《钢的热处理》课件1-金属固态相变概论

1、金属固态相变概论金属固态相变的主要类型金属固态相变的主要特点固态相变时的形核固态相变时的晶核长大固态相变动力学第一节平衡转变同素异构转变和多形性转变平衡脱溶沉淀共析转变条幅分解有序化转变不平衡转变伪共析转变马氏体转变块状转变贝氏体转变不平衡脱溶沉淀n第一节 属固态相变的主要类型 纯金属在一定的温度和压力下，由一种结构变为另外一种结构的现象 例：纯铁在912以下是BCC结构，在其以上是FCC结构同素异构转变 固溶体在一定的温度和压力下，由一种结构变为另外一种结构的现象 例：钢冷却时从奥氏体中析出先共析铁素体多形性转变n第一节 属固态相变的主要类型（一）同素异构转变与多形性转变 高温饱和固溶体缓慢

2、冷却过程中析出第二相的过程平衡脱溶沉淀 新相的成分和结构始终与母相不同 母相不会消失特点 刚在冷却时，由奥氏体析出二次渗碳体的过程举例（二）平衡脱溶沉淀n第一节 属固态相变的主要类型共析转变 钢中的珠光体转变举例（三）共析转变n第一节 属固态相变的主要类型调幅（增幅）分解 新形成的微区之间无明显的界面和成分的突变 通过上坡扩散，最终使均匀固溶体变为不均匀固溶体特点（四）调幅分解n第一节 属固态相变的主要类型有序化转变固溶体中，各组元的相对位置从无序过渡到有序的过程举例Cu-Zn合金Al-Cu合金n第一节 属固态相变的主要类型（五）有序化转变 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

3、程伪共析转变 亚（过）共析钢从奥氏体以较快速度冷却，先共析铁素体（渗碳体）来不及析出，形成伪共析体举例 铁素体和渗碳体相对含量随奥氏体的含碳量而改变特点先共析转变及伪共析转变的过冷度（一）伪共析转变n第一节 属固态相变的主要类型 合金在快冷时，若能避免其发生扩散型转变，则将无需原子扩散，以一种切变共格的方式实现点阵的改组，形成马氏体。马氏体转变 钢中，奥氏体被快冷到低温下时，以无扩散的方式将点阵改组为点阵举例 马氏体成分与原奥氏体相同特点（二）马氏体转变n第一节 属固态相变的主要类型 在一定的冷速下，奥氏体转变为与母相具有相同成分而形貌呈块状的相的过程块状转变 新相长大是通过原子的短程扩散使新

4、、母相的非共格界面推移而实现的特点（三）块状转变n第一节 属固态相变的主要类型 在珠光体转变和马氏体转变温度范围之间（中温）转变贝氏体转变 半扩散型相变铁原子不能扩散，碳原子可以扩散特点 贝氏体铁素体和渗碳体组成的非片层状组织产物（四）贝氏体转变n第一节 属固态相变的主要类型 等温条件下，由过饱和固溶体中析出第二相的过程 时效不平衡脱溶沉淀 析出相为非平衡亚稳相特点（五）不平衡脱溶沉淀n第一节 属固态相变的主要类型快冷分解金属固态相变的三种基本变化结构成分有序化程度只有结构的变化多形性转变马氏体转变只有成分的变化调幅分解既有结构又有成分的变化共析转变脱溶沉淀n第一节 属固态相变的主要类型第二节

5、一般特征相变驱动力为新、母相的自由能差大多数通过形核与长大的过程来实现独有特征形成相界面两相间具有晶体学关系产生弹性应变能晶体缺陷发挥作用产生过渡相n第二节 固态相变的主要特点共格界面晶体结构相同晶体结构不同（一）共格界面n第二节 固态相变的主要特点概念两相界面上的原子部分匹配特点弹性应变能降低界面上分布有若干位错半共格界面（二）半共格界面n第二节 固态相变的主要特点 概念 两相界面上的原子完全不匹配 为很薄的一层院子不规则排列的过渡层 特点 界面能较高 界面上存在大量缺陷非共格界面（三）非共格界面n第二节 固态相变的主要特点惯习面取向关系n第二节 固态相变的主要特点惯习面与取向关系非共格界面

6、新相形状引起的体积（比容差）应变能球状最大针状次之盘装最小共格界面原子强制匹配引起的共格应变能共格界面最大半共格界面次之非共格界面为零新相几何形状与比容差应变能体积应变能与共格应变能n第二节 固态相变的主要特点相变阻力界面能应变能比容差应变能共格应变能 非共格半共格共格界面能 球状针状盘状比容差应变能 共格半共格非共格=0共格应变能界面能与应变能n第二节 固态相变的主要特点n第二节 固态相变的主要特点相变阻力对界面类型和新相形状的影响促进相变提高形核率提供缺陷能作为相变驱动力的补充晶体缺陷固态相变需要较大形核功n第二节 固态相变的主要特点基本原理功耗最低原理 任何的相变都选择能量消耗最低的途径

7、进行能量最低原理 任何的相变都趋向于使整个体系的能量保持最低过渡相与母相保持共格 界面能较低不稳定 条件满足时有向平衡相转变的趋势n第二节 固态相变的主要特点第三节相变驱动力相变阻力（一）相变过程的能量变化n第三节 固态相变的形核n第三节 固态相变的形核固态相变较难均匀形核n第三节 固态相变的形核（二）固态相变的形核率晶体缺陷点缺陷空位间隙原子线缺陷位错面缺陷晶界亚晶界晶体缺陷能促进形核n第三节 固态相变的形核 空位通过促进溶质原子扩散或利用本身的能量提供形核驱动力促使形核 空位团可凝聚成位错而促进形核空位促进形核的途径 空位对脱溶沉淀有促进作用，是沉淀相非均匀形核的位置 晶界附近的过饱和空位

8、扩散到晶界而消失脱溶沉淀时无析出区的形成原因n第三节 固态相变的形核（一）空位促进形核围绕位错形核后，位错消失，释放出畸变能 对于半共格晶核，原有的位错成为界面位错，补偿了错配，降低了形核功溶质原子常在位错线上偏聚，容易满足新相形成的成分要求位错促进形核的途径n第三节 固态相变的形核（二）位错促进形核 大角晶界具有极高的界面能，在晶界上形核可使界面能释放出来作为相变驱动力晶界促进形核的途径 一侧为共格 另一侧为非共格新晶核与母相的界面关系 共格侧界面平直 非共格侧界面呈球冠形新晶核的形状（三）晶界促进形核界面形态n第三节 固态相变的形核晶界面形核棱边形核隅角形核晶界面形核棱边形核隅角形核n第三

9、节 固态相变的形核（三）晶界促进形核形核位置晶界不同位置形核功比较隅角形核的形核功最小隅角在多晶体中所占的体积分数最少（三）晶界促进形核形核位置与形核功n第三节 固态相变的形核第四节 原子通过切变方式协同运动，相邻原子的相对位置不变无扩散相变 马氏体相变，出现外形变化表面浮突现象举例 新相和母相间有一定的位向关系特点（一）半共格界面的迁移协同式长大机制n第四节 固态相变时的晶核长大共格界面上存在位错列位错滑移台阶侧向移动位错攀移台阶法向推进（一）半共格界面的迁移台阶式长大机制n第四节 固态相变时的晶核长大原子移动无先后顺序相对位移距离不等相邻关系可能变化特点新相逐渐长大界面沿法向推进母相原子向

10、新相中转移过程（二）共格界面的迁移非协同式长大n第四节 固态相变时的晶核长大原子母相台阶端部新相台阶新相台阶侧向移动界面推进新相长大n第四节 固态相变时的晶核长大（二）共格界面的迁移台阶式长大激活能n第四节 固态相变时的晶核长大（一）界面控制型长大（无成分变化）公式推导（1）参数（一）界面控制型长大n第四节 固态相变时的晶核长大公式推导（2）n第四节 固态相变时的晶核长大（一）界面控制型长大公式推导（3）n第四节 固态相变时的晶核长大（一）界面控制型长大公式推导（4）n第四节 固态相变时的晶核长大（一）界面控制型长大固态相变的新相长大速度随温度降低呈现先增后减的趋势结论（一）界面控制型长大n第四节 固态相变时的晶核长大平衡相图平衡相图界面附近的浓度分布界面附近的浓度分布n第四节 固态相变时的晶核长大（二）扩散控制型长大（有成分变化）公式随着温度下降，D急剧减小，V降低含义扩散通量新相长大系数n第四节 固态相变时的晶核长大（二）扩散控制型长大 第五节研究新相形成量（体积分数）与时间及温度之间的关系相变动力学形核长大一般规律n第五节 固态相变动力学n第五节 固态相变动力学形核率和长大速度恒定（恒温转变动力学）n第