固态相变精选PPT.ppt

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1、关于固态相变第1页，讲稿共161张，创作于星期日2第一节 概 述一一 固态相变的特点固态相变的特点 1 1 界面类型界面类型:错配度错配度=（-）/完全共格界面：完全共格界面：=0=0，应变能和界面能接近于零；，应变能和界面能接近于零；弹性应变共格界面：弹性应变共格界面：0.050.05，界面能，界面能 0.1 J/m0.1 J/m2 2，应变能增加；，应变能增加；半共格界面：半共格界面：0.050.050.250.25，界面能，界面能 0.5 J/m0.5 J/m2 2，应变能降低；，应变能降低；非共格界面：非共格界面：0.250.25，界面能，界面能 1.0 J/m1.0 J/m2 2，应

2、变能进一步降低。，应变能进一步降低。第九章 固态相变第一节概述界面能依共格界面能依共格界面、半共格界面、半共格界面和非共格界面和非共格界面的顺序而界面的顺序而递增递增应变能恰恰相应变能恰恰相反。反。第2页，讲稿共161张，创作于星期日3第一节 概 述一一 固态相变的特点固态相变的特点 界面能界面能固固-固两相界面能远比液固两相界面能远比液-固两相界面能高：固两相界面能高：一部分是形成新相界面时，因同类键、异类键的结合强度一部分是形成新相界面时，因同类键、异类键的结合强度和数量变化引起的化学能；和数量变化引起的化学能；另一部分是由界面原子的不匹配产生的点阵畸变能另一部分是由界面原子的不匹配产生的

3、点阵畸变能界面能依共格界面、半共格界面和非共格界面的顺序而递界面能依共格界面、半共格界面和非共格界面的顺序而递增增第八章 固态相变第一节概述第3页，讲稿共161张，创作于星期日4第一节 概 述一一 固态相变的特点固态相变的特点 应变能应变能:包括共格应变能和体积应变能。包括共格应变能和体积应变能。共格应变能：共格界面新旧两相点阵常数差异引起的应变能。共格应变能：共格界面新旧两相点阵常数差异引起的应变能。体积应变能：由于新相与母相的比容不同，固态相变时新相体积应变能：由于新相与母相的比容不同，固态相变时新相的生成必然受到周围母相的约束而产生弹性应变而增加的应变的生成必然受到周围母相的约束而产生弹

4、性应变而增加的应变能。能。新相与母相的比容差别越大，则体积应变能越大。新相与母相的比容差别越大，则体积应变能越大。单位体积应变能的大小还与新相的几何形状有关单位体积应变能的大小还与新相的几何形状有关。第八章 固态相变第一节概述球状应变能最大，针状次球状应变能最大，针状次之，片状（盘状）应变能之，片状（盘状）应变能最小。最小。第4页，讲稿共161张，创作于星期日5第一节 概 述一一 固态相变的特点固态相变的特点 2 2 位向关系位向关系 当当两两相相界界面面为为共共格格或或半半共共格格时时，新新相相晶晶核核与与母母相相之之间间存存在在一一定定的的晶晶体体学学位位向向关关系系。新新相相的的某某一一

5、晶晶面面和和晶晶向向分分别别与与母母相相的的某某一一晶晶面面、晶晶向向平平行行。一一一一般般般般是是是是新新新新旧旧旧旧两两两两相相相相原原原原子子子子密密密密度度度度最最最最大大大大的的的的晶晶晶晶面面面面互互互互相相相相平平平平行行行行，原原原原子子子子密密密密度度度度最最最最大大大大的的的的晶晶晶晶向向向向互互互互相相相相平平平平行行行行。如如：钢钢由由奥氏体转变为正方马氏体奥氏体转变为正方马氏体:111/110，/。第八章 固态相变第一节概述第5页，讲稿共161张，创作于星期日6第一节 概 述一一 固态相变的特点固态相变的特点3 3 惯习现象惯习现象 *新相沿新相沿特定的晶向特定的晶向

6、在母相在母相特定晶面特定晶面上形成。上形成。惯习方向惯习方向（母相）（母相）惯习面惯习面原因：沿应变能最小的方向和界面能最低的界面发展。原因：沿应变能最小的方向和界面能最低的界面发展。第八章 固态相变第一节概述第6页，讲稿共161张，创作于星期日7第一节 概 述一一 固态相变的特点固态相变的特点 3 3 惯习现象惯习现象第八章 固态相变第一节概述魏氏组织（白色片状）魏氏组织（白色片状）第7页，讲稿共161张，创作于星期日8第一节 概 述二二 固态相变的分类固态相变的分类1 1 按相变过程中原子迁移情况按相变过程中原子迁移情况 （1 1）扩扩 散散 型型：依依靠靠原原子子的的长长距距离离扩扩散散

7、；相相界界面面非非共共格格。（如珠光体、奥氏体转变，（如珠光体、奥氏体转变，Fe,CFe,C都可扩散。）都可扩散。）（2 2）非扩散型：旧相原子有规则地、协调一致地通过）非扩散型：旧相原子有规则地、协调一致地通过切切变变转转移移到到新新相相中中；相相界界面面共共格格、原原子子间间的的相相邻邻 关关系系不不变变；化化学学成成分分不不变变。（如如马马氏氏体体转转变变，Fe,CFe,C都都不不扩扩散。）散。）（3 3）半半扩扩散散型型：既既有有切切变变，又又有有扩扩散散。（如如贝贝氏氏体体转转变变，FeFe切变，切变，C C扩散。）扩散。）第八章 固态相变第一节概述第8页，讲稿共161张，创作于星期

8、日9第一节 概 述二二 固态相变的分类固态相变的分类 2 2 按相变方式分类按相变方式分类 （1 1）有有核核相相变变：有有形形核核阶阶段段，新新相相核核心心可可均均匀匀形形成成，也可择优形成。大多数固态相变属于此类。也可择优形成。大多数固态相变属于此类。（2 2）无无核核相相变变：无无形形核核阶阶段段，以以成成分分起起伏伏作作为为开开端端，新旧相间无明显界面，如调幅分解。新旧相间无明显界面，如调幅分解。第八章 固态相变第一节概述第9页，讲稿共161张，创作于星期日10第二节固态相变的形核一一 均匀形核均匀形核 1 1 形核的能量条件形核的能量条件Gn Gv+n2/3+nEs临界晶核形核功：临

9、界晶核形核功：G*=4/273 3/(Gv+Es)2第八章 固态相变第二节形核长大第10页，讲稿共161张，创作于星期日11第二节固态相变的形核一一 均匀形核均匀形核 1 1 形核时的能量变化形核时的能量变化 （1 1）相变驱动力相变驱动力:体积自由能体积自由能GvGv （2 2）相变阻力相变阻力:界面能界面能,应变能应变能Es 具具有有低低表表面面能能和和高高应应变变能能的的共共格格/半半共共格格晶晶核核：为为了了降降低低应变能，新相倾向于呈应变能，新相倾向于呈盘状和片状盘状和片状；具有高表面能和低应变能的具有高表面能和低应变能的非共格晶核非共格晶核：为了降低表面能，新相倾向于为了降低表面能

10、，新相倾向于呈球状呈球状。若相变后应变能显著增加，则新相趋向于呈片状或针状。若相变后应变能显著增加，则新相趋向于呈片状或针状。第八章 固态相变第二节形核长大第11页，讲稿共161张，创作于星期日12第一节 概 述一一 均匀形核均匀形核 相变阻力大：界面能增加相变阻力大：界面能增加 额外弹性应变能：比体积差额外弹性应变能：比体积差 扩散困难（新、旧相化学成分不同时）扩散困难（新、旧相化学成分不同时）固态相变困难固态相变困难 固固态态相相变变均均匀匀形形核核的的可可能能性性很很小小，非非均均匀匀形形核核（依依靠靠晶晶体缺陷）是主要的形核方式。体缺陷）是主要的形核方式。第八章 固态相变第一节概述 点

11、点 缺陷类型缺陷类型 线线 面面晶格畸变、自由能高，晶格畸变、自由能高，促进形核及相变。促进形核及相变。第12页，讲稿共161张，创作于星期日13第二节固态相变的形核二二 非均匀形核非均匀形核 表面能高，降低表面能高，降低G*（1 1）晶界形核）晶界形核 新相在母相表面部分界面重建，降低新相在母相表面部分界面重建，降低 界面能界面能第八章 固态相变第二节形核长大结构混乱，易扩散，利于扩散相变结构混乱，易扩散，利于扩散相变第13页，讲稿共161张，创作于星期日14第二节固态相变的形核二二 非均匀形核非均匀形核 新相生成处位错消失，能量释放，提新相生成处位错消失，能量释放，提 高驱动力高驱动力（2

12、 2）位错形核）位错形核 新相生成处位错不消失，可作为半共新相生成处位错不消失，可作为半共 格界面的形成部分格界面的形成部分 易于发生偏聚（气团），有利于成分易于发生偏聚（气团），有利于成分 起伏，易于扩散，有利于发生扩散型起伏，易于扩散，有利于发生扩散型 相变相变 第八章 固态相变第二节形核长大第14页，讲稿共161张，创作于星期日15第二节固态相变的形核二二 非均匀形核非均匀形核 促进扩散促进扩散 新相生成处空位消失，提供能量新相生成处空位消失，提供能量 （3 3）空位形核）空位形核 空位群可凝结成位错促进形核空位群可凝结成位错促进形核 （在过饱和固溶体的脱溶析出过程（在过饱和固溶体的脱溶

13、析出过程 中，空位作用更明显。）中，空位作用更明显。）第八章 固态相变第二节形核长大第15页，讲稿共161张，创作于星期日16第二节固态相变的形核二二非均匀形核非均匀形核2非均匀形核的能量变化非均匀形核的能量变化Gn Gv+n2/3+nEs-GD GD晶体缺陷导致系统降低的能量。晶体缺陷导致系统降低的能量。2h第八章 固态相变第二节形核长大第16页，讲稿共161张，创作于星期日17第三节固态相变的晶核长大 第八章 固态相变第二节形核长大对扩散型相变来说，新相长大分为对扩散型相变来说，新相长大分为界面控制界面控制和和扩散控制扩散控制的两种的两种过程。过程。界面控制：新旧两相成分相同，通过相界面附

14、近原子的短程界面控制：新旧两相成分相同，通过相界面附近原子的短程迁移进行长大，如同素异构转变、再结晶；迁移进行长大，如同素异构转变、再结晶；扩散控制：新旧两相成分不同，通过原子的长程扩散进行长扩散控制：新旧两相成分不同，通过原子的长程扩散进行长大，如脱熔相的长大、共析转变。大，如脱熔相的长大、共析转变。第17页，讲稿共161张，创作于星期日18第三节固态相变的晶核长大 1 1晶核生长机制晶核生长机制 （1 1）非共格界面）非共格界面 第八章 固态相变第二节形核长大界面为原子不规界面为原子不规则排列的过渡薄则排列的过渡薄层：原子直接迁移层：原子直接迁移界面为台阶状：界面为台阶状：原子迁移至新相原

15、子迁移至新相台阶端部台阶端部第18页，讲稿共161张，创作于星期日19第三节固态相变的晶核长大 1 1 晶核生长机制晶核生长机制 第八章 固态相变第二节形核长大 切变长大切变长大（2 2）半共格界面）半共格界面 台阶式长大（位错滑移）台阶式长大（位错滑移）第19页，讲稿共161张，创作于星期日20第三节固态相变的晶核长大 2 2 晶核生长速率晶核生长速率 （1 1）界面控制长大）界面控制长大 新相生成时无成分变化新相生成时无成分变化(只有结构、只有结构、有序度变化）短程输送有序度变化）短程输送u=exp(-Q/kT)1-exp(-Gv/kT)第八章 固态相变第二节形核长大晶核长大速率是扩散系数

16、晶核长大速率是扩散系数D D和相变驱动力和相变驱动力Gv的综合影响。的综合影响。第20页，讲稿共161张，创作于星期日21第三节固态相变的晶核长大 2 2 晶核生长速率晶核生长速率 新相生成时有成分变化新相生成时有成分变化 远程扩散远程扩散（2 2）扩散控制长大）扩散控制长大 u=dx/dt=(u=dx/dt=(C C/x)D/(Cx)D/(C-C-C)第八章 固态相变第二节形核长大第21页，讲稿共161张，创作于星期日22第三节固态相变的晶核长大3相变动力学相变动力学 f=1-exp(-btn)f 转变量（体积分数）；转变量（体积分数）；b-常数，取决于相变温度、母相常数，取决于相变温度、母

17、相成分和晶粒大小等；成分和晶粒大小等；n-常数，取决于相变类型和形核常数，取决于相变类型和形核位置；位置；t-时间。时间。第八章 固态相变第二节形核长大TTT 曲线曲线第22页，讲稿共161张，创作于星期日23第四节扩散型相变示例 一一 脱熔转变脱熔转变 脱熔转变概念：脱熔转变概念：当固溶体因温度变化等而呈过饱和状当固溶体因温度变化等而呈过饱和状态时，将自发地发生分解过程，其所含的过饱和溶质原子通态时，将自发地发生分解过程，其所含的过饱和溶质原子通过扩散而形成新相析出，此过程称为脱溶。相图中具有溶解过扩散而形成新相析出，此过程称为脱溶。相图中具有溶解度变化的体系，从单相区经过溶解度饱和线进入两

18、相区时，度变化的体系，从单相区经过溶解度饱和线进入两相区时，就要发生脱溶分解。就要发生脱溶分解。许许多多热热处处理理过过程程都都与与过过饱饱和和固固溶溶体体的的脱脱熔熔有有关关，奥奥氏氏体体析析出出铁铁素素体体的的先先共共析析转转变变、铁铁素素体体中中析析出出渗渗碳碳体体、淬淬火火后的时效处理、回火处理都是典型的脱熔转变。后的时效处理、回火处理都是典型的脱熔转变。第八章 固态相变第四节脱溶与调幅分解第23页，讲稿共161张，创作于星期日24第四节扩散型相变示例 一一 脱熔转变脱熔转变 第八章 固态相变第四节脱溶与调幅分解第24页，讲稿共161张，创作于星期日25第四节扩散型相变示例 一一 脱熔

19、转变脱熔转变新相的脱溶通常以形核和生长方式进行。温度高新相的脱溶通常以形核和生长方式进行。温度高时发生平衡脱溶，析出平衡的第二相；如温度较低，时发生平衡脱溶，析出平衡的第二相；如温度较低，可能先形成亚稳的过渡相；如快速冷却至室温或低温可能先形成亚稳的过渡相；如快速冷却至室温或低温(称为淬火或称固溶处理称为淬火或称固溶处理)，还可能保持原先的过饱和固，还可能保持原先的过饱和固溶体而不分解，但这种亚稳态很不稳定，在一定条件溶体而不分解，但这种亚稳态很不稳定，在一定条件下会发生脱溶析出过程（沉淀或时效），生成亚稳的下会发生脱溶析出过程（沉淀或时效），生成亚稳的过渡相。过渡相。由于固态中原子扩散速率低

20、尤其在温度较低时更为由于固态中原子扩散速率低尤其在温度较低时更为困难，故脱溶过程难以达到平衡，脱溶产物往往以亚稳态困难，故脱溶过程难以达到平衡，脱溶产物往往以亚稳态的过渡相存在。的过渡相存在。第八章 固态相变第四节脱溶与调幅分解第25页，讲稿共161张，创作于星期日26第四节扩散型相变示例 固态相变的特点：易出现过渡相固态相变的特点：易出现过渡相 *固固态态相相变变阻阻力力大大，直直接接转转变变困困难难 协协调调性性中中间间产产物物（过过渡相）渡相）Fe3C+(3Fe+C)例例 M+Fe3C第八章 固态相变第一节概述第26页，讲稿共161张，创作于星期日27第四节扩散型相变示例 一一 脱熔转变

21、脱熔转变 按照系统自由焓取最低原则，脱熔相应为平衡按照系统自由焓取最低原则，脱熔相应为平衡相。但实际发生的过程中，相当多的情况都是相。但实际发生的过程中，相当多的情况都是介稳平衡的，但它并非过程终态，在一定的条介稳平衡的，但它并非过程终态，在一定的条件下，介稳相会转变为平衡相，形成所谓件下，介稳相会转变为平衡相，形成所谓脱熔脱熔贯序贯序现象。在工业生产过程中，工艺目标或实际可现象。在工业生产过程中，工艺目标或实际可能获得的状态，几乎都是脱熔贯序中的介稳状态，能获得的状态，几乎都是脱熔贯序中的介稳状态，而并非平衡状态。而并非平衡状态。第八章 固态相变第四节脱溶与调幅分解第27页，讲稿共161张，

22、创作于星期日28第四节扩散型相变示例 一一 脱熔转变脱熔转变A1-Cu合金的时效（脱熔转变）合金的时效（脱熔转变）Al-CuAl-Cu合金加热到合金加热到550550保温，保温，得到单相得到单相固溶体，淬火后于固溶体，淬火后于130130保温进行时效处理，随保温进行时效处理，随保温时间延长的保温时间延长的脱熔贯序为：脱熔贯序为：G G.P.P 第八章 固态相变第四节脱溶与调幅分解第28页，讲稿共161张，创作于星期日29第四节扩散型相变示例 一一 脱熔转变脱熔转变A1-Cu合金的时效（脱熔转变）合金的时效（脱熔转变）Al-CuAl-Cu合金加热到合金加热到550550保温，保温，得到单相得到单

23、相固溶体，淬火后于固溶体，淬火后于130130保温进行时效处理，保温进行时效处理，随保温时间延长的随保温时间延长的脱熔贯序脱熔贯序为：为：G G.P.P 第八章 固态相变第四节脱溶与调幅分解第29页，讲稿共161张，创作于星期日30第四节扩散型相变示例 一一 脱熔转变脱熔转变A1-Cu合金的时效（脱熔转变）合金的时效（脱熔转变）Al-CuAl-Cu合金加热到合金加热到550550保温，得保温，得到单相到单相固溶体，淬火后于固溶体，淬火后于130130保温进行时效处理，随保温时间保温进行时效处理，随保温时间延长的延长的脱熔贯序为：脱熔贯序为：G G.P.P 第八章 固态相变第四节脱溶与调幅分解第

24、30页，讲稿共161张，创作于星期日31第四节扩散型相变示例 A1-Cu合金的时效合金的时效脱熔贯序为：脱熔贯序为：G G.P.P 相：相：A1-Cu合金固溶体（面心立方）合金固溶体（面心立方）G.PG.P：圆盘状的熔质原子：圆盘状的熔质原子CuCu富集区，与母相完全共格。富集区，与母相完全共格。：成成分分接接近近CuAlCuAl2 2，圆圆片片状状过过渡渡相相（脱脱熔熔相相），正正方方点点阵阵，与与母母相相共共格格，强化作用最强。强化作用最强。：成成分分接接近近CuAlCuAl2 2，圆圆片片状状过过渡渡相相（脱脱熔熔相相），与与母母相相呈呈半半共共格格关关系系，强强化化作作用减弱。用减弱。

25、：平衡相，：平衡相，CuAlCuAl2 2。与母与母 相呈非共格关系，强相呈非共格关系，强 化作用显著减弱。化作用显著减弱。第八章 固态相变第四节脱溶与调幅分解第31页，讲稿共161张，创作于星期日32第四节扩散型相变示例 二二 脱熔类型脱熔类型根据脱熔过程中母相成分变化的特点，脱熔根据脱熔过程中母相成分变化的特点，脱熔过程分为连续脱熔和不连续脱熔。过程分为连续脱熔和不连续脱熔。第八章 固态相变第四节脱溶与调幅分解第32页，讲稿共161张，创作于星期日33第四节扩散型相变示例 脱溶组织形貌（连续脱熔）脱溶组织形貌（连续脱熔）第八章 固态相变第四节脱溶与调幅分解第33页，讲稿共161张，创作于星

26、期日34第四节扩散型相变示例 二二 脱熔类型脱熔类型连续脱熔：如果脱熔是在母相中各处同时连续脱熔：如果脱熔是在母相中各处同时发生，且随新相的形成母相成分连续变化，发生，且随新相的形成母相成分连续变化，但其晶粒外形及位向均不改变，则称之为但其晶粒外形及位向均不改变，则称之为连续脱熔。如时效、回火等。连续脱熔。如时效、回火等。析出相的形态取决于析出相的结构和点析出相的形态取决于析出相的结构和点阵常数与母相的接近程度，若两相能保持共阵常数与母相的接近程度，若两相能保持共格关系，析出相呈圆盘形，针状；若不存在格关系，析出相呈圆盘形，针状；若不存在共格关系，则呈等轴状。共格关系，则呈等轴状。另外，连续脱

27、熔还可能只呈现在某一另外，连续脱熔还可能只呈现在某一局部区域，如脱熔物优先在晶界、滑移带、局部区域，如脱熔物优先在晶界、滑移带、非共格孪晶界和位错处形成。非共格孪晶界和位错处形成。第八章 固态相变第四节脱溶与调幅分解第34页，讲稿共161张，创作于星期日35第四节扩散型相变示例 二二 脱熔类型脱熔类型连续脱熔：均匀脱熔连续脱熔：均匀脱熔第八章 固态相变第四节脱溶与调幅分解第35页，讲稿共161张，创作于星期日36第四节扩散型相变示例 二二 脱熔类型脱熔类型连续脱熔：连续脱熔：不均匀脱熔不均匀脱熔第八章 固态相变第四节脱溶与调幅分解第36页，讲稿共161张，创作于星期日37第四节扩散型相变示例

28、二二 脱熔类型脱熔类型不连续脱熔：多发生在过饱和度很大的置换固不连续脱熔：多发生在过饱和度很大的置换固熔体中，是从母相中同时析出片层相间的两熔体中，是从母相中同时析出片层相间的两个相：个相：+，与共析转变相类似。，与共析转变相类似。是过是过饱和固溶体，饱和固溶体，是仍含有一定过饱和度的是仍含有一定过饱和度的相，相，是脱熔相。是脱熔相。与与结构相同，但成分结构相同，但成分不同，有界面分开，故称不连续脱熔。不同，有界面分开，故称不连续脱熔。由于脱熔产物是靠着晶界突出的胞状组由于脱熔产物是靠着晶界突出的胞状组织，又称胞状脱熔。脱熔胞长大时，熔织，又称胞状脱熔。脱熔胞长大时，熔质原子只需在界面附近扩散

29、质原子只需在界面附近扩散(短程扩散短程扩散)，双相胞向未发生成分变化的母相中生长，所双相胞向未发生成分变化的母相中生长，所以不连续脱熔的生长速率很快。以不连续脱熔的生长速率很快。胞状脱熔使胞状脱熔使材料机械性能变坏，不希望发生。材料机械性能变坏，不希望发生。第八章 固态相变第四节脱溶与调幅分解第37页，讲稿共161张，创作于星期日38第四节扩散型相变示例 二二 脱熔类型脱熔类型不连续脱熔不连续脱熔：第八章 固态相变第四节脱溶与调幅分解第38页，讲稿共161张，创作于星期日39第四节扩散型相变示例 三三脱溶动力学脱溶动力学 开开始始析析出出的的是是细细小小脱脱熔熔相相，总总的的界界面面能能高高，

30、组组织织不不稳稳定定，有有自自发发长长大大的的趋趋向向。长长大大过过程程为为：小小颗颗粒粒不不断断减减小小，大大颗颗粒粒不不断断长长大大，总总的的界界面面自自由由能能降低。降低。第八章 固态相变第四节脱溶与调幅分解第39页，讲稿共161张，创作于星期日40第四节扩散型相变示例四四 调幅分解调幅分解 调调幅幅分分解解：指指过过饱饱和和固固溶溶体体在在一一定定温温度度下下分分解解成成结结构构相相同同、成成分分不不同同的的两两个个相相的的过过程程。调调幅幅分分解解是是自自发发的的脱脱溶溶过过程程。它它不不需需形形核核，而而是是通通过过溶溶质质原原子子的的上上坡坡扩扩散散形形成成结结构构相相同同而而成

31、成分分呈呈周周期期性性波波动动的的纳纳米米尺尺度度共共格格微微畴畴，以以连连续续变变化化的的溶溶质质富富集集区区与与贫贫化化区区彼彼此交替地均匀分布于整体中。此交替地均匀分布于整体中。4h第八章 固态相变第四节脱溶与调幅分解第40页，讲稿共161张，创作于星期日41第四节扩散型相变示例四四 调幅分解调幅分解 1 1 调调幅幅分分解解的的热热力力学学条件条件拐拐点点内内的的合合金金发发生生调调幅分解；幅分解；拐拐点点外外的的合合金金发发生生脱脱熔分解。熔分解。4h第八章 固态相变第四节脱溶与调幅分解第41页，讲稿共161张，创作于星期日42第四节扩散型相变示例四四 调幅分解调幅分解 2 2 调幅

32、分解的特点：上坡扩散调幅分解的特点：上坡扩散4h第八章 固态相变第四节脱溶与调幅分解第42页，讲稿共161张，创作于星期日43第五节 无扩散型相变示例 相相变变以以切切变变方方式式进进行行，所所有有原原子子运运动动协协同同一一致致，相相邻邻原原子子的的相相对对位位置置不不变变，称称为协同型相变：如孪生、马氏体转变为协同型相变：如孪生、马氏体转变。第八章 固态相变第三节钢中相变第43页，讲稿共161张，创作于星期日44第五节 无扩散型相变示例 马氏体转变马氏体转变 （1 1）转变特点）转变特点 无扩散性。无扩散性。切变共格与表面浮凸。切变共格与表面浮凸。惯习面及位向关系。惯习面及位向关系。转变是

33、在一个温度范围内进行的。转变是在一个温度范围内进行的。转变不完全（有残余奥氏体）。转变不完全（有残余奥氏体）。第八章 固态相变第三节钢中相变第44页，讲稿共161张，创作于星期日45第五节 无扩散型相变示例 马氏体转变马氏体转变 （1 1）马氏体结构与形态：马氏体是碳在）马氏体结构与形态：马氏体是碳在-Fe-Fe中的过饱和固中的过饱和固溶体，碳存在于八面体间隙中溶体，碳存在于八面体间隙中。第八章 固态相变第三节钢中相变第45页，讲稿共161张，创作于星期日46第五节 无扩散型相变示例 （2 2）马氏体结构与形态）马氏体结构与形态2003 Brooks/Cole,a division of Th

34、omson Learning,Inc.Thomson Learning is a trademark used herein under license.Smith W F.Foundations of Materials Science and Engineering.McGRAW.HILL.3/E第八章 固态相变第三节钢中相变第46页，讲稿共161张，创作于星期日47第五节 无扩散型相变示例1 1 马氏体相变的晶体学马氏体相变的晶体学 （1 1）马氏体相变后的表面浮凸。）马氏体相变后的表面浮凸。第八章 固态相变第三节钢中相变马氏体相变的惯习面马氏体相变的惯习面:（1）低碳马氏体一般为）低碳

35、马氏体一般为(111)。（2）片状马氏体一般为）片状马氏体一般为(225)或或(259)。第47页，讲稿共161张，创作于星期日48第五节 无扩散型相变示例1 1 马氏体相变的晶体学马氏体相变的晶体学 （1 1）马马氏氏体体相相变变为为不不变变平平面面应应变变：母母相相中中任任一一直直线线相相变变后后仍仍为为直直线线，平平面面仍仍为为平平面面(图图a),a),图图b b和和图图c c观观察察不到。不到。第八章 固态相变第三节钢中相变第48页，讲稿共161张，创作于星期日49第五节 无扩散型相变示例1 1 马氏体相变的晶体学马氏体相变的晶体学 任任一一点点的的位位移移与与该该点点距距离离此此不不

36、变变平平面面（惯惯习习面面）的的距距离离成成正比。正比。第八章 固态相变第三节钢中相变第49页，讲稿共161张，创作于星期日50第五节 无扩散型相变示例1 1 马氏体相变的晶体学马氏体相变的晶体学 马氏体相变中新旧相之间的晶体学位向关系马氏体相变中新旧相之间的晶体学位向关系 第八章 固态相变第三节钢中相变（1）Wc1.4%的碳钢，马氏体与奥氏体之间具有西山关的碳钢，马氏体与奥氏体之间具有西山关系：系：111 /110 M，211/011 M 第50页，讲稿共161张，创作于星期日51第五节 无扩散型相变示例1 1 马氏体相变的晶体学马氏体相变的晶体学 马氏体的亚结构马氏体的亚结构 第八章 固态

37、相变第三节钢中相变（1）低碳钢、中碳钢、）低碳钢、中碳钢、不锈钢淬火形成板条不锈钢淬火形成板条马氏马氏体（位错马氏体）体（位错马氏体）第51页，讲稿共161张，创作于星期日52第五节 无扩散型相变示例1 1 马氏体相变的晶体学马氏体相变的晶体学 马氏体的组织结构马氏体的组织结构 第八章 固态相变第三节钢中相变（2）高碳钢（碳含量大于）高碳钢（碳含量大于0.6%)淬火形成片状马氏体淬火形成片状马氏体（孪晶马氏体）（孪晶马氏体）第52页，讲稿共161张，创作于星期日53第五节 无扩散型相变示例1 1 马氏体相变的晶体学马氏体相变的晶体学 马氏体的组织结构马氏体的组织结构 第八章 固态相变第三节钢中

38、相变（1）低碳钢、中碳钢、）低碳钢、中碳钢、不锈钢淬火形成板条不锈钢淬火形成板条马氏体马氏体（2）高碳钢（碳含）高碳钢（碳含量大于量大于0.6%)淬火形成淬火形成片状片状马氏体马氏体板板条条马马氏氏体体片片状状马马氏氏体体位位错错马马氏氏体体孪孪晶晶马马氏氏体体低碳马氏体低碳马氏体高碳马氏体高碳马氏体第53页，讲稿共161张，创作于星期日54第五节 无扩散型相变示例2 2 马氏体相变的晶体学表象理论马氏体相变的晶体学表象理论 第八章 固态相变第三节钢中相变第54页，讲稿共161张，创作于星期日55第五节 无扩散型相变示例3 3 马氏体相变的形核及动力学马氏体相变的形核及动力学 第八章 固态相变

39、第三节钢中相变（1 1）马氏体的转变是一个形）马氏体的转变是一个形核及长大的过程。核及长大的过程。（2）转变温度范围：）转变温度范围：Ms-Mf。在。在Ms-Mf范围内，温度范围内，温度越低，越低，马氏体转变量越多。马氏体转变量越多。第55页，讲稿共161张，创作于星期日56第五节 无扩散型相变示例3 3 马氏体相变的形核及动力学马氏体相变的形核及动力学 第八章 固态相变第三节钢中相变（3 3）马氏体转变动力学：等温转变）马氏体转变动力学：等温转变马氏体马氏体，变温转变，变温转变马氏马氏体体、形变诱发、形变诱发马氏体马氏体。（4 4）残余奥氏体。）残余奥氏体。第56页，讲稿共161张，创作于星

40、期日第六节第六节 钢的热处理原理钢的热处理原理 热处理热处理是将固态金属或合金在一定介质中加热、保温和冷却，以改变材料整体或表面组织，从而获得所需性能的工艺。图图7-1 7-1 热处理工艺曲线示意图热处理工艺曲线示意图 第57页，讲稿共161张，创作于星期日6.1 6.1 钢在加热时的转变钢在加热时的转变 1.1.转变临界温度转变临界温度 实际热处理加热和冷却时的相变是在不完全平衡的条件下进行的，相变温度与平衡相变点之间有一定差异。加热时相变温度偏向高温，冷却时偏向低温，而且加热和冷却速度愈大偏差愈大。图图7-2 7-2 加热和冷却速度对临界点的影响加热和冷却速度对临界点的影响 第58页，讲稿

41、共161张，创作于星期日6.1 6.1 钢在加热时的转变钢在加热时的转变2.2.奥氏体的形成奥氏体的形成（1）奥氏体的形成过程 钢加热时奥氏体的形成过程包括生核和长大两个基本过程。以共析钢为例，珠光体向奥氏体的转变，包括奥氏体晶核的形成、奥氏体晶核的长大、剩余渗碳体的溶解和奥氏体成分的均匀化等过程。第59页，讲稿共161张，创作于星期日6.1 6.1 钢在加热时的转变钢在加热时的转变 （1 1）奥氏体的形成过程）奥氏体的形成过程图图7-3 共析钢奥氏体形成过程示意图共析钢奥氏体形成过程示意图第60页，讲稿共161张，创作于星期日6.1 6.1 钢在加热时的转变钢在加热时的转变（2）影响奥氏体转

42、变的因素）影响奥氏体转变的因素加热温度图图7-5 共析钢的奥氏体化曲线共析钢的奥氏体化曲线 第61页，讲稿共161张，创作于星期日6.1 6.1 钢在加热时的转变钢在加热时的转变（2）影响奥氏体转变的因素）影响奥氏体转变的因素加热速度图图7-6 加热速度对奥氏体转变的影响加热速度对奥氏体转变的影响 第62页，讲稿共161张，创作于星期日6.1 6.1 钢在加热时的转变钢在加热时的转变（2 2）影响奥氏体转变的因素）影响奥氏体转变的因素 钢中碳质量分数 合金元素 原始组织第63页，讲稿共161张，创作于星期日6.1 6.1 钢在加热时的转变钢在加热时的转变3.奥氏体的晶粒度及其奥氏体的晶粒度及其

43、影响因素影响因素奥氏体晶粒细时，退火组织亦细，则强度、塑性、韧性较好；淬火马氏体也细，因而韧性得到改善。图图7-7 奥氏体晶粒大小对转变产物晶粒大小的影响奥氏体晶粒大小对转变产物晶粒大小的影响 第64页，讲稿共161张，创作于星期日3.3.奥氏体的晶粒度及其影响因素奥氏体的晶粒度及其影响因素（1 1）奥氏体晶粒度）奥氏体晶粒度 生产上一般采用标准晶粒度等级图用比较的方法来测定钢的奥氏体晶粒大小。晶粒度通常分8级，14级为粗晶粒度；58级为细晶粒度；超过8级的为超细晶粒度。第65页，讲稿共161张，创作于星期日3.3.奥氏体的晶粒度及其影响因素奥氏体的晶粒度及其影响因素（1）奥氏体晶粒度）奥氏体

44、晶粒度 图图7-8 标准晶粒度等级示意图标准晶粒度等级示意图 第66页，讲稿共161张，创作于星期日3.3.奥氏体的晶粒度及其影响因素奥氏体的晶粒度及其影响因素奥氏体的晶粒度有两种：实际晶粒度本质晶粒度原冶金工业部标准中规定，钢加热到93010，保温8h，冷却后测得的晶粒度为本质晶粒度。图图7-9 本质细晶粒和本质粗晶粒本质细晶粒和本质粗晶粒 第67页，讲稿共161张，创作于星期日3.3.奥氏体的晶粒度及其影响因素奥氏体的晶粒度及其影响因素（2）影响奥氏体晶粒度的因素加热温度和保温时间钢的成分 图图7-10 奥氏体形成及其晶粒长大示意图奥氏体形成及其晶粒长大示意图第68页，讲稿共161张，创作

45、于星期日6.2 6.2 钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变冷却的方式通常有两种：（1）等温处理 将钢迅速冷却到临界点以下的给定温度，进行保温，使其在该温度下恒温转变。（2）连续冷却 将钢以某种速度连续冷却，使其在临界点以下变温连续转变。第69页，讲稿共161张，创作于星期日6.2 6.2 钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变1.过冷奥氏体的等温转变过冷奥氏体的等温转变（1）共析钢过冷奥氏体的等温）共析钢过冷奥氏体的等温转变转变图图7-11 共析钢等温转变图共析钢等温转变图第70页，讲稿共161张，创作于星期日（1 1）共析钢过冷奥氏体的等温转变）共析钢过冷奥氏体的等温转变共析钢过冷奥氏体等温转变C曲

46、线包括三个转变区：高温转变高温转变在A1550之间，转变产物为珠光体，此温区称珠光体转变区。中温转变中温转变在550Ms之间，过冷奥氏体的转变产物为贝氏体（B），此温区称贝氏体转变区。低温转变低温转变温度低于Ms点（230），过冷奥氏体的转变产物为马氏体（M），因此低温转变区称为马氏体转变区。第71页，讲稿共161张，创作于星期日（2 2）非共析钢过冷奥氏体的等温转变）非共析钢过冷奥氏体的等温转变 与共析钢C曲线不同的是，亚共析钢C曲线在其上方多了一条过冷奥氏体转变为铁素体的转变开始线。亚共析钢随着含碳量的减少，C曲线位置往左移，同时Ms、Mf线往上移。图图7-12 457-12 45钢过冷钢

47、过冷A A等温转变曲线等温转变曲线 第72页，讲稿共161张，创作于星期日（2 2）非共析钢过冷奥氏体的等温转变）非共析钢过冷奥氏体的等温转变 过共析钢C曲线的上部为过冷A中析出二次渗碳体（Fe3CII）开始线。在一般热处理加热条件下，过共析钢随着含碳量的增加，C曲线位置向左移，同时Ms、Mf线往下移。图图7-13 T107-13 T10钢过冷钢过冷A A的等温转变曲线的等温转变曲线 第73页，讲稿共161张，创作于星期日（3 3）影响过冷奥氏体等温转变的因素）影响过冷奥氏体等温转变的因素 合金元素合金元素 除钴以外，所有合金元素的溶入均增大过冷奥氏体的稳定性，使C曲线右移。图图7-14 7-

48、14 合金元素对碳钢合金元素对碳钢C C曲线的影响曲线的影响 第74页，讲稿共161张，创作于星期日（3 3）影响过冷奥氏体等温转变的因素）影响过冷奥氏体等温转变的因素 加热温度和时间加热温度和时间(a)加热温度为840 (b)加热温度为950图图7-15 7-15 在不同奥氏体化温度时的在不同奥氏体化温度时的C C曲线曲线 第75页，讲稿共161张，创作于星期日2.2.过冷奥氏体的连续冷却转变过冷奥氏体的连续冷却转变 （1）共析钢过冷奥氏 体的连续冷却转变 共析钢过冷A连续冷却转变曲线中没有奥氏体转变为贝氏体的部分，在连续冷却转变时得不到贝氏体组织。图图7-16 7-16 共析钢的连续冷却转

49、变曲线共析钢的连续冷却转变曲线 第76页，讲稿共161张，创作于星期日（1 1）共析钢过冷奥氏体的连续冷却转变）共析钢过冷奥氏体的连续冷却转变图图7-17 7-17 共析钢的等温转变曲线和连续共析钢的等温转变曲线和连续 冷却转变曲线的比较及转变组织冷却转变曲线的比较及转变组织 第77页，讲稿共161张，创作于星期日（2 2）非共析钢过冷奥氏体的连续冷却转变）非共析钢过冷奥氏体的连续冷却转变 亚共析钢过冷A在高温时有一部分将转变为铁素体，亚共析钢过冷A在中温转变区会有少量贝氏体（上B）产生。图图7 718 18 亚共析钢过冷奥氏体的连续冷却转变亚共析钢过冷奥氏体的连续冷却转变 第78页，讲稿共1

50、61张，创作于星期日（2 2）非共析钢过冷奥氏体的连续冷却转变）非共析钢过冷奥氏体的连续冷却转变 在高温区，过共析钢过冷A首先析出二次渗碳体，而后转变为其他组织组成物。由于奥氏体中碳含量高，所以油冷、水冷后的组织中应包括残余奥氏体。与共析钢一样，其冷却过程中无贝氏体转变。图图7-19 7-19 过共析钢过冷过共析钢过冷A A的连续冷却转变的连续冷却转变 第79页，讲稿共161张，创作于星期日6.3 6.3 珠光体转变珠光体转变 共析成分的奥氏体过冷到珠光体转变区内等温停留时，将发生共析转变，形成珠光体。珠光体转变可以写成如下的共析反应式:0.77%C 0.0218%C 6.69%C 面心立方