酸外的有机酸、5%以下的硫酸、盐酸、磷酸等很多腐蚀性介质中不被腐蚀。钛在海水中可保持5年不锈蚀，耐蚀性远远超过不锈钢（3）耐热性能好。钛的耐热性能好，通常铝在150℃，不锈钢在310℃即失去了原有的较高的力学性能，而钛合金在500℃左右仍保持良好的力学性能，有些钛合金的工作温度可高达600℃。（4）低温性能好。某些钛合金的强度随温度的降低而提高，但仍然保持很好的塑性，在–200℃下仍有较好的延性及韧性。（5）钛具有良好的生物相容性。医疗用钛合金骨骼、关节，血管支架等等，具有不锈钢等所没有的对人体无排异性的性能[5]。（6）钛具有无磁性。在20粤斯特条件下，其磁导率为1.00005~1.0001H·m-1，在很强大的磁场中也不会被磁化。（7）除此之外，钛还有很多其他优异性能，如吸氢功能，能与铌合成超导合金，与镍合成记忆合金等。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α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β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。

固态相变原理.

固态相变原理 1、相变的基础理论涉及三个方面的共性问题: 1相变能否进行,相变的方向 2相变进行的途径及速度 3相变的结果,即相变时结构转变的特征。分别对应相变热力学、相变动力学和相变晶体学。相变是朝着能量降低的方向进行; 相变是选择阻力最小、速度最快的途径进行; 相变可以有不同的终态,但只有最适合结构环境的新相才易于生存下来。 2、固态相变的特殊性 (相界面、弹性应变能、位向关系与惯习面、亚稳过渡相、原子迁移率、晶体缺陷。固态相变除满足热力学条件外,还须获得额外能量来克服晶格改组时原子间的引力,即存在相变势垒。相变势垒由激活能决定,也与是否有外加机械应力有关。 3、相变驱动力和相变阻力驱动力:体积自由能,来自晶体缺陷(点,线,面缺陷的储存能。储存能由大到小的排序:界面能,线缺陷,点缺陷。界面能中界隅提供的能量最大,但体积分数小,界棱次之,界面最小,但体积分数最大。相变阻力是界面能和弹性应变能。

弹性应变能与新旧相的比容差和弹性模量,及新相的几何外形有关。从能量的角度来看:共格界面的弹性应变能最大,非共格界面的界面能最大。球形新相界面能最小,但应变能最大,圆盘状新相相反,针状新相居中。 4、长大方式新相晶核的长大分为协同(共格或半共格,切变和非协同(非共格或扩散两种,前者速度快,后者速度慢。原子只能短程扩散时,长大速度与过冷度(温度存在极大值;长程扩散时,长大速度与扩散系数和母相的浓度梯度成正比,与相界面处两相的浓度差呈反比。 5、相变速率相变速率满足Johnson-Mehl方程或Avrami经验方程。相变之初和相变结束其,相变速率最小,转变量约50%时,相变速度最大。扩散型相变的动力学曲线呈“C”形。是由驱动力和扩散两个矛盾因素共同决定的。 6、C曲线 “C”曲线建立的原理:一定外界条件下,只要发生了相变,宏观上就能检测出某种变化(组织,结构,性能等,确定该条件下这种变化与新相转变量的关系。相变进行的难以程度决定“C”曲线的位置。“C”曲线可分为六种类型,影响“C”曲线的因素有:化学成分,奥氏体化条件和奥氏体晶粒尺寸,原始组织及外界能量(塑性变形等。凡是使过冷奥氏体稳定的因素均使“C”曲线右移(右移,说明相变所需要的临界冷却速率越小,相变越容易。连续冷却时,“C”曲线“滞后”,即向右下方向漂移。 7、用TTT曲线和CCT曲线判断组织组成的原则。只要过冷奥氏体经过或停留在那个区,就转变为该区对应的组织。过冷奥氏体全部转变完后,再经过任何区域都不会发现任何变化,是其自然冷却。冷速越快,硬度越高。冷速超过某临界值时(临界冷却速度,过冷奥氏体全部转变成马氏体。