材料相变原理复习提纲

材料相变原理复习提纲

第1章

1分析固态相变的动力和阻力。

相变驱动力是使系统自由焓下降的因素，相变阻力是相变导致系统自由焓升高的因素。

△ G = △ G相变+△ G界面+△ G畸

式中△ G相变一项为相变驱动力。其值是新旧相自由焓之差。

相变阻力包括很多内容：如晶界能、相界面能、位错畸变能、孪晶界面能、层错能、表面能、相变潜热等。综合为界面能和畸变能。

2讨论固态相变新相形状的影响因素。

新相的形状决定于长大速率的方向性，它受晶面的界面张力、表面或界面杂质吸附、温度和浓度梯度等影响。如生铁中石墨沿基面方向长大，成为片状石墨；如沿垂直于基面方向长大，则成为扇形石墨的复合体，即球状石墨。

1. 以共析钢为例，说明奥氏体的形成过程

1奥氏体晶核的形成：奥氏体晶核易于在铁素体与渗碳体相界面形成2奥氏体的长大：奥氏体中的碳含量是不均匀的，与铁素体相接处碳含量较低，与渗碳体相接处碳含量较高，引起碳的扩散，破坏了原先碳浓度的平衡，为了恢复碳浓度的平衡，促使铁素体向奥氏体转变以及fe3c的溶解，直至铁素体全部转变为奥氏体为止。 3 残余渗碳体的溶解：铁素体比奥氏体先消失，因此还残留未溶解的渗碳体，随时间的延长不断融入奥氏体，直至全部消失。4奥氏体均匀化：残余渗碳体全部溶解时，奥氏体中的碳浓度依然是不均匀的，继续延长保温时间，通过碳的扩散，可使奥氏体碳含量逐渐趋于均匀。渗碳体残余的原因：相界面向铁素体中的推移速度比向渗碳体中推移速度快14.8倍，但是铁素体片厚度仅比渗碳体片大 7倍，所以铁素体先消失，还有相当数量的剩余渗碳体未完全溶解。

2. 奥氏体的晶粒度由几种表示方法？并讨论影响奥氏体晶粒度的影响因素

晶粒度是指晶粒大小，晶粒大小可用多种方法表示，晶粒大小与晶粒度级别（N）的关系为：

n = 2N-1

n为放大100倍视野中单位面积内的数。N —般为1-8，级别越高，晶粒越细。

起始晶粒度；实际晶粒度；本质晶粒度。

本质细晶粒钢：5-8级；本质粗晶粒钢：1-4级。

奥氏体起始晶粒度大小决定于奥氏体的形核率（N）和长大速率（G。

n = 1.01（N/G）1/2

n为1mm面积内的晶粒数。

影响奥氏体晶粒长大的因素

1加热温度和保温时间的影响：

2加热速度的影响：

3钢中碳含量的影响：

4合金元素的影响：

3. 解释钢的组织遗传现象和断口遗传现象，分析产生原因，讨论防止方法。

具有粗大晶粒的原始奥氏体冷却得到的非平衡组织加热奥氏体化时，在一定的加热条件下，新形成的奥氏体晶粒会继承和恢复原始粗大的奥氏体晶粒。这种粗大奥氏体晶粒的遗传性，称为钢的组织遗传现象。

具有粗大晶粒的原始奥氏体冷却得到的非平衡组织加热奥氏体化时，以中等加热速

度加热到Ac3以上时，新形成的奥氏体晶粒会得到细化，不发生组织遗传，但这也—细晶组织却出现了粗晶断口，这种现象称为断口遗传现象。

产生原因：

组织遗传：合金钢以非平衡组织加热时，采用慢速加热和快速加热均容易出现组织遗传断口遗传：1.原始粗大奥氏体晶界上有 MnS沉淀粒子，使晶界强度下降。

2. 原奥氏体晶粒内的细小奥氏体晶粒空间取向一致，形成晶内织构，相当于粗大晶粒。

3. 原始奥氏体晶界富集C和Cr元素，形成碳化铬沿晶界析出，导致晶界结合力下降，引起粗大奥氏体晶界断裂。

防止方法：组织遗传：采用中等速度加热奥氏体化才有可能不出现组织遗传

1. 珠光体片层间距的控制方法、原理和意义珠光体的片层间距用so表示，它是用来衡量珠光体组织粗细的一个重要指标。珠光体的片层间距主要取决于珠光体形成时的过冷度，而与奥氏体晶粒度无关。过冷度越大，珠光体形成温度越低，珠光体片层间距越小，存在如下经验关系：

S0 = ( 8.02/ ?T ) x 103 (nm)

式中过冷度？T的单位为K。

2. 珠光体转变动力学特点和影响因素

一、珠光体的形核率和长大速率

珠光体的形核率和长大速率与形成温度的关系：

随转变温度降低(过冷度增大)，奥氏体与珠光体的自由能差增大，转变动力增大，形核率增大。

随转变温度降低，原子活动能力减弱，形核率减小。

随转变温度降低，原子扩散速度减慢，晶核长大速度降低。

随转变温度降低，奥氏体中碳浓度增大，碳扩散速度提高，晶核长大速度提高。

珠光体的形核率和长大速度与转变温度的关系曲线均具有极大值。

珠光体的形核率和长大速率与转变时间的关系：

随转变时间的增加，珠光体的形核率增大，晶核长大速度变化不大。

二、珠光体转变动力学图

珠光体转变有孕育期。

随转变温度降低，孕育期减小，某一温度孕育期最短，温度再降低，孕育期又增加。随转变时间增加，转变速度提高，当转变量超过 50%寸，转变速度又逐渐降低，直至转变完成。

三、影响珠光体转变动力学的因素

1. 碳含量的影响：

对于亚共析钢，随碳含量增加，先共析铁素体析出速度降低，珠光体的转变速度也降低。对于过共析钢，随碳含量增加，先共析渗碳体析出速度增大，珠光体转变速度提高。

2. 奥氏体成分均匀性和碳化物溶解情况的的影响：

奥氏体成分不均匀和有未溶碳化物时，先共析相和珠光体的形成速度提高。

3. 奥氏体晶粒度的影响：

奥氏体晶粒细小，先共析相和珠光体的形成速度提高。

4. 奥氏体化温度和时间的影响：

奥氏体化温度提高或保温时间延长，碳化物进一步溶解，奥氏体更加均匀，晶粒进一步长大，珠光体转变推迟。

5. 应力和塑性变形的影响：

对奥氏体进行拉应力或塑性变形，珠光体转变速度加快。

3. 亚共析钢中相间沉淀的产生条件、强化机理和影响因素。

一、相间沉淀条件

合金中有一定的碳（氮）和强碳（氮）化物形成元素，一般为低碳低合金钢。合适的奥氏体化温度，使合金中的碳化物和氮化物充分溶解。

连续冷却转变时，冷却深度要适中。冷速太慢，则特殊碳化物容易聚集长大，钢的性能下降；冷速过快，则细小特殊碳化物来不及形成，发生其它转变。

等温转变时，转变温度较高或者较低都使相间析出深度减慢，具有C曲线动力学特征，符合扩散型相变的形核长大规律。

二、相间沉淀机理

亚共析钢奥氏体冷却到A1以下某一温度时，首先在奥氏体晶界上形成铁素体，并向奥氏体中长大，使铁素体附近的奥氏体碳浓度提高，铁素体长大受阻。如在铁素体-奥氏体界面形成碳化物，则可降低界面奥氏体碳浓度，使铁素体继续长大。由于合金元素扩散速度较低，钢中碳含量较低，形成的合金碳化物尺寸很小。

相间沉淀的碳化物与铁素体具有一定的晶体学位向关系。

由于碳化物是在相变过程中的相界面处形成，空间呈层状分布。

三、影响因素

相间沉淀组织中，分布粒状碳化物的平面之间的距离（面间距）随等温转变温度降低或冷却速度的增大而减小，同时碳化物颗粒细化。合金元素越多，碳化物颗粒越细，面间距越小。碳含量越高，碳化物素量越多，面间距越小。

第4章

1试述马氏体的晶体结构及其产生原因

晶体结构：马氏体是由fe元素和c元素组成的单向结构，其中fe原子构成了体心立方，c原子分布在八面体间隙中。产生原因：c原子在马氏体点阵中可能位置为由fe原子组成的扁八面体空隙中，c原子有效半径＞扁八面体孔隙在短轴方向上的半径，故在平衡状态下，C的溶解度极小，然而一般钢中马氏体碳含量远远超过这个数值，引起点阵畸变，C溶入点阵扁八面体空隙后，力图使其变为正八面体，结果使短轴伸长，另外两个方向收缩，从而使体心立方转向体心正方点阵。

2简述马氏体异常正方度的产生原因。

正方度=c/a异常低正方度产生原因：正方度是由c原子在同一个亚点阵间隙中分布而造成的，所以在快冷的情况下，本来分布均匀的c原子要跑到同一亚点阵中需要运动时间，所以钢新生成时，c原子还没有运动分布到同一亚点阵中就开始测量，因而出现异常正方度。偏高：钢形成时，若全部跑到同一亚点阵中，结果就偏高，但是，计算发现即使全部c原子占据第三亚点阵，马氏体正方度也不能达到实验中测量的，因此，异常高正方度还与合金元素的有序分布有关。

3试述马氏体转变的主要特点。

1切变共格和表面浮凸现象，

（1）马氏体形成以切变的方式实现的，同时马氏体和奥氏体之间界面上的原子是共有的，切变共格界面，且新相与母相之间永远共格