热处理工艺学课件--第01章 金属固态相变概论.ppt

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1、第一章金属固态相变概论引言固态相变：固态金属（纯金属、合金）在温度和压力改变时，组织结构发生的变化掌握固态相变规律，即可采取措施（控制加热、冷却等，即热处理范畴）控制相变过程以获得预期的组织，使其具有预期的性能相和相变相：结构相同、成分和性能均一并以界面相互分开的组成部分。从晶体学角度看，同一相的原子排列形式相同只有当某相的自由能最低时，该相才是稳定的，且处于平衡态；若某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，则该相处于亚稳态；若不存在这种能垒，则体系处于非稳定态，这种状态是不稳定的，它一定会转变为平衡态或亚

2、稳态－－转变是自发的。相和相变（续）相变：在均匀一相或几个混合相内，出现具有不同成分、或不同结构、或不同组织形态、或不同性质的相，称为相变。也就是相与相之间的转变组织：微观形貌图像宏观组织微观组织电子显微组织§1-1金属固态相变的主要类型一、平衡转变缓慢加热或冷却时所发生的能获得平衡组织的相变纯金属的同素异构转变多形性转变（固溶体的同素异构转变）平衡脱溶沉淀共析转变包析转变调幅分解有序化转变二、不平衡转变加热、冷却速度过快，平衡转变受抑制，发生不平衡转变，得到亚稳组织）铁碳合金中的不平衡转变伪共析转变马氏体转变贝氏体转变块状转变

3、不平衡脱溶沉淀三、固态相变的特征结构变化同素异构转变、多形性转变、马氏体转变成分变化调幅分解有序程度变化有序化转变一般为结构与成分均变化共析转变、贝氏体转变、包析转变§1-2金属固态相变的分类按热力学分类：一级相变（有热效应、体积效应。大多为一级相变）、二级相变（无明显热、体积效应，如磁性转变）按原子迁移情况分类：扩散型相变、无扩散型相变按相变方式分类：有核转变（成核、长大）、无核转变（调幅分解）§1-3金属固态相变的一般特征一、界面及惯习面新、旧固相之间存在界面，按错位度δ分为共格、半共格和非共格δ<0.05：共格0.05<δ

4、<0.25：半共格δ>0.25：非共格δ反映了新旧相之间的适应性共格半共格非共格惯习面：为降低界面能，新相在母相一定晶面上形成，该晶面称为惯习面，用母相的晶面指数表示。如共析钢中马氏体的主平面恒与奥氏体的｛225｝或｛259｝面平行二、位向关系为了减小界面能，新旧相的位相、低指数晶面彼此平行。新旧相共格（半共格）：必然存在一定晶体学位相关系新旧相存在位相关系：不一定共格（半共格）三、弹性应变能固态相变→比容变化→体积变化→旧相约束→新相不能自由胀缩→弹性应变能体积应变能、强行匹配达成的弹性应变能四、晶体缺陷的影响晶体内存在不同缺

5、陷：空位、位错、晶界缺陷附近→点阵畸变→储存畸变能→提供形核的额外能量→加速转变缺陷对固态相变起促进作用强行匹配达成的弹性应变能Es大小共格半共格非共格固态相变阻力：界面能、弹性应变能§1-4固态相变的形核一、均匀形核驱动力：新旧相自由焓差值阻力：界面能、应变能系统自由焓总增值：临界形核功：固态下，Q较大，相变应变能进一步加大了形核所需功，所以I十分小均匀形核一般形核率低，不为固态相变形核的主要形式固态中存在大量缺陷→储存畸变能→提供形核能量→能促进形核∴非均匀形核为固态相变的主要形核方式形核率：二、非均匀形核（一）晶界形核界面

6、、界棱、界隅δ:边界厚度；L：晶粒平均尺寸体积分数形核率：形核功：i＝0，1，2，3（界隅、棱、面、均匀形核）A0

7、形核位错促进形核围绕位错形核→位错消失→释放畸变能对于半共格晶核→原位错可补偿错配的界面位错→降低形核能量位错处通常引起成分偏聚→易于满足成分要求（三）空位及空位集团空位对脱溶沉淀起促进作用，其机制有待进一步研究§1-5晶核的长大一、长大过程传质过程：满足成分条件界面过程：满足结构条件（协同型长大、非协同型长大）二、界面长大的控制因素成分不变协同型长大－长大速度快成分不变非协同型长大－取决于界面过程成分改变协同型长大－取决于传质过程成分改变非协同型长大－取决于两者