第一章 金属固态相变基础.ppt

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1、第一章金属固态相变基础1.1金属固态相变的主要类型1材料成型及控制工程1.1.1按原子的运动特点分类扩散型相变－相变依靠原子或离子的扩散来进行，如温度足够高，可以改变相的成分。如钢中的加热相变、珠光体相变等。脱溶分解：α′→α+β共析转变：γ→α+β有序化转变：α（无序）→α′（有序）2材料成型及控制工程无扩散型相变－相变过程中原子或离子不发生扩散，低温下发生，原子或离子仅作有规则的迁移以使点阵发生改组，相对移动距离不超过原子间距。如马氏体相变。3材料成型及控制工程1.1.2按平衡状态分类（1）平衡相变在缓慢加热或冷却时所发生的符合平衡相图的相变。a、同素异晶转变纯金属在一定的温度和

2、压力下，由一种结构转变为另一种结构的现象称为同素异晶转变。（δ→γ→α）若在固溶体中发生这种结构的转变，则称为多形性转变。如钢在冷却时由奥氏体中析出先共析铁素体的过程。（亚共析钢）4材料成型及控制工程b、平衡脱溶转变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图1-1可发生脱溶转变的合金5材料成型及控制工程c、共析转变合金冷却时，由一个固相同时析出两个不同固相的过程称为共析转变钢中的珠光体相变d、调幅分解由一种高温固溶体，冷至某一温度范围，分解为两种与原固溶体结构相同，而成分不

3、同的微区的转变称为调幅分解α→α1+α26材料成型及控制工程e、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，称为有序化转变。Cu-Zn、Au-Cu等合金中均可发生这种转变特点：(a)新形成的微区之间无明显的界面和成分的突变；(b)通过上坡扩散，最终使均匀固溶体变为不均匀固溶体。7材料成型及控制工程（2）非平衡相变a、伪共析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程铁素体和渗碳体的相对量随奥氏体的含碳量而变，故称为伪共析体图1-2Fe-Fe3C相图的伪共析区8材料成型及控制工程b、马氏体相变钢在快冷时，若能避免其发生扩散型转变，则将无需原子的扩散，以一

4、种切变共格的方式实现点阵的改组，而转变为马氏体c、块状转变在一定的冷速下奥氏体转变为与母相成分相同而形貌呈块状的α相的过程通过原子的短程扩散使非共格相界面在母相中推移9材料成型及控制工程d、贝氏体相变在珠光体转变与马氏体转变温度范围之间（中温），铁原子不能扩散，碳原子可以扩散过冷奥氏体转变为由铁素体和渗碳体组成的非层片状组织—贝氏体e、非平衡脱溶转变在等温条件下，由过饱和固溶体中析出第二相的过程析出相为非平衡亚稳相10材料成型及控制工程按热力学分类－一级相变和二级相变一级相变：由1相转变为2相时，G1=G2，μ1＝μ2，但化学位的一阶偏导数不等一级相变有热效应（相变潜热）与体积效应，

5、从而可用热膨胀仪测量一级相变的开始点，金属固态相变一般为一级相变。11材料成型及控制工程二级相变：由1相转变为2相时，不仅G1=G2，μ1＝μ2，且化学位的一阶偏导数相等，但化学位的二阶偏导数不等Cp--热容，β--压缩系数，α--膨胀系数12材料成型及控制工程二级相变时没有熵和体积改变，只有热容、压缩系数和膨胀系数的改变。有序-无序转变、磁性转变、超导态转变属于二级相变13材料成型及控制工程金属固态相变的三种基本变化：（1）结构；（2）成分；（3）有序程度只有结构的变化：多形性转变，马氏体相变只有成分的变化：调幅分解既有结构又有成分上的变化：共析转变，脱溶沉淀14材料成型及控制工程

6、1.2金属固态相变的基本特征固态相变的驱动力也为新相与母相的自由能差，与结晶过程相比，固态相变有其自身特点。1.2.1界面和界面能按结构特点可分为：共格界面、半共格界面、非共格界面15材料成型及控制工程（1）共格界面两相界面上的原子排列完全匹配，即界面上的原子为两相所共有。界面原子排列混乱程度低。特点：界面能很小，弹性应变能大错配度δ=∆a/a越大，弹性应变能越大∆a-原子间距之差，a-母相原子间距。16材料成型及控制工程图1-2a)共格界面b)半共格界面c)非共格界面17材料成型及控制工程半共格界面：相界面上分布若干位错，界面上的两相原子部分地保持匹配，弹性应变能降低。（界面上出现

7、刃型位错，断原子面）(3)非共格界面：两相界面完全不匹配，即存在大量缺陷的界面，为很薄的一层原子不规则排列的过渡层，界面能较高。18材料成型及控制工程1.2.2惯习面和位向关系固态相变时，新相往往在母相的一定晶面上开始形成，这个晶面称为惯习面如：亚共析钢中，在{111}γ析出先共析铁素体------魏氏组织。位向关系：新相与母相之间的某些低指数晶面和晶向往往存在一定的位向关系，以减小两相间的界面能{110}α//{111}γ；<111>α//<110>γ1