金属固态相变原理
合集下载
第九章 金属固态相变
3. 晶界促进形核 具有高能量的大晶界可以释放界面能为形核提供相变 驱动力，以降低形核功。 驱动力，以降低形核功。 三、晶核长大 1. 长大机制 新相晶核的长大，实质是相界面向旧相迁移的过程。 新相晶核的长大，实质是相界面向旧相迁移的过程。 新旧相成分不同时： 新旧相成分不同时：晶核的长大依赖于溶质原子在旧 相中的长程扩散。 相中的长程扩散。
五、母相晶体缺陷促进相变 在母相晶体中的缺陷处，晶格畸变、自由能高， 在母相晶体中的缺陷处，晶格畸变、自由能高，促进形 核及相变。 核及相变。 六、易出现过渡相 固态相变阻力大， 直接转变困难， 固态相变阻力大 ， 直接转变困难 ， 往往先形成协调性 中间产物（过渡相） 中间产物（过渡相）。 母相→较不稳定的过渡相→较稳定的过渡相→ 母相→较不稳定的过渡相→较稳定的过渡相→稳定相
二、新相与母相界面上原子排列的匹配性 固态相变时， 固态相变时，新相与母相界面上原子排列越保持一定 的匹配性，越有利于相变阻力的降低。 的匹配性，越有利于相变阻力的降低。 固态相变产生的相界面根据两相原子在晶体学上匹配 程度不同可分为三种类型， 共格界面，半共格界面和 程度不同可分为三种类型，即共格界面，半共格界面和非 共格界面，如图9-1所示 所示。 共格界面，如图 所示。
3. 非共格界面 当界面处的原子排列差异很大， 原子匹配关系不能继 当界面处的原子排列差异很大 ， 续维持，形成非共格界面。 续维持，形成非共格界面。 一般认为， 小于 小于0.05时完全共格； δ大于 时完全共格； 大于 大于0.25时形成 一般认为，δ小于 时完全共格 时形成 非共格界面； 介于 介于0.05和 0.25之间时，形成半共格界面， 之间时， 非共格界面；δ介于 和 之间时 形成半共格界面， 它们的能量是不同的。 它们的能量是不同的。
金属固态相变原理
金属固态相变原理
金属固态相变原理是指金属在一定条件下从一种晶体结构转变为另一种晶体结构的现象。
金属固态相变是金属材料性质变化的根本原因，对于金属材料的微结构和力学性能具有重要影响。
金属固态相变通常发生在固态下的高温和高压条件下。
当金属的温度或压力发生变化，原子间的相互作用力也会发生变化，从而引起晶体结构的转变。
金属固态相变的过程中，原子重新排列形成新的晶体结构，相应地，金属材料的物理性质和力学性能也会发生改变。
金属固态相变的原理是基于金属的晶体结构和原子间的排列方式。
金属材料的晶体结构可以分为多种不同的形态，包括体心立方结构、面心立方结构、六方最密堆积结构等。
不同的晶体结构具有不同的密堆积方式和原子排列方式，决定了金属材料的力学性能和物理性质。
金属固态相变的原理还涉及到金属的晶格畸变和原子扩散。
晶格畸变是指金属晶体结构在相变过程中的形变和畸变现象，它可以影响金属材料的晶体结构稳定性和力学性能。
原子扩散是指金属内部原子的迁移和重新排列的过程，是金属固态相变发生的基础。
总之，金属固态相变原理是基于金属材料的晶体结构和原子间的相互作用力，通过改变材料的温度、压力和其他外界条件，使金属发生晶体结构的转变，进而影响金属材料的物理性质和
力学性能。
这一原理对于金属材料的研究和应用具有重要的意义。
14第一章 金属固态相变基础
2 2 V V V V V V 等压膨胀系数 TP V P P TT V T P
一级相变
二级相变
一级、二级相变时，两相的自由能、熵及体积的变化
S T P
第一章 金属固态相变基础
§1 金属固态相变概论
1 相和相平衡
相：相是系统中均匀的（成分和性质相同或者 连续变化）、与其他部分有界面分开的部分。
描述相的稳定性——Gibbs自由能
G H TS
相平衡的条件：
GP,T minGP,T
非稳定态：不存在这种能垒， 则体系处于非稳定态，它一定 会转变为平衡态或亚稳态。
(2) 平衡脱溶转变
定义：高温过饱和固溶体缓慢 冷却过程中析出第二相的过程 表达式： α→ α′+θ 特点： (a) 新相的成分和结构始终 与母相的不同； (b) 母相不会消失。 钢中？
可发生脱溶转变的合金
例：钢冷却时A中析出Fe3CⅡ或F中析出Fe3CⅢ的过程
（3）共析转变
定义：合金冷却时，由一个固相同时析出两个 不同晶体结构固相的过程称为共析转变。 表达式： γ →α+β 钢中？ 例：钢中的珠光体转变
亚稳态相：相的自由能并不处 于最低，但是与最低自由能态 之间有能垒相分隔；
平衡相：相的自由能最 低时——该相稳定 相平衡关系的描述—相图
两相平衡时——各元素在两相中的化学位相等 B元素在相 中的化学位
P E
A元素在相 中的化学位
G
G
A元素在相 中的化学位
B元素在相 中的化学位
x
2.4.2 不平衡转变
(1) 伪共析转变 定义：接近共析点成分的合 金，过冷到共析点以下发生 共析转变的过程。
金属固态相变的主要特点
金属固态相变的主要特点金属固态相变是指金属在固态下由于温度、压力或其他外界条件的变化而引起的物理结构和性质的变化。
金属固态相变的主要特点有以下几个方面：1. 温度变化引起的相变：金属的固态相变主要是由于温度的变化引起的。
当金属的温度超过一定的临界温度时，金属内部的晶体结构会发生变化，从而导致固态相变。
例如，铁在不同的温度下会发生α相到γ相的相变，这种相变是由于温度变化引起的。
2. 压力变化引起的相变：除了温度变化，金属固态相变还可以由压力的变化引起。
当金属受到外界的压力作用时，原子之间的距离和排列会发生变化，从而导致固态相变。
例如，钻石可以在高压下转变为金刚石，这是由于压力变化引起的相变。
3. 结构和性质的变化：金属固态相变不仅会引起晶体结构的变化，还会导致金属的性质发生改变。
例如，铁的相变会引起其磁性的变化，从铁磁性到顺磁性的转变。
这种结构和性质的变化对金属的应用具有重要的影响。
4. 相变的可逆性：金属固态相变通常是可逆的，即当外界条件恢复到原来的状态时，金属可以再次发生相反的相变。
这与金属的液态相变或气态相变不同，液态和气态的相变通常是不可逆的。
5. 相变的影响因素：金属固态相变的发生受到多种因素的影响，包括温度、压力、晶体结构、晶界能量等。
这些因素会影响金属内部原子的排列和运动方式，从而导致相变的发生和性质的改变。
6. 金属固态相变的应用：金属固态相变在材料科学和工程中具有重要的应用价值。
通过控制金属的相变过程，可以制备出具有特定结构和性质的材料，如形状记忆合金和超弹性材料等。
这些材料在医学、航空航天等领域有着广泛的应用。
金属固态相变是金属在固态下由于温度、压力或其他外界条件的变化而引起的物理结构和性质的变化。
它具有温度和压力变化引起的相变、结构和性质的变化、相变的可逆性、影响因素和应用等主要特点。
金属固态相变的研究对于材料科学和工程具有重要意义，并且在实际应用中有着广泛的应用前景。
第一章__金属固态相变基础
T A + B
一、相变分类
3. 按原子迁移情况分类 （1）扩散型相变 温度足够高、原子活动能力足够强、时间足够长 情况下发生的相变。 特点： 相变过程有原子扩散，相变速率受原子扩散速度控制；
新、旧相成分不同； 新、旧相比容不同引起体积变化，但宏观形状不变。 如：同素异构转变、脱溶转变、共析转变、调幅分解、 有序化转变、珠光体转变等
化学势一级偏微商相等
化学势二级偏微商不等
因此：无相变潜热和体积变化，而比热、压缩系数、膨胀系 数是变化的。如材料有序化转变、磁性转变、超导转变等。
一、相变分类
2.按平衡状态图分类
(1)平衡相变
同素异构转变和多形性转变 纯金属 固溶体
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称为同素异构转变。 在固溶体中发生的同素异构转变称为多形性转变。
冷却时：γ→α+Fe3C 共析相变 加热时：α+Fe3C→γ 逆共析型相变
调幅分解
某些合金在高温下具有均匀单相固溶体，但 冷却到某一温度范围时可分解成为与原固溶体结 构相同但成分不同的两个微区，如α→α1+α2，这 种转变称为调幅分解。
调幅分解的特点
在转变初期形成的两个微区之间并无明 显界面和成分突变，但是通过上坡扩散，最 终使原来的均匀固溶体变成不均匀固溶体。
1.1 金属固态相变概述
一、相变分类
1.按热力学分类 (1)一级相变 对新、旧相α和β，有： μα=μβ Sα≠ Sβ Vα≠Vβ 说明一级相变有相变潜热和体积变化。 材料凝固、熔化、升华、同素异构转变均为一级相变。 固态相变大部分为一级相变。
1.1 金属固态相变概述
一、相变分类
3. 按原子迁移情况分类 （1）扩散型相变 温度足够高、原子活动能力足够强、时间足够长 情况下发生的相变。 特点： 相变过程有原子扩散，相变速率受原子扩散速度控制；
新、旧相成分不同； 新、旧相比容不同引起体积变化，但宏观形状不变。 如：同素异构转变、脱溶转变、共析转变、调幅分解、 有序化转变、珠光体转变等
化学势一级偏微商相等
化学势二级偏微商不等
因此：无相变潜热和体积变化，而比热、压缩系数、膨胀系 数是变化的。如材料有序化转变、磁性转变、超导转变等。
一、相变分类
2.按平衡状态图分类
(1)平衡相变
同素异构转变和多形性转变 纯金属 固溶体
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称为同素异构转变。 在固溶体中发生的同素异构转变称为多形性转变。
冷却时：γ→α+Fe3C 共析相变 加热时：α+Fe3C→γ 逆共析型相变
调幅分解
某些合金在高温下具有均匀单相固溶体，但 冷却到某一温度范围时可分解成为与原固溶体结 构相同但成分不同的两个微区，如α→α1+α2，这 种转变称为调幅分解。
调幅分解的特点
在转变初期形成的两个微区之间并无明 显界面和成分突变，但是通过上坡扩散，最 终使原来的均匀固溶体变成不均匀固溶体。
1.1 金属固态相变概述
一、相变分类
1.按热力学分类 (1)一级相变 对新、旧相α和β，有： μα=μβ Sα≠ Sβ Vα≠Vβ 说明一级相变有相变潜热和体积变化。 材料凝固、熔化、升华、同素异构转变均为一级相变。 固态相变大部分为一级相变。
1.1 金属固态相变概述
1-金属材料与热处理-固态相变原理
1）按相变热力学分类
• 一级相变和二级相变
★一级相变：在相变温度下，新旧相自由能和化学位相等，化学位一级偏导数不等； ★一级相变有体积的膨胀和收缩及潜热的吸收和释放，金属大多数属于一级相变 可用热分析方法或热膨胀仪测量一级相变的开始点
★二级相变：化学位的一级偏导数相等，二级偏倒数不相等，相变时没有体积的膨胀 和收缩及潜热的吸收和释放，如磁性转变，有序转变
相变实质
1、结构变化：同素异构、多晶型性、马氏体、块状转变 2、成分变化：调幅分解 3、有序化程度变化：有序化转变 4、结构和成分变化：贝氏体转变、共析转变、脱溶沉淀析出
9
9
1 概述（钢中的基本相）
铁素体
奥氏体
渗碳体
10
1 概述（钢中的基本相）
11
1 概述 铁碳相图—纯铁的转变
12
1 概述 铁碳相图—共析转变
脱溶转变
过饱和固溶体脱溶分解出亚稳定或稳定的第二相
共析转变
一个固相转变为两个结构不同的固相
包析转变
两个不同结构的固相转变为一个新的固相，组织中一般有某相残余
马氏体转变
新旧相之间成分不变、切变进行、有严格位向关系、有浮凸效应
贝氏体转变
兼具马氏体和扩散转变的特点，借助铁的切变和碳的扩散进行
调幅分解
（3）半扩散型：既有切变，又有扩散。（如贝氏体转变，Fe切变，C扩散。）
8
8
相变过程的特点和实质
特点一：相变阻力大。原因：(1)相变阻力除界面能外，还多弹性应变能。 (2)固相中原子扩散速度远低于液相。
特点二：相变时往往在母相中晶体缺陷处形核 大多数固态相变的形核功较大，极易在晶体缺陷处优先不均匀形核，提高形核率。 特点三：固态相变时，新相往往在母相的一定晶面上开始形成，存在惯习面，且新相晶核与母相之间往往存在一 定晶体学位向关系。目的：减小两相间的界面能。 特点四：易于出现亚稳态过渡相，为了减少界面能，固态相变中往往先形成具有共格相界面的过渡相（亚稳相）。
• 一级相变和二级相变
★一级相变：在相变温度下，新旧相自由能和化学位相等，化学位一级偏导数不等； ★一级相变有体积的膨胀和收缩及潜热的吸收和释放，金属大多数属于一级相变 可用热分析方法或热膨胀仪测量一级相变的开始点
★二级相变：化学位的一级偏导数相等，二级偏倒数不相等，相变时没有体积的膨胀 和收缩及潜热的吸收和释放，如磁性转变，有序转变
相变实质
1、结构变化：同素异构、多晶型性、马氏体、块状转变 2、成分变化：调幅分解 3、有序化程度变化：有序化转变 4、结构和成分变化：贝氏体转变、共析转变、脱溶沉淀析出
9
9
1 概述（钢中的基本相）
铁素体
奥氏体
渗碳体
10
1 概述（钢中的基本相）
11
1 概述 铁碳相图—纯铁的转变
12
1 概述 铁碳相图—共析转变
脱溶转变
过饱和固溶体脱溶分解出亚稳定或稳定的第二相
共析转变
一个固相转变为两个结构不同的固相
包析转变
两个不同结构的固相转变为一个新的固相，组织中一般有某相残余
马氏体转变
新旧相之间成分不变、切变进行、有严格位向关系、有浮凸效应
贝氏体转变
兼具马氏体和扩散转变的特点，借助铁的切变和碳的扩散进行
调幅分解
（3）半扩散型：既有切变，又有扩散。（如贝氏体转变，Fe切变，C扩散。）
8
8
相变过程的特点和实质
特点一：相变阻力大。原因：(1)相变阻力除界面能外，还多弹性应变能。 (2)固相中原子扩散速度远低于液相。
特点二：相变时往往在母相中晶体缺陷处形核 大多数固态相变的形核功较大，极易在晶体缺陷处优先不均匀形核，提高形核率。 特点三：固态相变时，新相往往在母相的一定晶面上开始形成，存在惯习面，且新相晶核与母相之间往往存在一 定晶体学位向关系。目的：减小两相间的界面能。 特点四：易于出现亚稳态过渡相，为了减少界面能，固态相变中往往先形成具有共格相界面的过渡相（亚稳相）。
金属固态相变原理PhaseTransformationTheoryofMetalMaterials
Page 13
第一节 金属固态相变动力学（扩散型）
将等温相变动力学曲线 转化为时间-温度-转变量的关系曲线 综合反映物相在冷却时 的等温转变温度、等温时间 和转变量之间的关系
等温转变曲线
（Time-Temperature-Transformation）
TTT曲线
C曲线
（a）相变动力学曲线（b）TTT曲线
过饱和固溶体脱 质点由小尺寸长大
溶
1)以恒定速率形核
2)仅在开始转变时形核
针状物增厚
片状物增厚
n值 4 3 2 1
2.5 1.5 1 0.5
金属固态相变原理 Phase Transformation Theory of Metal Materials
Page 12
第一节 金属固态相变动力学（扩散型）
金属固态相变原理 Phase Transformation Theory of Metal Materials
Page 17
第一节 金属固态相变动力学（扩散型）
（四）C 曲线的测定方法
金相硬度法 奥氏体和转变产物的金相形态和硬度不同。
膨胀法 奥氏体和转变产物的比容不同。
磁性法及电阻法 奥氏体为顺磁性，转变产物为铁磁性。
相变热力学重点内容回顾
1、金属固态相变热力学条件 相变驱动力（自由能降低、相自由能与温度关系） 相变势垒（附加能量、激活能）
2、金属固态相变形核 均匀形核（临界晶核半径、形核功） 非均匀形核（晶界形核、位错形核、空位形核）
3、晶核长大 长大机制 （半共格界面迁移、非共格界面迁移） 新相长大速度 （无成分变化长大、成分变化的新相长大）
dn dV dX (18) dne dVe dX e
金属材料及热处理 01 固态相变篇
J-M方程的推导： 模型：如图所示 过程：如图所示 假设：①均匀形核； ②恒温下形核率
N N /( V t ) const .
③ 恒温下生长速率
G R / t const .
④相变过程中母相浓度不变 这里，时间从孕育期τ后算起。
金属材料及热处理
2. 4 相变动力学
3 3 两侧同除V0 ，令Xt= Vt / V0 ，则有， dX t G t 1 X t N dt 3 dX t 4 3 3 G t N dt 解微分方程 ， 1 1 Xt 3 3 4 In (1 X t ) N G t ⇒ 3 1 3 4 X t 1 exp N G t 可得， 3
母相
溶质原子扩散
新相
母相 新相
本课程中涉及的相变，除了马氏体相变，大多为扩散型相变，如沉淀（脱溶、 析出）、珠光体转变、贝氏体转变（介于马氏体相变和珠光体转变之间的中间型相变）
金属材料热及处理
2. 1 概述
金属材料及热处理
2. 2 新相形核
2. 2 新相形核
新相在母相中形核有两种情况：均匀形核（理想情况，任意随机地形核）不均
Al-Ag （球）， Al-Sc（球）；另外，不同合金系的GP区可能为盘、针、球。
金属材料及热处理
2. 4 相变动力学
2. 4 相变动力学
解决相变速率问题，在时间上的可行性和现实性。（热力学从能量角度分析相变的可能性）
通常，影响相转变量的外因很多，这里只考察温度和时间。
（1）恒温条件下相转变量随时间的变化关系 J-M方程——相变动力学的基本方程（关系）式
① ΔT↑,相变驱动力↑ ， 但是，T↓,原子活动能 力↓⇒相变中止或缓慢， 无法达到平衡。 ②相变阻力使之无法 进行下去。 (a)过饱和固溶体
N N /( V t ) const .
③ 恒温下生长速率
G R / t const .
④相变过程中母相浓度不变 这里，时间从孕育期τ后算起。
金属材料及热处理
2. 4 相变动力学
3 3 两侧同除V0 ，令Xt= Vt / V0 ，则有， dX t G t 1 X t N dt 3 dX t 4 3 3 G t N dt 解微分方程 ， 1 1 Xt 3 3 4 In (1 X t ) N G t ⇒ 3 1 3 4 X t 1 exp N G t 可得， 3
母相
溶质原子扩散
新相
母相 新相
本课程中涉及的相变，除了马氏体相变，大多为扩散型相变，如沉淀（脱溶、 析出）、珠光体转变、贝氏体转变（介于马氏体相变和珠光体转变之间的中间型相变）
金属材料热及处理
2. 1 概述
金属材料及热处理
2. 2 新相形核
2. 2 新相形核
新相在母相中形核有两种情况：均匀形核（理想情况，任意随机地形核）不均
Al-Ag （球）， Al-Sc（球）；另外，不同合金系的GP区可能为盘、针、球。
金属材料及热处理
2. 4 相变动力学
2. 4 相变动力学
解决相变速率问题，在时间上的可行性和现实性。（热力学从能量角度分析相变的可能性）
通常，影响相转变量的外因很多，这里只考察温度和时间。
（1）恒温条件下相转变量随时间的变化关系 J-M方程——相变动力学的基本方程（关系）式
① ΔT↑,相变驱动力↑ ， 但是，T↓,原子活动能 力↓⇒相变中止或缓慢， 无法达到平衡。 ②相变阻力使之无法 进行下去。 (a)过饱和固溶体
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
激光热处理 电子束热处理
等离子热处理
形变热处理
真空热处理
化学热处理
• ( 2) 结合产业形势, 反映当前市场需求。
• 现代工业的发展，对制造业提出了更高的要求， 因此材料工业也遇到了很好的提升空间。
• ( 3) 将科研成果引入教学中, 实行产学结合。例 如, 讲到马氏体时，把ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ近分析的T12钢锉刀的失 效工件结合理论分析, 把实际科研成果转变成生 动的教学案例。让学生们明白： 固态相变可以决定产品的内在质量
• 第三章 珠光体转变
3.1 珠光体的组织特征 3.2 珠光体转变机制 珠光体转变时的领先相/ 珠光体的形成过程 亚(过)共析钢的珠光体转变
3.3 珠光体转变动力学
形核率/ 和长大速度 先共析相的长大动力学 影响珠光体转变动力学的因素 3.4 珠光体转变产物的机械性能 珠光体转变动力学图
P的机械性能
• 第五章贝氏体相变
5.1贝氏体相变的基本特征和组织形态 贝氏体相变的基本特征 钢中贝氏体的组织形态 柯俊贝氏体相变假说
5.2贝氏体相变机制
恩金贝氏体相变假说 贝氏体的形成过程 5.3贝氏体相变动力学及其影响因素 贝氏体等温相变动力学 5.4钢中贝氏体的机械性能 影响贝氏体机械性能的主要因素 贝氏体的强度和硬度 贝氏体的韧性 贝氏体相变时碳的扩散
相变、贝氏体相变、钢中的回火转变和合
金的脱溶沉淀与时效等部分，着重讲述金 属材料在热处理过程中的基本原理和理论
知识。
4. 《金属固态相变原理》授课内容及重点
第一章 金属固态相变基础 1.1 金属固态相变概论 主要分类 主要特点 1.2 金属固态相变热力学 热力学条件 形核 晶核长大 1.3 金属固态相变动力学 金属固态相变的速率 钢中过冷奥氏体转变动力学
固态相变技术是通过控制材料原子的排列方式来
控制材料的使用性能
国内和国外T12锉刀预处理组织
• ( 4) 注重共性的同时, 强调个性。既要注重理论 的共性, 又要强调不同钢材热处理工艺的个性; 既要有一个基本知识的共性要求, 又要针对不同 使用环境采取个性的灵活要求。
• 这里可以用煤矿耐磨衬板的成功案例来说明。让 学生们明白：理论是死的，成功应用是灵活的： • 国外和国内矿用耐磨衬板的使用分析。
• 本书共分7章，从固态相变晶体学、热力学、 动力学及其影响因素等方面论述了合金固态 相变的一般规律和特点。
• 着重介绍了钢在加热过程中的相变(奥氏体 转)，冷却过程中的高温转变(珠光体转变)、 中温转变(贝氏体转变)、低温转变(马氏体 转变)，以及钢在淬火后的回火转变;同时， 针对目前有色金属和合金的应用领域不断扩 大的发展趋势，对这些典型合金的时效和脱 溶沉淀进行了概要介绍。
• 通过本书的学习，可了解合金固态相变的 一般规律，学会运用基本理论和专业知识 进行合金固态相变分析的基本思路和方法。 • 掌握金属材料中的相变基本理论，主要是 钢中组织转变的基本规律。具有运用金属 材料中相变基本规律，分析和研究热处理 工艺问题的能力。初步掌握成分、组织与 性能之间的关系，对金属材料具有一定的 分析研究能力。
F+P的机械性能
形变P的机械性能
• 第四章 马氏体相变-------重点、难点
4.1 马氏体相变的主要特征 切变共格 表面浮突现象 无扩散性 位向关系和惯习面 变温相变 可逆性 4.2 马氏体相变热力学 热力学条件 影响钢中Ms点的主要因素 4.3 马氏体相变晶体学的经典模型 形核理论 切变模型 4.4 马氏体相变动力学 降温瞬时形核、瞬时长大 等温形核、瞬时长大 4.5 钢中马氏体的晶体结构 点阵常数和碳含量的关系 点阵结构及其畸变 4.6 钢及铁合金中马氏体的组织形态 板条状马氏体 片状马氏体 其他马氏体形态 影响马氏体形态及其内部亚结构的因素 4.7 奥氏体的稳定化 4.8 马氏体的机械性能 硬度和强度 韧性 马氏体的相变诱发塑性
• 第二章 钢中奥氏体的形成----重点
• 2.1 奥氏体的组织特征 形成的温度范围 组织和结构 性能 2.2 奥氏体的形成机制 奥氏体形核---奥氏体晶核长大---剩余碳化物溶解 ---奥氏体均匀化 2.3 奥氏体形成动力学 等温形成动力学 连续加热时奥氏体的形成 2.4 奥氏体晶粒长大及其控制 奥氏体晶粒度 奥氏体晶粒长大原理 影响奥氏体晶粒长大的因素
金属固态相变原理
本节课的内容
• 1. 《金属固态相变原理》课程
• 2. 《金属固态相变原理》的发展
• 3. 《金属固态相变原理》教材和参考书 • 4. 《金属固态相变原理》授课内容及重点 • 5. 《金属固态相变原理》学习方法 • 6. 《金属固态相变原理》授课中的注意点
1. 《金属固态相变原理》课程
• 合金固态相变是金属材料及相关专业的必 修内容，对于掌握金属材料成分—工艺— 组织—性能之间的相互关系极为重要。
• “固态相变”是一门理论和实践相统一的 课程, 既讲授金属及其合金的相变理论, 又密切联系实际。注重热处理工艺路线的 合理制定, 同时还辅助有专门的实验课。 因此, “固态相变”是材料的原理、工艺 和实践三位一体的课程, 与材料专业创新 型人才培养紧密相关。
影响贝氏体相变动力学的因素
• 第六章钢中的回火转变-------重点
• 国内国外耐磨衬板金相对比1---国内
国内国外耐磨衬板金相对比2---国外
3.《金属固态相变原理》教材和参考书
教材: 《金属固态相变原理》，徐洲、 赵连城 主编 科学出版社 2009年版
本书是材料科学与工程专业的基础理论课
程教材，按照材料科学与工程专业的教学
大纲编写。其内容分为金属固态相变基础、 钢中奥氏体的形成、珠光体转变、马氏体
2. 《金属固态相变原理》的发展现状及趋势
• 为了培养学生运用理论知识发现、分析、解决实际问题的 能力, 培养学生独立思考的能力, 实现“知识- 能力- 素 质”同步提高, 在课程中要穿插新内容。具体包括: • ( 1) 增加前沿内容, 反映最新科研方向。例如在表面热 处理方面, 增加激光束、电子束和离子束等高能束处理方 法。 高科技提高了固态相变的内涵：
等离子热处理
形变热处理
真空热处理
化学热处理
• ( 2) 结合产业形势, 反映当前市场需求。
• 现代工业的发展，对制造业提出了更高的要求， 因此材料工业也遇到了很好的提升空间。
• ( 3) 将科研成果引入教学中, 实行产学结合。例 如, 讲到马氏体时，把ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ近分析的T12钢锉刀的失 效工件结合理论分析, 把实际科研成果转变成生 动的教学案例。让学生们明白： 固态相变可以决定产品的内在质量
• 第三章 珠光体转变
3.1 珠光体的组织特征 3.2 珠光体转变机制 珠光体转变时的领先相/ 珠光体的形成过程 亚(过)共析钢的珠光体转变
3.3 珠光体转变动力学
形核率/ 和长大速度 先共析相的长大动力学 影响珠光体转变动力学的因素 3.4 珠光体转变产物的机械性能 珠光体转变动力学图
P的机械性能
• 第五章贝氏体相变
5.1贝氏体相变的基本特征和组织形态 贝氏体相变的基本特征 钢中贝氏体的组织形态 柯俊贝氏体相变假说
5.2贝氏体相变机制
恩金贝氏体相变假说 贝氏体的形成过程 5.3贝氏体相变动力学及其影响因素 贝氏体等温相变动力学 5.4钢中贝氏体的机械性能 影响贝氏体机械性能的主要因素 贝氏体的强度和硬度 贝氏体的韧性 贝氏体相变时碳的扩散
相变、贝氏体相变、钢中的回火转变和合
金的脱溶沉淀与时效等部分，着重讲述金 属材料在热处理过程中的基本原理和理论
知识。
4. 《金属固态相变原理》授课内容及重点
第一章 金属固态相变基础 1.1 金属固态相变概论 主要分类 主要特点 1.2 金属固态相变热力学 热力学条件 形核 晶核长大 1.3 金属固态相变动力学 金属固态相变的速率 钢中过冷奥氏体转变动力学
固态相变技术是通过控制材料原子的排列方式来
控制材料的使用性能
国内和国外T12锉刀预处理组织
• ( 4) 注重共性的同时, 强调个性。既要注重理论 的共性, 又要强调不同钢材热处理工艺的个性; 既要有一个基本知识的共性要求, 又要针对不同 使用环境采取个性的灵活要求。
• 这里可以用煤矿耐磨衬板的成功案例来说明。让 学生们明白：理论是死的，成功应用是灵活的： • 国外和国内矿用耐磨衬板的使用分析。
• 本书共分7章，从固态相变晶体学、热力学、 动力学及其影响因素等方面论述了合金固态 相变的一般规律和特点。
• 着重介绍了钢在加热过程中的相变(奥氏体 转)，冷却过程中的高温转变(珠光体转变)、 中温转变(贝氏体转变)、低温转变(马氏体 转变)，以及钢在淬火后的回火转变;同时， 针对目前有色金属和合金的应用领域不断扩 大的发展趋势，对这些典型合金的时效和脱 溶沉淀进行了概要介绍。
• 通过本书的学习，可了解合金固态相变的 一般规律，学会运用基本理论和专业知识 进行合金固态相变分析的基本思路和方法。 • 掌握金属材料中的相变基本理论，主要是 钢中组织转变的基本规律。具有运用金属 材料中相变基本规律，分析和研究热处理 工艺问题的能力。初步掌握成分、组织与 性能之间的关系，对金属材料具有一定的 分析研究能力。
F+P的机械性能
形变P的机械性能
• 第四章 马氏体相变-------重点、难点
4.1 马氏体相变的主要特征 切变共格 表面浮突现象 无扩散性 位向关系和惯习面 变温相变 可逆性 4.2 马氏体相变热力学 热力学条件 影响钢中Ms点的主要因素 4.3 马氏体相变晶体学的经典模型 形核理论 切变模型 4.4 马氏体相变动力学 降温瞬时形核、瞬时长大 等温形核、瞬时长大 4.5 钢中马氏体的晶体结构 点阵常数和碳含量的关系 点阵结构及其畸变 4.6 钢及铁合金中马氏体的组织形态 板条状马氏体 片状马氏体 其他马氏体形态 影响马氏体形态及其内部亚结构的因素 4.7 奥氏体的稳定化 4.8 马氏体的机械性能 硬度和强度 韧性 马氏体的相变诱发塑性
• 第二章 钢中奥氏体的形成----重点
• 2.1 奥氏体的组织特征 形成的温度范围 组织和结构 性能 2.2 奥氏体的形成机制 奥氏体形核---奥氏体晶核长大---剩余碳化物溶解 ---奥氏体均匀化 2.3 奥氏体形成动力学 等温形成动力学 连续加热时奥氏体的形成 2.4 奥氏体晶粒长大及其控制 奥氏体晶粒度 奥氏体晶粒长大原理 影响奥氏体晶粒长大的因素
金属固态相变原理
本节课的内容
• 1. 《金属固态相变原理》课程
• 2. 《金属固态相变原理》的发展
• 3. 《金属固态相变原理》教材和参考书 • 4. 《金属固态相变原理》授课内容及重点 • 5. 《金属固态相变原理》学习方法 • 6. 《金属固态相变原理》授课中的注意点
1. 《金属固态相变原理》课程
• 合金固态相变是金属材料及相关专业的必 修内容，对于掌握金属材料成分—工艺— 组织—性能之间的相互关系极为重要。
• “固态相变”是一门理论和实践相统一的 课程, 既讲授金属及其合金的相变理论, 又密切联系实际。注重热处理工艺路线的 合理制定, 同时还辅助有专门的实验课。 因此, “固态相变”是材料的原理、工艺 和实践三位一体的课程, 与材料专业创新 型人才培养紧密相关。
影响贝氏体相变动力学的因素
• 第六章钢中的回火转变-------重点
• 国内国外耐磨衬板金相对比1---国内
国内国外耐磨衬板金相对比2---国外
3.《金属固态相变原理》教材和参考书
教材: 《金属固态相变原理》，徐洲、 赵连城 主编 科学出版社 2009年版
本书是材料科学与工程专业的基础理论课
程教材，按照材料科学与工程专业的教学
大纲编写。其内容分为金属固态相变基础、 钢中奥氏体的形成、珠光体转变、马氏体
2. 《金属固态相变原理》的发展现状及趋势
• 为了培养学生运用理论知识发现、分析、解决实际问题的 能力, 培养学生独立思考的能力, 实现“知识- 能力- 素 质”同步提高, 在课程中要穿插新内容。具体包括: • ( 1) 增加前沿内容, 反映最新科研方向。例如在表面热 处理方面, 增加激光束、电子束和离子束等高能束处理方 法。 高科技提高了固态相变的内涵：