【正文】 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） 第一章 金屬固態(tài)相變概論 材料科學(xué)與工程學(xué)院 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） ?固態(tài)相變概論 固態(tài)相變的主要 分類 固態(tài)相變的主要 特點(diǎn) ?固態(tài)相變熱力學(xué) 固態(tài)相變的 熱力學(xué)條件 固態(tài)相變的 形核 固態(tài)相變的 晶核長大 ?固態(tài)相變動(dòng)力學(xué) 固態(tài)相變的 速率 鋼中過冷奧氏體轉(zhuǎn)變 動(dòng)力學(xué) 第一章 金屬固態(tài)相變概論 主要內(nèi)容 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） 重點(diǎn) 理解相和相變的 物理意義 以及固態(tài)相變的 基本特征 。 難點(diǎn) 金屬固態(tài)相變 熱力學(xué) 和 動(dòng)力學(xué) 。 意義 固態(tài)相變是金屬材料熱處理的基礎(chǔ)。如馬氏體相變可以使鋼淬火強(qiáng)化；過飽和固溶體分解使合金時(shí)效強(qiáng)化等。研究固態(tài)相變有重要的實(shí)際意義。 第一章 金屬固態(tài)相變概論 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） 幾個(gè)概念 相 被一定邊界包圍、具有確定而均勻的物理和化學(xué)性質(zhì)的一個(gè)系統(tǒng)或系統(tǒng)的一個(gè)部分。 也就是指 結(jié)構(gòu)相同、成分和性能均一并以界面相互分開的組成部分。 穩(wěn)定相 對(duì)于一定的熱力學(xué)條件，只有當(dāng)某相的 自由能最低 時(shí)，該相才是 穩(wěn)定 的，且處于 平衡態(tài) 。 亞穩(wěn)相 若某相的自由能雖 不處于最低 ，但與最低自由能態(tài) 具有能壘相分隔 ，則該相為 亞穩(wěn)相 。 非穩(wěn)定相 若 不存在 這種能壘，則體系處于 非穩(wěn)定態(tài) ，這種狀態(tài)是不穩(wěn)定的，它一定會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)槠胶鈶B(tài)或亞穩(wěn)態(tài) —— 轉(zhuǎn)變是自發(fā)的。 被一定邊界包圍、具有確定而均勻的物理和化學(xué)性質(zhì)的一個(gè)系統(tǒng)或系統(tǒng)的一個(gè)部分。 也就是指 結(jié)構(gòu)相同、成分和性能均對(duì)于一定的熱力學(xué)條件，只有當(dāng)某相的 自由能最低 時(shí)，該相才是 的，且處于 平衡態(tài) 。第一章 金屬固態(tài)相變概論 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） 幾個(gè)概念 構(gòu)成物質(zhì)的原子（或分子）的聚合狀態(tài)（相狀態(tài)）發(fā)生變化的過程均稱為相變。 如：從液相到固相的 凝固 過程 從液相到氣相的 蒸發(fā) 過程 金屬和陶瓷等固態(tài)材料在 溫度 和 壓力 改變時(shí)，其內(nèi)部 組織 或 結(jié)構(gòu) 會(huì)發(fā)生變化，即發(fā)生從一種相狀態(tài)到另一種相狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，這種轉(zhuǎn)變稱為固態(tài)相變 。 相 變 固態(tài)相變 相變前的相狀態(tài)稱為 舊相 或 母相 ，相變后的相狀態(tài)稱為 新相 * 第一章 金屬固態(tài)相變概論 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） 第一章 金屬固態(tài)相變概論 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） 相變理論要解決的問題 ? 相變?yōu)槭裁窗l(fā)生，朝著什么方向進(jìn)行？ ? 相變是如何進(jìn)行的？它的途徑和速度如何？ ? 相變產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)有什么特征？ 結(jié)論 ? 相變總是朝著能量降低的方向進(jìn)行； ? 相變總是遵循阻力最小的途徑進(jìn)行； ? 相變可以有不同的終態(tài)，只有最適合結(jié)構(gòu)環(huán)境的新相才能生存。 第一章 金屬固態(tài)相變概論 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） 固態(tài) 相變 分類 按原子遷移分類 按相變方式分類 擴(kuò)散相變 非擴(kuò)散型相變 有核相變 無核相變 按熱力學(xué)分類 一級(jí)相變 二級(jí)相變 按平衡狀態(tài)分類 平衡相變 非平衡相變 金屬固態(tài)相變的主要類型 第一章 金屬固態(tài)相變概論 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） 形成條件 ：緩慢加熱或冷卻 獲得組織 ：符合平衡狀態(tài)圖的平衡組織 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 平衡脫溶沉淀 共析轉(zhuǎn)變 調(diào)幅分解 有序化轉(zhuǎn)變 有代表性的幾種平衡相變 平衡相變 第一章 金屬固態(tài)相變概論 一、按平衡狀態(tài)圖分類 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） （ 1）同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 ? 純金屬在溫度和壓力改變時(shí)，由一種晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶體結(jié)構(gòu)的過程稱為 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 。 ? 若在固溶體中發(fā)生這種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，則稱為 多形性轉(zhuǎn)變 。 如鋼在冷卻時(shí)由奧氏體中析出先共析鐵素體的過程 。 純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 第一章 金屬固態(tài)相變概論 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） （ 2）平衡脫溶沉淀 高溫過飽和固溶體 緩慢冷卻 過程中析出 過剩相 （或 第二相 ）的過程。 具有脫溶沉淀的二元合金平衡狀態(tài)圖 特點(diǎn)： (a) 新相的成分和結(jié)構(gòu)始終與母相的不同； (b) 母相不會(huì)消失。 鋼在冷卻時(shí)，由奧氏體析出二次滲碳體的過程 第一章 金屬固態(tài)相變概論 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） 合金在冷卻時(shí)，由一個(gè)固相分解為兩個(gè)不同固相的轉(zhuǎn)變稱為 共析相變 （或 珠光體型轉(zhuǎn)變 ），如： A→F ＋ Fe3C ； 反之，如果合金加熱時(shí)所發(fā)生的相反轉(zhuǎn)變稱為 逆共析相變 ，如： F＋ Fe3C → A 。 具有共析相變的二元合金平衡狀態(tài)圖 （ 3）共析相變 特點(diǎn)： ? 兩個(gè)生成相的 結(jié)構(gòu) 和 成分 都與母相 不同 。 ? 類似于合金結(jié)晶時(shí)的共晶反應(yīng)。 第一章 金屬固態(tài)相變概論 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） （ 4）調(diào)幅分解 某些合金在高溫下具有均勻單相固溶體，但冷卻到某一溫度范圍時(shí)可分解成為與 原固溶體結(jié)構(gòu)相同 但 成分不同 的兩個(gè)微區(qū)，這種轉(zhuǎn)變稱為 調(diào)幅分解 。 特點(diǎn)： ? 在轉(zhuǎn)變初期形成的兩個(gè)微區(qū)之間并無明顯界面和成分突變； ? 通過 上坡擴(kuò)散 ，最終使原來的 均勻 固溶體變成 不均勻 固溶體。 （ 5）有序化轉(zhuǎn)變 固溶體中，各組元的相對(duì)位置從無序過渡到有序的過程，稱為有序化轉(zhuǎn)變。 ? 在 CuZn、 CuAu、 MnNi、 FeNi、 TiNi等許多合金系中都可發(fā)生這種有序化轉(zhuǎn)變。 第一章 金屬固態(tài)相變概論 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） 非平衡相變 形成條件 ：快速加熱或冷卻 獲得組織 ：亞穩(wěn)或不平衡，不能用平衡狀態(tài)圖來解釋 偽共析相變 馬氏體相變 貝氏體相變 非平衡脫溶沉淀 有代表性的幾種非平衡相變 塊狀相變 第一章 金屬固態(tài)相變概論 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） （ 1）偽共析相變 FeC平衡狀態(tài)圖 ? 接近共析點(diǎn)成分的合金 ， 過冷 到 共析點(diǎn)以下 發(fā)生共析轉(zhuǎn)變的過程 特點(diǎn)： ? 鐵素體和滲碳體的相對(duì)量隨奧氏體 的 含碳量 而變 ， 故稱為偽共析體 第一章 金屬固態(tài)相變概論 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） （ 2）馬氏體相變 條件： 快速冷卻 特點(diǎn)： ?原子不擴(kuò)散 ?成分不改變（與母相相同） ?點(diǎn)陣改組（通過切變方式） Ms點(diǎn)： 馬氏體相變開始點(diǎn)。 鋼中的馬氏體： 碳溶于 αFe中形成的過飽和固溶體。 第一章 金屬固態(tài)相變概論 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） （ 3）塊狀相變 ? 在一定的冷速下 奧氏體 轉(zhuǎn)變?yōu)榕c母相 成分相同 而 形貌呈塊狀 的 α相的過程。 ? 通過原子的短程擴(kuò)散使非共格相界面在母相中推移 （ 4）貝氏體相變 ? 珠光體轉(zhuǎn)變和馬氏體轉(zhuǎn)變溫度范圍之間， 鐵原子不能擴(kuò)散 ， 碳原子 尚具有一定的 擴(kuò)散 能力，這種非平衡相變稱為貝氏體相變（或稱為中溫轉(zhuǎn)變）。 ?轉(zhuǎn)變產(chǎn)物是 α相與碳化物混合組成的非層片狀組織，稱其為 貝氏體。 第一章 金屬固態(tài)相變概論 鋼 的 熱 處 理（