金属固态相变原理

二、非平衡转变 (non-equilibrium transformation)
4.贝氏体(bainite)转变 有碳原子扩散而铁原子不扩散的不 平衡转变。
5.不平衡脱溶沉淀(non-equilibrium pricipitation ) 在不平衡状态下，过饱和固溶体中 析出新相的转变。
三、固态相变的其他分类
固态金属---缓慢加热或冷却---获得符合相图的平衡组织 1. 同素异构（allotropic）转变
纯金属：温度和压力改变时----有一种晶体结构转变为另一 种晶体结构的过程------Fe、Ti、Co、Sn 2. 多形性转变 固溶体中一种晶体结构转变为另一种晶体结构的过程--FA
平衡相变
(3)平衡脱溶转变
扩散型相变
相变时原子迁移特征
非扩散型相变
扩散型相变
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。如同素异构转变、多晶型转变，脱溶型 相变、共析型相变、调幅分解和有序化转变等等。
特点：
（1）相变过程中有原子扩散运动，相变速率受原子扩散 速度所控制；
（2）新相和母相的成分往往不同； （3）只有因新相和母相比容不同而引起的体积变化，没
（2）相变不需要通过扩散，新相和母相的化学成分相同。 （3）新相和母相之间存在一定的晶体学位向关系。 （4）某些材料发生非扩散相变时，相界面移动速度极快，可接近声速。
固态相变：金属或陶瓷等固态材料在温度和压力改 变时，其内部组织或结构会发生变化，即发生从一 种相状态到另一种相状态的改变。 相变前的相状态称为旧相或母相， 相变后的相状态称为新相。
固态相变分类
§1-1 金属固态相变的主要类型
按照转变条件，分为：平衡转变、非平衡转变 一、平衡相变(equilibrium transformation)
Fe-C相图的伪共析区
二、非平衡转变 (non-equilibrium transformation)
2. 马氏体(martensite)转变： 无扩散的共格切变型相变。
结构：成分与A相同。在Cu合金， Ti合金及其无机非金属材料中发现了马 氏体转变。 3. 块状(massive)转变
冷却速度不够快-----形成相的形状是 不规则的块，与母相的成分相同、 与母 相的界面是非共格的、无扩散相变。在 Fe-C，Cu-Zn，Cu-Ga合金中存在。
1.012
1.009 1.006
碳含量(%)
0.27 1.4 0.29 1.2 0.29
0.27
0.21 0.14
225
1h
2.861
2.874 1.004
0.08
250ห้องสมุดไป่ตู้
1h
2.863
2.872 1.003
0.06
平衡相变
7.包析转变：两个固相合并转变为一个固相的转变过程。 →。如Fe-B，Mg-Zn，Cu-Sn系合金。
金属固态相变原理
夏鹏成 山东科技大学材料科学与工程学院
教材及其参考书目
教 材：
胡光立主编 《钢的热处理（原理和工艺）》，西工大出版社，1996
参考书：
康煜平主编 《金属固态相变及应用》，化学工业出版社，2007 徐洲等主编 《金属固态相变原理》，科学出版社，2004 崔忠圻主编 《金属学与热处理》，机械工业出版社，1983 赵连成主编 《金属热处理原理》，哈尔滨工业大学出版社，1987 夏立芳主编 《热处理工艺学》，哈尔滨工业大学出版社，1996 刘宗昌主编 《金属固态相变教程》，冶金工业出版社，2004 戚正风主编 《金属热处理原理》，机械工业出版社，1987 安运铮主编 《热处理工艺学》，机械工业出版社，1988 G.克劳斯主编 《钢的热处理原理》，冶金工业出版社，1987
实验名称与学时安排
序 号
章目名称
学时 序 分配 号
1 奥氏体组织的观察
2
6
2 P、B、M的组织观察 2
7
3
常规热处理工艺
2
8
4
末端淬火法
2
9
5
表面渗碳
2 合计
章目名称 综合热处理实验
学时 分配
2
12
第一篇
热处理原理
Principle of Heat Treatment
第一章 金属固态相变概论
Generality of Solid-State Transformation
有宏观形状改变。
非扩散型相变
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
相变称为非扩散型相变，也称为“协同型”转变。非扩散型相变时原子 仅作有规则的迁移以使点阵发生改组。迁移时，相邻原子相对移动距离 不超过一个原子间距，相邻原子的相对位置保持不变。
特点：
（1）存在由于均匀切变引起的宏观形状改变，可在预先制备的抛光试样表 面上出现浮突现象。
含碳 1.4%的马氏体回火后点阵常数、正方度与含碳量的变化
回火温度℃ 回火时间 a
室温
10d
2.846
100
1h
2.846
125
1h
2.846
150
1h
2.852
175
1h
2.857
200
1h
2.859
c
2.880 3.02 2.882 3.02 2.886
2.886
2.884 2.878
c/a
1.012 1.062 1.013 1.062 1.013
➢高温过饱和固溶体缓慢
冷却过程中析出第二相的 过程
➢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。
➢钢在冷却时，由奥氏体
析出二次渗碳体的过程
可发生脱溶转变的合金
平衡相变
4.共析（eutectoid）转变 一个固相分解为两个不同的固相 γ→ 特点：生成的两个相的成分和结构与原母相不同 5.调幅（spinodal)分解 一种固溶体分解为结构相同，而成分明显不同的微区，→12 特点：转变初期，无明显界面和成分突变，随后通过上坡扩散溶质再分 配，富溶质原子1与贫溶质原子2 。如Al-Zn、Fe-Cr、高碳M在80C 回火时也发生调幅分解。 6.有序化转变 固溶体中，各组元的相对位置从无序→有序转变过程。如Cu-Zn，CuAu，Mn-Ni，Ti-Ni等合金。
1： + → 2： + →
二、非平衡转变 (non-equilibrium transformation)
快速加热或冷却----平衡转变受到抑制 ----发生某些在相图上不能反映的不平衡 （亚稳）组织。 1.伪共析(pseudo-eutectoid)转变
由成分偏离共析成分的过冷固溶体 形成的貌似共析体的组织转变。 组成相的相对量由A的碳含量而变。