金属固态相变的主要特点
固态相变 知识点总结
固态相变By Dong大魔王固态相变：金属和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，即发生从一种状态到另一种状态的改变，这种转变称为固态相变。
按热力学分类：一级相变：相变时新旧两相的化学势相等，但化学势的一级偏微熵不等的相变称为一级相变;二级相变：相变时新旧两相的化学势相等，且化学势的一级偏微熵也相等，但化学势的二级偏微熵不相等的相变称为二级相变。
按平衡状态图分类：①平衡相变指在缓慢加热或冷却过程中所发生的能获得的符合平衡状态相图的平衡组织的相变。
主要有同素异构转变、多形性转变、平衡脱溶沉淀、共析相变、调幅分解、有序化转变。
②非平衡相变:伪共析相变、马氏体相变、贝氏体相变、非平衡脱溶相变按原子迁移情况分类：①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称为扩散型相变。
基本特点是：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；新相和母相得成分往往不同；只有因新相和母相比容不同而引起的体积变化，没有宏观形状改变。
②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。
一般特征是：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；相变不需要通过扩散，新相和母相的化学成分相同；新相和母相之间存在一定的晶体学位向关系；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。
试述金属固态相变的主要特征①相界面：金属固态相变时，新相和母相的界面分为两种。
②位相关系：两相界面为共格或半共格时新相和母相之间必然有一定位相关系，两项之间没有位相关系则为非共格界面。
③惯习面：新相往往在母相一定晶面上形成，这个晶面称为惯习面。
④应变能：圆盘型粒子所导致的应变能最小，其次是针状，球状最大。
固态相变阻力包括界面能和应变能。
⑤晶体缺陷的影响：新相往往在缺陷处优先成核。
原子的扩散：收扩散控制的固态相变可以产生很大程度的过冷。
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。
5. 固态相变
α
∂ G ≠ ∂p 2 T
2
β
T
∂ G ∂ G ≠ ∂T∂p ∂T∂p
2 2
α
β
由于
cp ∂ 2G ∂S 2 = − =− ∂T T p ∂T p
迁移使点阵发生改组。马氏体转变 固态相变不一定都属于单纯的扩散型或非扩散 型。
3. 按相变方式分类 有核相变和无核相变
有核相变：有形核阶段， （1）有核相变：有形核阶段，新相核心可均匀形 也可择优形成。大多数固态相变属于此类。 成，也可择优形成。大多数固态相变属于此类。 （2）无核相变：无形核阶段，通过扩散偏聚的方 无核相变：无形核阶段， 式进行。以成分起伏作为开端， 式进行。以成分起伏作为开端，新旧相间无明显界 如调幅分解。 面，如调幅分解。
第五章
固态相变
第一节
总论
固态相变的定义：
固体材料的组织、结构在温度、压力、成分改 变时所发生的转变统称为固态相变。
一、固态相变的特点
驱动力: 大多数固态相变是通过形核和长大完 成的，驱动力是新相和母相的自由焓之差。 阻力: 界面能和应变能。
1. 相界面
a) 共格界面
b) 半共格界面
c) 非共格界面
晶粒1 晶粒2
新相
非共格界面 晶界
共格或半共格界面
晶界形核示意图
四、晶核的长大 1. 晶核长大的方式 “平民式”散漫无序位移 非协同型长大 “军队式”有序位移 协同型长大 2. 晶核长大类型
• 成分不变协同型长大 • 成分不变非协同型长大 • 成分改变协同型长大 • 成分改变非协同型长大 前两类无需溶质原子扩散，长大速度仅与界面点 阵重构过程有关，故晶核长大速度很快。
金属固态相变的三种基本变化
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金属固态相变整理
一、名词解释1.平衡相变：是指在缓慢加热或冷却时所发生的能获得符合平衡状态图的平衡组织的相变。
2.扩散：相邻原子相对移动距离超过一个原子间距，相邻原子的相对位置发生改变。
3.均匀形核：晶核在母相中无择优地任意均匀分布4.非均匀形核：晶核在母相中某些区域择优地不均匀分布5.惯习面：新相往往在母相一定的晶面上开始形成，这个晶面为惯习面6.共格界面：界面上的原子所占据的位置恰好是两相点阵共有的位置时，两相在界面上的原子可以一对一的相互匹配。
7.球化退火：使片状渗碳体球状化，获得球状p的热处理工艺。
8.派敦处理：使高碳钢获得细珠光体（索氏体）组织，再经过深度冷拔而获得高强度钢丝。
9.魏氏组织：工业上将具有片（针）状铁素体或渗碳体加珠光体的组织（消除：细化晶粒的正火、退火以及锻造）10.伪共析转变：过冷奥氏体将全部转变为珠光体型组织，但合金的成分并非共析成分，并且其中铁素体和渗碳体的相对含量也与共析成分珠光体不同，随奥氏体的碳含量变化而变化。
11.切变共格界面：Ms的形成是以切变方式进行的，且Ms和r之间的界面上的原子是共有的。
这种界面。
12.冷处理：若Ms点在室温以上，Mf点在室温以下，则淬火到室温时将保留相当残余r。
若继续冷却至室温以下，则残余r转变为M。
13.相变诱发塑性：金属及合金在相变过程中塑性增加，往往在低于母相屈服强度时即可发生塑性变形。
14.二次淬火：回火加热、保温过程中不发生分解，冷却时残余奥氏体转变为马氏体的现象。
15.回火抗力（抗回火性）：合金元素这种阻碍α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。
16.二次硬化：当马氏体中含有足够量的碳化物形成元素时，在500℃以上回火时将会析出细小的特殊碳化物，导致因回火温度升高，θ-碳化物粗化而软化的钢再度硬化。
17.回火脆性：随回火温度升高，冲击韧性反而下降的现象。
18.脱溶（沉淀）：从过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，是一种扩散型相变。
金属材料科学工程固态相变理论1
固态相变：金属和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，即发生从一种状态到另一种状态的改变，这种转变称为固态相变。
按热力学分类：一级相变：相变时新旧两相的化学势相等，但化学势的一级偏微熵不等的相变称为一级相变; 二级相变：相变时新旧两相的化学势相等，且化学势的一级偏微熵也相等，但化学势的二级偏微熵不相等的相变称为二级相变。
按平衡状态图分类：平衡相变指在缓慢加热或冷却过程中所发生的能获得的符合平衡状态相图的平衡组织的相变。
主要有同素异构转变、多形性转变、平衡脱溶沉淀、共析相变、调幅分解、有序化转变。
非平衡相变:伪共析相变、马氏体相变、贝氏体相变、非平衡脱溶相变按原子迁移情况分类：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称为扩散型相变。
基本特点是：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新相和母相得成分往往不同；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。
一般特征是：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；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。
共格界面：若两相晶体结构相同、点阵常数相等、或者两相晶体结构和点阵常数虽有差异，单存在一组特定的晶体学平面使两相原子之间产生完全匹配。
此时，界面上原子所占位置恰好是两相点阵的共有位置，界面上原子为两相所共有，这种界面称为共格界面。
当两相之间的共格关系依靠正应变来维持时，称为第一类共格；而以切应变来维持时，成为第二类共格。
半共格界面：半共格界面的特点：在界面上除了位错核心部分以外，其他地方几乎完全匹配。
在位错核心部分的结构是严重扭曲的，并且点阵面是不连续的。
固态相变的主要类型及特点
固态相变的主要类型及特点
固态相变的主要类型和特点如下：
1. 扩散型相变：这类相变涉及原子或离子的扩散。
特点是需要较高的温度，原子或离子活动能力强，会使相的成分发生改变。
包括脱溶沉淀、调幅分解、共析转变等。
2. 非扩散型相变：这类相变中，原子或离子仅作有规则的迁移，使点阵发生改组。
其特点是迁移时相邻原子相对移动不超过原子间距，相邻原子的相对位置保持不变，可以在原子或离子不能扩散时发生。
例如马氏体转变。
3. 一级相变：自由能的一阶偏导数不相等，相变伴随着体积的膨胀或收缩，潜热的放出或吸收。
大多数相变为一级相变。
4. 二级相变：自由能的一阶偏导数相等，但自由能的二阶偏导数不相等。
其特点是材料无体积效应和热效应，如压缩系数、热膨胀系数、比定压热容突变。
大多数磁性转变和有序-无序转变为二级相变。
此外，还有调幅分解、有序化转变、块状转变等相变类型，具体可咨询专业人士获取更多信息。
金属固态相变
第一章金属固态相变的基本规律1.固态相变：指在金属陶瓷等固态材料中，当温度或压力改变时，内部组织或结构发生变化，即由一种相状态转变为另一种相状态。
2.平衡转变：在极为缓慢的加热或者冷却条件下形成符合状态图的平衡组织的相得转变。
3.非平衡转变：在非平衡加热或冷却的条件喜爱，平衡转变受到抑制，将发生平衡图上不能反映的转变类型，获得不平衡组织或平稳状态的组织。
4.纯金属的同素异构转变：纯金属在温度压力改变时，由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的过程。
5.多形性转变：固溶体的同素异构转变。
6.共析转变：冷却时，固溶体同时析出分解为两个不同成分和结构的相的固态相变。
7.包析转变：冷却时，由俩个固相合并转变为一个固相的固态相变过程。
8.钢种的马氏体相变：将A以较大的冷却速度过冷到低温区，替代原子难以扩散，则A以无扩散方式发生转变，即在Ms点以下进行的马氏体转变，即称为马氏体转变。
9.平衡脱溶：在高温相中固溶了一定量合金元素，当温度降低时，溶解度下降，在缓慢冷却的条件下，过饱和固溶体将析出新相的过程。
10.非平衡脱溶：合金固溶体在高温下溶入了较多的合金元素，在快速冷却条件下，固溶体中来不及析出新相，一直冷却到较低温度下，得到过饱和固溶体的过程。
11.按原子迁移特征分为：（1）扩散型相变：原子的迁移造成原有原子的邻居关系的破坏。
①界面控制扩散型相变②体扩散控制扩散型相变；（2）原子的迁移没有破坏原有原子的邻居关系，原子位移不超过原子间距。
12.按热力学分：（1）一级相变：在相变温度下，两相得自由焓及化学位均相等，但是化学位一级偏导数不等；（2）二级相变：相变时，化学位的一级偏导数相等，但是二级偏导数不等。
13.相变的驱动力和阻力：相变过程驱动力阻力热力学条件相结晶成固相△G相变=G固-G液新相表面能△G表驱动力>阻力固态相变△G相变=G新-G旧△G界面+△G畸变14.界面能△G界面：由结构界面能和化学界面能组成：（1）δSt结构界面能：由于界面处的原子键合被切断或被削弱，引起了势能的升高而形成的界面能：（2）δCh化学界面能：由于原子的结合键与两相内部原子键合的差别而导致的界面能量的升高。
第1章_金属固态相变基础总结
（2）非平衡相变
贝氏体相变 非平衡脱溶沉淀
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1.1 金属固态相变的主要类型
1.1.2 按平衡状态图分类 1.平衡转变
固态金属在缓慢加热或冷却时发生的能获得符合相 图所示压力改变时，由
一种晶体结构转变为另一种晶体结构的过程叫做同素 异构转变。
②多形性转变——固溶体的同素异构转变称为多形性
体转变的独特的不平衡转变，称为贝氏体转变，又称
为中温转变。 贝氏体转变产物的组成相是相和碳化物，但相的 形态和碳含量以及碳化物的形态和分布等均与珠光体 的不同，称为贝氏体。
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1.1.2 按平衡状态图分类 2. 非平衡转变
④ 非平衡脱溶沉淀
若合金C0自T1温度采取快冷，则相来不及析出，待冷 到室温时便得到一个过饱和固溶体。如果在室温或低于 MN线的温度下，溶质原子尚具有一定扩散能力，则在上 述温度停留期间，过饱和固溶体便会自发地发生分解，从 中逐渐析出新相，但这种新相在析出的初级阶段，在成分 和结构上均与平衡沉淀相有所不同，这种相变称为不平衡 脱沉淀（也称为时效）。在低碳钢和铝、镁等有色合金中 会发生这种转变。
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1.2 金属固态相变的主要特点
1. 相界面特殊（新相和母相间存在不同的界面）
金属固态相变时，新相与母相之间的界面与金属凝固 过程中的液固界面不同，为两种晶体的界面；与一般的 晶粒边界也不相同。 根据界面上两相原子在晶体学上的匹配程度，相界面 可以分为： 共格界面 半共格界面
非共格界面
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1.1.2 按平衡状态图分类 1.平衡转变 ④共析转变——冷却时由一个固相分解为两个不同
固相的转变称为共析转变。
共析转变可以用反应式 +表示。共析转变生 成的两个新的成分和结构 都与母相不同。钢在冷却 时由奥氏体转变珠光体 （铁素体与渗碳体的混合 物），即属这种转变。
《材科热处理原理》思考题
《材科热处理原理》思考题第一章固态相变概论1. 金属固态相变的主要类型有哪些？2. 热力学主要的状态函数与状态变数之间的关系如何？3. 金属固态相变按（1）相变前后热力学函数、（2）原子迁移情况、（3）相变方式分为哪几类？4. 金属固态相变有哪些特点？5. 固态相变的驱动力和阻力包括什么？加以说明。
6. 固态相变的过程中形核和长大的方式是什么？加以说明。
7. 何谓热处理？热处理的目的是什么？热处理在机械加工过程中作用有那些？热处理与合金相图有何关系？8. 金属固态相变主要有哪些变化？9. 说明下列符号的物理意义及加热速度和冷却速度对他们的影响？Ａc1、Ａr1、Ａc3、Ａr3、Ａccm、Ａrcm10. 一些概念：固态相变、热处理、平衡转变、不平衡转变、同素异构转变、多形性转变、共析转变、包析转变、平衡脱溶沉淀、调幅分解、有序化转变、伪共析转变、马氏体转变、贝氏体转变、块状转变、不平衡脱溶沉淀、一级相变、二级相变、扩散型相变、非扩散型相变、半扩散型相变、共格界面、半共格界面、非共格界面、惯习面、位向关系、应变能、界面能、过渡相、均匀形核、非均匀形核、晶界形核、位错形核、空位形核、界面过程、传质过程、协同型方式长大、非协同型方式长大、切变机制、台阶机制第二章钢中奥氏体的形成1. 奥氏体(A)的晶体结构，组织形态与性能有什么特点？2. 奥氏体形成的热力学条件是什么？共析钢的珠光体（平衡态组织）向奥氏体转变属于何种转变？试说明珠光体向奥氏体转变过程。
3. 钢在实际热处理加热和冷却过程时的临界点为什么偏离相图上的临界点？实际的临界点如何表示？实际的临界点与加热和冷却速度有什么关系？4. 试以碳扩散的观点说明奥氏体长大机理。
（奥氏体的形成包括哪几个过程？为什么说奥氏体形成是以C 扩散为基础并受碳扩散控制的？）5. 说明奥氏体形成时铁素体先消失的原因。
6. 非共析钢的奥氏体的形成与共析钢的奥氏体的形成有哪些异同？7. 共析碳钢奥氏体等温形成动力学（TTA图）有什么特点？非共析钢和共析碳钢奥氏体等温形成动力学图有什么异同？8. 影响奥氏体等温形成的形核率的因素有哪些？如何计算A线长大速度？影响奥氏体转变速度的因素有哪些？如何影响？（奥氏体等温形成动力学（形核与长大）的经验公式）（为什么温度升高，奥氏体转变速度加快？）（合金元素对奥氏体的形成速度有什么影响？）9. 合金钢的奥氏体形成动力学有什么特点？10. 连续加热时奥氏体形成动力学有什么特点？试以连续加热时奥氏体的形成动力学曲线，说明奥氏体形成时临界点的变化。
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金属固态相变的主要特点
金属固态相变是指金属在温度或压力变化下发生的物态转变。
相变是物质由一种物态转变为另一种物态的过程，其中固态相变是指物质从固态转变为其他物态的过程。
金属固态相变具有以下主要特点：
1. 温度和压力的影响：金属固态相变通常受到温度和压力的共同影响。
随着温度的升高或压力的增加，金属的晶体结构和原子排列方式发生变化，从而导致相变的发生。
2. 结构转变：金属固态相变中，金属的晶体结构会发生变化。
金属晶体结构可以分为多种类型，如面心立方结构、体心立方结构和六方最密堆积结构等。
相变时，金属晶体结构的类型可能发生改变，从而导致其他性质的变化。
3. 形态变化：金属固态相变还会导致金属的形态发生变化。
例如，金属在相变过程中可能出现晶体的生长、晶界的移动、晶粒的合并或分裂等现象。
这些形态的变化会影响金属的力学性能和微观结构。
4. 热力学性质变化：金属固态相变会引起金属的热力学性质变化。
例如，相变可能导致金属的热导率、电导率、热膨胀系数等物理性质的变化。
这些性质的变化与金属的晶体结构和原子排列方式有关。
5. 相变温度和相变范围：金属固态相变有一定的相变温度和相变范围。
相变温度是指金属从一种晶体结构转变为另一种晶体结构的温
度点，而相变范围是指在相变温度附近金属可以存在的温度范围。
不同金属的相变温度和相变范围各不相同。
6. 相变速率：金属固态相变的速率取决于温度、压力、晶体结构和金属的化学成分等因素。
相变速率较快的金属相变过程称为快速相变，而相变速率较慢的金属相变过程称为慢速相变。
7. 相变过程的可逆性：金属固态相变通常是可逆的，即金属可以在相反的条件下恢复到原来的相态。
例如，当金属从高温相变为低温相时，如果温度重新升高到相变温度以上，金属会再次发生相变，恢复到高温相。
总的来说，金属固态相变是金属在温度和压力变化下发生的物态转变过程，具有结构转变、形态变化、热力学性质变化等特点。
金属固态相变的研究对于理解金属的微观结构和性能变化具有重要意义，也有助于金属材料的设计和应用。