金属固态相变原理名词解释
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。
金属与合金中的固态相变
金属与合金中的固态相变金属与合金是人类社会中不可或缺的材料，它们广泛应用于各个领域，如建筑、交通、电子、医疗等。
在金属与合金的制备和应用过程中，固态相变是一个重要的现象。
本文将从金属与合金的角度出发，介绍固态相变的基本概念、分类和应用。
一、基本概念固态相变是指物质在固态下，由于温度、压力等条件的改变，发生晶体结构、晶格常数、原子排列等方面的变化。
固态相变可以分为两类：一类是一级相变，即物质在相变时伴随着热量的吸收或释放，如冰的融化和凝固；另一类是二级相变，即物质在相变时不伴随着热量的吸收或释放，如铁的铁磁相变。
二、金属中的固态相变金属是一类具有良好导电性、导热性和延展性的材料，其固态相变主要包括晶格常数的变化、晶体结构的变化和相变温度的变化。
晶格常数的变化是指金属在相变时晶格常数的改变。
例如，铁在加热至910℃时，其晶格常数由室温下的2.87Å增加至3.64Å，发生了由体心立方晶系向面心立方晶系的相变。
晶体结构的变化是指金属在相变时晶体结构的改变。
例如，铝在加热至660℃时，从面心立方晶系转变为体心立方晶系。
相变温度的变化是指金属在相变时相变温度的改变。
例如，铜在加热至1083℃时，发生由面心立方晶系向液态的相变。
三、合金中的固态相变合金是由两种或两种以上金属或非金属元素组成的材料，其固态相变主要包括共晶反应、共析反应和析出反应。
共晶反应是指两种或两种以上金属或非金属元素在一定比例下，同时熔化并形成共晶组织。
例如，铜和锡的共晶温度为227℃，共晶组织为铜锡共晶。
共析反应是指合金中的一种元素在一定温度下先于其他元素析出。
例如，铝和铜的共析温度为548℃，共析组织为铝铜共析。
析出反应是指合金中的一种元素在一定温度下从固溶体中析出。
例如，钢中的碳在加热至一定温度时，从固溶体中析出形成铁素体。
四、应用固态相变在金属与合金的制备和应用中具有重要的作用。
例如，通过控制金属的固态相变，可以改变其力学性能、磁性能、导电性能等，从而满足不同领域的需求。
金属与合金中的固态相变
金属与合金中的固态相变
固态相变是指物质在固态下发生的相变现象。
金属与合金中的固态相变是材料科学中的重要研究领域之一。
金属与合金的固态相变对于材料的性能、结构和应用具有重要的影响。
金属与合金中的固态相变主要包括晶格相变、磁相变和化学相变等。
晶格相变是指晶体结构的改变，包括晶格参数的变化和晶体对称性的改变。
磁相变是指磁性的改变，包括铁磁性、反铁磁性和顺磁性等。
化学相变是指化学成分的改变，包括固溶体相变、化合物相变和析出相变等。
金属与合金中的固态相变对于材料的性能和应用具有重要的影响。
例如，固溶体相变可以改变材料的硬度、强度和塑性等力学性能；化合物相变可以改变材料的热稳定性和耐腐蚀性等化学性能；磁相变可以改变材料的磁性和电性等电磁性能。
金属与合金中的固态相变是一个复杂的过程，涉及到多种因素的相互作用。
其中，温度、压力、成分和晶体结构等因素是影响固态相变的重要因素。
此外，固态相变的动力学过程也是一个重要的研究方向，包括相变的速率、相变的机制和相变的热力学性质等。
在金属与合金的制备和加工过程中，固态相变是一个重要的问题。
例如，通过固溶体相变可以改变材料的组织结构和性能，从而实现材料的优化设计和性能调控。
通过化合物相变可以制备出具有特殊
性能的材料，例如高温合金和超导材料等。
通过磁相变可以制备出具有磁性和电性等特殊性能的材料，例如磁性材料和磁存储材料等。
金属与合金中的固态相变是一个重要的研究领域，对于材料的性能、结构和应用具有重要的影响。
未来，随着材料科学的不断发展和进步，金属与合金中的固态相变将会得到更加深入的研究和应用。
第一章__金属固态相变基础
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
金属固态相变原理PhaseTransformationTheoryofMetalMaterials
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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
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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
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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
金属材料的相变行为研究
金属材料的相变行为研究相变是指物质在一定条件下发生物理或化学性质上的改变，其中金属材料的相变行为一直是材料科学的研究重点之一。
金属材料的相变不仅涉及其内部结构和性能的变化，也关系到金属材料的制备和应用领域。
本文将探讨金属材料相变行为研究的相关内容。
一、相变的定义和分类相变是物质在温度、压力等条件改变下，由一种物相向另一种物相转变的过程。
根据金属材料的相变方式和机制，可以将金属材料的相变分为固态相变、液态相变和气态相变三类。
1. 固态相变固态相变是指金属材料在常温下从一种晶体结构转变为另一种晶体结构的过程。
常见的固态相变包括铁的α-γ相变、钢的奥氏体-马氏体相变等。
固态相变对金属材料的力学性能、导电性能等具有显著影响。
2. 液态相变液态相变是指金属材料在一定温度和压力下从固态转变为液态的过程。
常见的液态相变包括铝合金的熔化过程等。
液态相变对金属材料的流动性、可塑性等性能具有重要影响。
3. 气态相变气态相变是指金属材料在一定温度和压力下从液态或固态转变为气态的过程。
常见的气态相变包括金属的升华和蒸发等。
气态相变与金属材料的腐蚀性、氧化性等密切相关。
二、金属材料相变的研究方法研究金属材料相变行为的方法多种多样，主要包括实验方法和理论模拟方法。
1. 实验方法实验方法是通过一系列实验手段来观测和分析金属材料在相变过程中的物理和化学变化。
常用的实验方法包括差热分析法、X射线衍射法、电子显微镜等。
利用这些实验手段可以获取金属材料相变温度、相变速率等关键数据。
2. 理论模拟方法理论模拟方法基于相变的物理和化学规律，通过建立数学模型来模拟金属材料的相变过程。
常用的理论模拟方法包括分子动力学模拟、多相场模拟等。
利用这些方法可以探究金属材料相变的微观机制和动力学行为。
三、金属材料相变的影响因素金属材料的相变过程受多种因素的影响，主要包括温度、压力、成分和物理外场等。
1. 温度温度是影响金属材料相变行为的重要因素。
通过控制温度可以调控金属材料的相变过程和相变行为。
金属固态相变基础
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相变过程的能量转换与热效应
能量转换
固态相变过程中会发生能量的转换，包括化学能、机械 能、电磁能和热能的转换。这些能量转换对于理解固态 相变机制和开发新的相变材料具有重要意义。
热效应
固态相变通常伴随着明显的热效应，包括吸热和放热。 这些热效应可以用来进行材料加工和制造，也可以用来 开发新的热管理技术和材料。
熵
表示系统无序度的量，系统有序度越高，熵值越小。
固态相变的热力学条件
相变驱动力
固态相变需要满足热力学上的稳定性条件， 即新相的自由能必须低于旧相的自由能。
温度和压力的影响
固态相变通常需要在一定的温度和压力条件 下发生，这些因素会影响相变的驱动力和相
界面的稳定性。
热力学相图
01
02
03
定义
描述不同温度、压力条件 下，物质不同相之间稳定 存在的区域和界限的图。
3
晶体缺陷
晶体缺陷是影响固态相变的另一个重要因素。点 缺陷、线缺陷和面缺陷等不同类型的晶体缺陷可 以促进或阻碍相变过程。
02
金属固态相变的晶体学基础
晶体结构与对称性
晶体结构
金属的晶体结构取决于其原子间的键合 方式，常见的有面心立方、体心立方和 密排六方结构。
VS
对称性
金属晶体的对称性对其物理和化学性质有 重要影响，如电子能带结构、光学和电学 性质等。
钢铁中的相变涉及多种固态相变过程，如马氏体相变 、贝氏体相变等。这些相变过程对钢铁的性能具有重 要影响。
钢铁相变的控制
通过控制钢铁的成分、冷却速度和热处理条件，可以 控制其相变过程，从而获得所需的机械性能和物理性 能。
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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
的过程
37.连续脱溶；脱溶过程中，脱溶物附近基体中的浓度变化为连续的
38.不连续脱溶；因其脱溶物中的a相和母相a之间的溶质浓度不连续而称
39.局部脱溶；首先在晶界，滑移面等能量高处形核。
40.本质晶粒度；根据试验方法，在930+-10°c保温足够时间（3-8H）后测得的奥氏体晶粒大小
41.实际晶粒度；在某一加热条件下测得的实际奥氏体晶粒大小。
42.起始晶粒度；在临界温度以上，奥氏体形成刚刚完成，其晶粒边界刚刚相互接触时的晶粒大小
43.抗回火性；合金元素阻碍a相中碳含量降低和碳化物颗粒长大而使钢件保持高硬度、高强度的性质。
44.淬火时效；含有Mo,W,V,Cu,Be等元素的铁基合金淬火后进行时效时产生时效硬化现象
45.应变时效；纯铁或低碳钢经形变后时效时产生的硬化现象
46.形变诱发马氏体；在Ms点以上，一定温度范围内因塑性变形而发生的马氏体。
47.孕育期；转变转变开始线与纵坐标轴之间的距离，表示在各温度下过冷奥氏体等温分解所需要的时间。
48.温时效；较高温度下发生的时效
49.冷时效；较低温度下发生的时效
50.均匀脱溶；析出物较均匀的分布在基体中
51.非均匀脱溶；析出物的晶核优先于晶界，亚晶界，滑移面，孪晶晶界面，位错线以及其他晶体缺陷处形成。
52.G.P区；在若干原子层范围内的溶质原子聚集区即称为
53.相间析出；析出物沿γ－α相变界面前沿析出
54.调幅分解；固溶体分解的一种特殊形式。
它按扩散偏聚机构转变，由一种固溶体分解为结构相同而成分不同的两种固溶体，成分波动自动调整，分解产物只有溶质的富区和贫区，二者没有清晰的相界面
55.回归；时效型合金在时效强化后，于平衡相或过渡相的固溶度曲线一下某一温度加热，时效硬化现象会立刻消失，硬度基本上恢复到固溶处理状态，这种现象称为回归。