金属材料改性
金属材料的表面改性与热处理实现材料表面性能的提升
金属材料的表面改性与热处理实现材料表面性能的提升金属材料在工业和制造领域中广泛应用，其表面性能对材料整体性能和使用寿命起着至关重要的作用。
为了提高金属材料的表面性能，表面改性和热处理技术被广泛采用。
本文将介绍金属材料表面改性的常用方法和热处理对材料表面性能提升的作用。
一、金属材料的表面改性1.化学表面改性化学表面改性是通过在金属材料表面形成一层化学活性的物质或化合物，从而改变其表面性能。
常用的化学表面改性方法包括电化学处理、溶液浸渍和化学沉积等。
通过这些方法，可以实现金属材料表面的腐蚀耐久性、摩擦性能、润滑性能等的提高。
2.物理表面改性物理表面改性是通过物理手段对金属材料表面进行改良，包括机械处理、喷涂涂层和磁场处理等。
其中，机械处理如切削、打磨和抛光可以提高金属材料的光洁度和平滑度，从而降低表面粗糙度并增加强度。
喷涂涂层技术可以在金属表面形成一层保护性膜，提高耐磨性和耐腐蚀性。
磁场处理可以通过调控磁场对金属表面进行改性，改善其力学性能和磁性能。
二、金属材料的热处理热处理是一种通过对金属材料进行加热和冷却的工艺，以改变材料的组织结构和性能。
常用的热处理方法包括退火、淬火、回火和固溶处理等。
1.退火退火是将金属材料加热至一定温度，然后缓慢冷却的过程。
退火可以消除金属材料中的应力和缺陷，提高其塑性和可加工性。
此外，退火还可以改变材料的晶粒结构，从而调节材料的硬度和强度。
2.淬火淬火是将金属材料加热至临界温度，然后迅速冷却至常温的过程。
淬火可以使金属材料形成超饱和固溶体或马氏体组织，从而提高材料的硬度、强度和耐磨性。
淬火还可以产生残余应力，使材料表面形成压应力层，提高抗拉应力的能力。
3.回火回火是将淬火后的金属材料加热至较低温度，然后适当冷却的过程。
回火可以降低金属材料的脆性和残余应力，提高其韧性和可靠性。
回火还可以调节材料的硬度，使其适应不同的工作条件。
4.固溶处理固溶处理是将合金的固溶元素加热至高温区，然后迅速冷却的过程。
金属材料表面改性技术研究
金属材料表面改性技术研究金属材料表面改性技术是一种将物体表面进行物理或化学处理，以增强其表面性能和性质的技术。
随着现代科学技术的不断发展，金属材料表面改性技术已成为现代制造业的一个重要组成部分。
一、金属材料表面改性技术的概述目前，金属材料表面改性技术主要包括机械加工、光照处理、等离子体镀膜、电化学处理、离子注入、激光处理、等等。
其中，机械加工是一种通过机械方式对材料表面进行加工的方法。
光照处理则是指通过光照或激光束对金属表面进行处理。
等离子体镀膜技术是一种通过等离子体对金属表面进行处理的方法，其基本原理是在反应室内加入气体，产生等离子体，并将其沉积在材料表面上。
电化学处理技术则是一种通过电解的方式对金属表面进行处理的方法。
离子注入技术主要使用离子束对金属表面进行改性。
激光处理技术是利用激光束对材料表面进行加工处理的技术。
二、金属材料表面改性技术的应用金属材料表面改性技术在航空航天、军事、电子、汽车、机械等领域有着广泛的应用。
在航空航天领域，金属材料表面改性技术可以增加飞机的机翼性能、提高超音速飞机抗热能力、改善发动机推进性能。
在军事领域，金属材料表面改性技术可以提高建筑结构的强度和抗震能力、改善军备装备的性能和可靠性。
在电子领域，金属材料表面改性技术可以提高电子元器件的导电率和耐腐蚀性。
在汽车领域，金属材料表面改性技术可以增强汽车零部件的硬度、强度和耐磨性，降低汽车排放的排放量。
在机械领域，金属材料表面改性技术可以提高机械元器件的强度和耐蚀性。
三、金属材料表面改性技术的发展趋势未来的金属材料表面改性技术将会更加重视环保和可持续性发展。
目前，越来越多的研究表明，许多表面改性添加剂会对环境或人体健康产生负面影响。
因此，未来金属材料表面改性技术的趋势将是寻找新的、可持续的改性技术和材料，以减少对环境的污染和对人体的伤害。
同时，还将越来越注重智能化和精度。
未来，通过集成机器学习和人工智能技术，将实现金属材料表面改性技术的自动化、精度和远程操作。
金属材料表面改性的制备及应用
金属材料表面改性的制备及应用金属材料作为工程材料的重要组成部分，在现代工业中发挥着不可替代的作用。
然而，在实际应用中，由于外界环境的影响，金属材料表面容易出现氧化、腐蚀等现象，从而导致材料性能的下降。
为此，表面改性技术应运而生，通过改变金属材料表面的化学、物理性质，从而可以提高金属材料的性能，并延长其使用寿命。
本文将探讨金属材料表面改性的制备及应用。
一、金属表面改性的常见方法1.化学氧化：金属材料表面化学氧化是通过利用金属表面吸附氧气并在氧气中形成金属氧化物的化学反应来实现的。
该方法操作简单、成本低廉，但易受外界环境的影响，导致氧化层密度不均匀。
2.物理氧化：物理氧化可以通过高温氧化、阳极氧化等方式来实现。
其制备的氧化层密度、颜色和成分均可调控，具有较好的稳定性。
3.化学镀层：化学镀层是将金属置于含有金属离子的溶液中，利用还原-氧化反应在表面形成金属薄层。
该方法制备的材料表面平整度好、质量均匀、附着力强，但环境要求较高，难以应用于大规模生产。
4.物理镀层：物理镀层包括真空镀层、喷涂镀层等方法。
该方法制备的可降解性“纳米壳”具有高度可控性和良好的稳定性，可被广泛应用于涂料、塑料、高分子材料和生物医学等多个领域。
二、金属表面改性的应用1.防腐材料：金属腐蚀是生命与财产安全的大敌。
利用表面改性技术，可以制备出具有很强防腐和耐酸碱性能的金属材料。
在国防、化工、航空、航天等多个工业领域已经得到广泛应用。
2.材料复合：表面改性技术可以将不同性质的材料表面改性，制备出具有多种性质的复合材料。
例如，在化工、航空、汽车等行业中，利用表面改性技术可以将金属材料和非金属材料进行复合，制备出具有优异性能的复合材料。
3.制造新型材料：表面改性技术可以将磁性、光电性、催化性等性能引入到金属材料中，制备出一系列具有特殊性质的新型材料。
在电子材料、化学材料、医学材料等领域有着广泛的应用前景。
4.金属材料加工：利用表面改性技术可以制备出具有优异性能的钢铁、铝材等金属材料，用于汽车、火车、高速公路等交通运输领域，能够大大提高机械设备的安全性和寿命。
金属材料表面改性及其应用
金属材料表面改性及其应用金属材料是人类社会发展历程中不可或缺的一个重要部分，它们可以用于制造各种工业器材和生活用品，如汽车、飞机、手机、电脑、电视等等。
但是，由于金属材料固有的一些问题，如腐蚀、磨损、氧化等，人们需要对金属材料进行表面改性，以提高它们的抗腐蚀、防磨损和抗氧化等性能，并应用于更广泛的领域。
本文将介绍金属材料表面改性及其应用。
一、金属材料表面改性方法1. 表面涂层技术表面涂层技术是一种在金属表面涂覆不同材料的方法。
不同的材料有不同的性能，当涂布到金属表面时，可以起到抗腐蚀、防磨损、减少氧化等作用。
常见的表面涂层技术有电镀、喷涂、电火花等。
2. 表面改性喷涂技术表面改性喷涂技术是一种通过喷涂特殊材料来改变金属表面物理特性的方法。
喷涂的材料包括聚合物、金属、陶瓷等，可以通过增加金属材料表面硬度和耐磨性的方法来增加金属材料的寿命和稳定性。
3. 离子注入技术离子注入技术是将一种或多种化学物质注入到金属材料表面的方法，以提高金属表面的硬度和耐磨性。
4. 镀覆金属技术镀覆金属技术是将另一种金属沉积到金属表面的方法，以提高金属表面硬度和耐磨性。
这种技术可以通过选择不同的金属来增加材料的导电性、热传导性等性能。
二、金属材料表面改性的应用1. 航空制造在飞机制造过程中，金属材料的表面改性可以增加其耐腐蚀性和防腐蚀时间，提高制造材料和部件的寿命和性能。
2. 化工行业在化工行业中，许多气体和液体都极易腐蚀金属表面。
通过表面改性，可以提高金属在这些环境下的耐腐蚀性。
3. 电子制造在电子制造过程中，金属材料的表面改性可以提高其导电性能，使它们更适合用于电子部件制造。
此外，金属材料表面改性还可以增加电子部件的稳定性，降低故障率。
4. 医疗领域金属材料表面改性可以用于人工关节、牙齿种植等医疗领域。
通过改变金属材料的表面物理和生物化学特性，可以提高其与人体组织的相容性和生物活性，从而有效降低手术风险和提高治疗效果。
金属材料的改性处理
由于渗碳体的晶体结构和含碳量都与奥氏体 的差别很大，故铁素体向奥氏体的转变速度 要比渗碳体向奥氏体的溶解快得多。渗碳体 完全溶解后，奥氏体中碳浓度的分布是不均 匀的，原来是渗碳体的地方碳浓度较高，原 先是铁素体的地方碳浓度较低，必须继续保 温，通过碳的扩散获得均匀的奥氏体。
上述奥氏体的形成过程可以看成由奥氏体形
未转变而被保留下来。通常将奥氏体在冷
却过程中发生相变后，在环境温度下残存
的奥氏体叫做残余奥氏体，因此马氏体转 变量主要取决于Mf线。奥氏体中的含碳量 越高，Mf点越低，转变后的残余奥氏体量 也就越多，如图5-11所示。
马氏体的显微组织形态主要有板条状和片状两种
含碳量小于0.2％时，马氏体呈板条状，如图5-12 所示
据冶金部标准规定，本质晶粒度是将钢加 热到930±10℃、保温3～8小时冷却后，在 显微镜下放大100倍测定的奥氏体晶粒的大 小
本质细晶粒钢在加热到临界点Ac1以上直到 930℃晶粒并无明显长大，超过此温度后,由 于阻止晶粒长大的氧化铝等不熔质点消失 ，晶粒随即迅速长大
本质粗晶粒钢，由于没有氧化物等阻止晶 粒长大的因素，加热到临界点Acl以上，晶 粒开始不断长大
金属材料的改性处理
2024年2月5日星期一
5.1金属材料的改性处理理论基础
5.1.1钢在加热时的组织转变 Fe-Fe3C相图中，PSK、GS、ES三条线是钢的固
态平衡临界温度线，分别以A1、A3、Acm表示 但在实际加热时，相变临界温度都会有所提高
。为区别于平衡临界温度，分别以Ac1、Ac3、 Accm表示 实际冷却时，相变临界温度又都比平衡时的临 界温度有所降低，分别以Ar1、Ar3、Arcm表示
贝氏体的力学性能完全取决于显微组织结 构和形态。上贝氏体中铁素体较宽，塑性 变形抗力较低。同时渗碳体分布在铁素体 之间，容易引起脆断，在工业生产上应用 价值较低。下贝氏体组织中的片状铁素体 细小，碳的过饱和度大，位错密度高。而 且碳化物沉淀在铁素体内弥散分布，因此 硬度高、韧性好，具有较好的综合力学性 能。共析钢下贝氏体硬度为 45～55HRC，生产中常采用等温淬火的方法 获得下贝氏体组织。
第五章金属材料的改性处理
5.1.1 钢在加热时的组织转变
一 、 奥氏体的形成 二 、 奥氏体晶粒度及对钢的力学性能的影响
• 奥氏体化：将钢加热到临界点以上时，其组织 将发生珠光体向奥氏体的转变，这种加热时获 得完全或部分奥氏体组织的过程。 • 我们以共析钢为例来说明奥氏体的形成过程。
一、奥氏体的形成
1、奥氏体晶核的形成
???
珠光体形貌像
光镜下形貌
电镜下形貌
索 氏 体 形 貌 像
光镜形貌
电镜形貌
屈 氏 体 形 貌 像
光镜形貌
电镜形貌
2.贝氏体型 ( B ) 转变 ( 550～230℃ ) :
550～350℃: B上（形成过程）; 40～45HRC;
过饱和碳铁素体呈条状 渗碳体呈羽毛状
B上 =过饱和碳 α-Fe条状 + Fe3C细条状
钢的本质晶粒度示意图
（3）影响奥氏体晶粒度的因素
1）加热温度、速度和保温时间
在一般加热速度下，加热温度越高，保温时间越 长，晶粒长大的倾向越大，实际晶粒度越大。 当加热温度一定时，加热速度快，奥氏体在较 高温度下形成的起始晶粒小，停留的时间短，晶粒 长大的倾向就小，因而快速加热可细化晶粒。
2）钢料的化学成分
（2）奥氏体晶粒度
晶粒度：晶粒尺寸大小的一种尺度。是指将钢加 热到相变点以上某一温度，并保温给定时间所得 到的奥氏体晶粒度的大小。按照标准可分为八个 等级，一级最粗，八级最细。
1.起始晶粒度:珠光体刚刚转变成奥氏体的晶粒大小。
2.实际晶粒度:热处理后所获得的奥氏体晶粒的大小。 3.本质晶粒度:在规定条件下奥氏体晶粒的长大倾向。 （在930℃以下,保温3～8小时冷却，显微镜下放大 100倍测定的奥氏体晶粒的大小。）
金属材料的表面改性和涂层技术
金属材料的表面改性和涂层技术金属材料是现代工业中应用广泛的材料之一。
然而，一些金属材料的表面性能可能不够优越，比如容易受腐蚀、磨损、氧化等。
这时，表面改性和涂层技术就非常重要了，它们可以显著提高金属材料的性能和寿命，增加材料的价值。
本文会从表面改性和涂层技术两个方面进行探讨。
一、表面改性技术表面改性是通过对金属表面进行化学、物理或机械处理的方式改变其表面性质，从而提高金属的性能。
下面列举几种常见的表面处理技术。
1、表面氧化技术表面氧化是指利用氧化剂对金属表面进行氧化处理，形成一层氧化膜。
这层氧化膜可以提高金属材料的耐腐蚀性和耐磨损性，同时也可以用于染色、涂覆或印刷等工艺。
表面氧化常用的方法有阳极氧化、化学氧化和等离子氧化等。
2、表面镀层技术表面镀层是将不同金属或非金属物质镀覆在金属表面上，形成一个新的复合材料。
这个新的复合材料可以在原有金属基材的基础上增加一些新的性能，如降低摩擦系数、提高抗磨损性、改善电性能等。
表面镀层常见的有镀铬、镀镍、镀锌、镀铝等。
3、表面强化技术表面强化是通过对金属表面进行机械、热、化学等不同方式的处理，来提高金属材料的强度、硬度和耐磨性等。
表面强化常用的方法有等离子喷涂、火焰喷涂、热处理、冷喷涂等。
二、涂层技术涂层技术是将不同的涂料或材料涂覆在金属表面形成一层薄膜，从而增强材料的性能。
涂层技术可以分为有机涂层和无机涂层两种类型。
1、有机涂层技术有机涂层是指以有机树脂为主体的涂层，其形成机理主要有溶剂挥发、反应固化和辐射固化等方式。
有机涂层具有良好的电绝缘性、防腐性、耐磨性和抗紫外线性能等。
其中，环氧、聚氨酯、丙烯酸等涂料是常用的有机涂料。
2、无机涂层技术无机涂层是指以无机物质为主体的涂层，其形成机理主要有溶液反应和过程固化等方式。
无机涂层具有高强度、高温耐性、防腐性和耐化学腐蚀性等性能。
其中，磷化、阳极氧化、硅酸盐涂层等涂料是常用的无机涂料。
三、结论表面改性技术和涂层技术的应用范围十分广泛，在工业制造、汽车制造、航空航天、电子设备等领域得到了广泛的应用。
金属材料表面处理与改性技术
金属材料表面处理与改性技术随着工业技术的不断发展，金属材料的应用范围已经涵盖了各行各业。
但是，金属材料表面的缺陷和不足也成为了使用中的限制因素。
为了改善金属材料表面的性能，人们开展了各种金属材料表面处理与改性技术的研究。
一、金属材料表面处理技术1.化学镀层化学镀层这种表面处理技术是通过制定特定的溶液体系，将一层或多层的金属材料化学吸附到被处理材料上，从而在金属材料表面形成一层具有一定厚度和均匀及密度的金属化合物覆盖。
化学镀层技术不仅能够提高金属材料的耐蚀性及机械性能，而且能够增强金属材料表面的装饰性能。
另外，化学镀层技术还可以减轻被处理材料的重量，以及对环境的影响很小。
2.物理镀层物理镀层是给金属材料表面通过物理方式使金属在目标材料上形成一层薄薄的金属覆盖层的方法。
物理镀层的形成是通过高真空、离子束溅射或电子束溅射等方式，直接在金属材料表面形成一层具有一定厚度、均匀及密度的金属覆盖层。
物理镀层的优点在于其具有非常高的耐磨性和平滑度，不会改变被处理材料的机械性质，还有很好的风险控制能力和环境控制能力。
另外，物理镀层还可以减轻被处理材料的重量。
3. 气相沉积气相沉积技术可以在金属材料表面形成具有很好特性的膜，这种表面膜是由气体在室温下生成而形成的。
该技术具有制备快速，膜形成均匀一致等优点。
其在金属材料表面的化学性质稳定，具有很好的耐蒸发和防腐蚀性能，且可以在夹具、机械及汽车零部件等多种行业应用。
二、金属材料改性技术1.表面机械处理技术表面机械处理技术是远古的一种表面改性技术。
其主要通过机械压力和热处理等方式来改善金属材料表面的机械性能、耐热性和防止金属结构形变等缺陷。
常见的机械处理方法包括淬火与回火、冷、热拔、酸洗等。
2.表面合金化技术表面合金化技术主要是将固体、液体或气体中的一种或多种高温凝固物质等合金化材料部分通入金属材料表面，以改变金属材料表面的物理性能和化学性质。
表面合金化技术有许多优点，如能够改进和集成材料的物理性质和热力学特性，提高材料的强度和寿命等等。
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高碳马氏体
板条马氏体（<0.2%C）
1个奥氏体晶粒内分3～5个板条群，1个板条群内分几个同向 位束，1同向位束由若干平行的马氏体板条组成。每个马氏
体板条为一个马氏体单晶体。
针状马氏体（>1.0%C）
M形态
板条马氏体
针状马氏体
高碳马氏体中的显微裂纹
相变在一定温度范围内完成
相变开始温度Ms
冷却转变就是在这些微小的等
温过程中孕育、长大的。
共析钢的CCT图与TTT图的比较
退火
退火：将工件加热到适当温度，保温一定时间，然后进行缓慢冷却，使金属 内部组织达到或接近平衡状态的热处理工艺。 退火的目的 获得良好的工艺性能：改善锻件、轧材的切削加工性，提高塑性，降低 硬度；
获得良好的使用性能：改善化学成分偏析和组织不均匀性，减少固溶于
贝氏体转变
贝氏体组织
贝氏体B——550 C ~Ms之间的转变产物。为F和Fe3C的两相混合组织。 上B——羽毛状，硬脆的渗碳体呈细短条状分布在铁素体晶束的晶界上，容易发 生脆性断裂，强度、韧性低，无实用价值。 下B——黑色针状，渗碳体细小弥散分布在铁素体基体上，有良好的强度韧性配 合，力学性能优良。 B相变由于相变温度低，只有C原子扩散，Fe原子基本不扩散，是半扩散型相变。
奥氏体晶粒度影响其转变产物的性能。受加 热温度、加热速度和钢中合金元素的影响。
加热温度对奥氏体晶粒度的影响
注意区分：
起始晶粒度 实际晶粒度 本质晶粒度
等温转变
珠光体形核及长大示意图，以渗碳体为领先相。
珠光体的组织形貌
在钢中,组成珠光体的相有两个,即铁素体、渗碳体或特殊碳化物。 两相的形态不同,因而珠光体形貌各异。有片状、细片状、极细片状的； 点状、粒状、球状的；以及碳化物形状不规则的类珠光体。
钢中的有害气体，消除零件的内应力和加工硬化效应； 获得特定组织：为进一步淬火作组织准备。
退火要点
退火的要点 1. 加热到特定温度：取决于退火目的； 2. 保温时间：足够长，以完成特定的组织转变； 3. 冷却速率：足够慢，以防止产生内应力。
退火分类
第一类退火：不以组织转变或改变组织形态与分布为目的，主要 目的在于消除成分偏析、加工硬化、内应力等不平衡状态。 包括：均匀化退火、去氢退火、再结晶退火、去应力退火。
加热设备
电阻炉 盐浴炉
燃气炉
燃油炉
加热设备
热处理自动生产线
常用盐浴
常用加热盐浴 盐浴成分 /wt.% 熔点 /°C 工作温度 / °C
BaCl2 100%
BaCl2 50%+NaCl 50% NaCl 44%+KCl 56%
960
600 660
1000~1350
650 ~1000 700 ~870
细化晶粒的方法
Hall-Petch（霍尔-佩奇）公式：
0 k y D 1/ 2
细化晶粒是唯一既提高材料强度又提高材料韧性的方法！
D为晶粒尺寸。减小D的方法：
提高过冷度：提高液态金属的冷却速度抑制晶粒长大，同时提高
形核率（快速凝固技术）
变质处理：提供异质晶核提高形核率 振动：外加机械、超声波或电磁振动时树枝晶破碎提高形核率 相变强化过程中利用硬质点提高形核率，阻碍晶粒长大
金属材料热处理
传统热处理技术（热处理四把火）：正火、退火、淬火、回火 热处理基本过程：加热——保温——冷却 热处理的目的：改变材料的性能 热处理的应用： 提高材料的工艺性能；
t
T
提高材料的服役性能。
热处理工艺曲线
加热设备
1. 类型（加热介质） 2. 功率 3. 有效加热区——能保证热处理工艺要求加热温度的装料区域 4. 温度均匀性——不同热处理工艺有不同的要求
奥氏体化
一般，钢热处理的第一步是加热奥氏体化。 共析钢的奥氏体化过程：
奥氏体晶粒度
晶粒度N定义： 野内的晶粒数。
n 2 N 1
n为放大100倍时平均每6.45 cm2视
本质晶粒度——钢加热至930±10
C，保温3-8 h，冷却后测得的晶 粒度，反应钢加热时晶粒长大的 倾向。1-4级为本质粗晶粒；5-8级 为本质细晶粒。
J. Schiotz, et al. Science, 301 (5) (2003) 1357
固溶强化
固溶强化效果举例——Cu-Ni合金
时效处理
可以进行时效强化处理的合金必须 具备两个条件：
时效处理过程： 固溶处理+时效
• 一定的固溶度；
• 固溶度随温度的降低迅速下降
Al-Cu合金的时效强化
固溶处理：550 ºC 水淬 时效：120~260 ºC 性能与时效工艺（温度、时间）的关系
2）根据合金元素与碳的亲和力大小，分为：
a) 非碳化物元素，如Ni、Si、Al、Cu、Co、N、B等，这类元素主要形成铁基固溶体，不 形成碳化物； b) 碳化物形成元素，如Ti、V、Nb、W、Mo、Cr、Mn、Zr、Fe等，其中：Cr、Mn属弱
碳化物形成元素，含量小时，可形成铁基固溶体，含量多时一部分溶入渗碳体形成合金渗
碳体，如(Fe、Mn)3C、(Fe、Cr)3C，当含量较多时形成特殊碳化物，如（Fe7Cr)7C3、 Cr23C6等；Ti、Mo、W、V、Nb为强碳化物形成元素，含量少时形成合金渗碳体，含量 多时大部分形成特殊碳化物,如TiC、WC、VC、Nb等，其特点是高熔点、高硬度，稳定
性好，加热时不易聚集长大，并能阻止奥氏体晶粒长大 。
影响TTT图的因素
合金元素
奥氏体晶粒尺寸 原始组织、加热温度 和保温时间 奥氏体塑性变形
钢的TTT图种类
临界冷却速度估算
根据C曲线估计VC 从纵轴上的A1 点作冷却曲线 VC’与C曲线的转变开始线
A1
的鼻子相切，切点所对应的
温度和孕育期分别为TR 和 ZR ，则 TR
ZR
Vc'
马氏体片(1.0%C)撞击裂纹
相变动力学
共析成分（Fe-0.77C）钢从A 转变为P，不同温度下转变量 与时间的关系如右下图。 从到达特定温度到开始转变 所需的时间称孕育期。温度 越低，孕育期越短。
过冷奥氏体——在Ar1以下温度 的奥氏体稳定存在一段时间 （孕育期）后才开始转变。转
变前的奥氏体称过冷奥氏体。
纳米结构材料
D=28 nm 纳米铜的高塑性 = 5100%
L. Lu, et al. Science, 287 (2000) 1357
纳米结构材料：晶粒尺寸为纳米级。
模拟计算结果表明，晶粒尺寸D为15 nm 时，铜的强度最高。
D>15 nm，变形以位错运动机制进行；
D<15 nm，变形以晶界滑动机制进行。
相变结束温度Mf
马氏体转变量是温度的函数， 而与等温时间无关
无需孕育期，相变速度极快
化学成分对Ms点的影响
马氏体的强度和硬度
钢中马氏体的主要性能特点是高强 度、高硬度； 硬度随着含碳量的增加而提高，当 含碳量达到0.6%时，淬火钢的硬度 达到最大值；
含碳量进一步增加时，虽然马氏体
原子扩散速率也下降，阻碍相变的进行。
共析钢等温转变C曲线
动力学曲线和动力学图
为什么TTT图呈C形？ 形核率主要受临界形核功控制，对冷却 转变而言，形核功△ G* 随着温度的降 低，即随着过冷度增大而急剧地减小， 故使形核率增加，转变速度加快。 扩散型相变的线长大速度 v 也与温度有 关，随温度降低，扩散系数D变小，线 长大速度v则随D的减小而降低。 这是两个相互矛盾的因素，它使得动力 学曲线呈现C形,也称为C-曲线。
孕育期
C曲线
C曲线——不同温度下过冷奥氏体转变
开始和终止点标注在温度—时间坐标图 上，将相同的转变点连成曲线，即得C 曲线，又称TTT（Temperature, Time, % Transformation）图。不同温度范围， 等温转变产物不同。 “鼻尖”——特定温度下，孕育期最短 时对应的温度。要获得完全的马氏体组 织，冷却时必须避开“鼻尖”温度。 存在“鼻尖”的原因——固态相变的驱 动力随过冷度增大而增大，但温度降低，
B形态
上B
下B马氏体转变Fra bibliotek马氏体组织
马氏体（M）——温度低于Ms时的过冷奥氏体转变产物。是 C原子在-Fe中的过饱和固溶体。 低碳马氏体——含碳量小于0.25%时，马氏体呈板条状，板条
内有大量位错，又称位错马氏体。硬度高，有一定韧性。
高碳马氏体——含碳量大于1.0%时，马氏体呈片状，内有大 量孪晶亚结构，又称孪晶马氏体。硬度高、脆。 马氏体相变特点： 非扩散型相变，速度快； 马氏体转变温度Ms随含碳量增高而降低； 相变不彻底，存在残余奥氏体。转变量随温度降低而增大。 Ms越低，残余奥氏体量越多； 体积膨胀，产生很大的内应力。 低碳马氏体
时效强化机制
Al-Cu合金时效序列形貌观察
—— 党朋，强塑性变形引起铝合金析出相回溶研究，中南大学硕士学位论文，2007.
合金化强化——元素对钢的基本相的影响
钢中加入合金元素后，合金元素与基本相作用生成合金相，主要有合金铁素体、合金 渗碳体、合金奥氏体。 1）合金元素能溶于α-Fe和γ-Fe形成铁基固溶体。
珠光体型组织
A1~550 C之间的过冷奥氏体转变产物。为F和Fe3C的 Henry Clifton Sorby 层片状组织。 10 May 1826 - 9 March 1908
珠光体（P） 转变温度(C) 层片间距(nm) 相对硬度比较 A1~650 150～450 低 索氏体（S） 650~600 80~150 中 屈氏体（T） 600~550 30~80 高
特点：关键是温度和保温时间，加热和冷却速率不起主导作用。