材料工程基础讲稿1

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1、材料工程基础绪论金属固态相变的两个概念：狭义概念：指金属的各种相变如金属点阵结构的改变、化合物的溶解或析出、点阵中原子无序－有序的变化等。广义概念：包括组织转变如机械孪生、再结晶等在内的各种转变。金属固态相变：研究纯金属和合金在温度和压力改变时，发生的相结构和组织转变。更广泛：辐射场、应力场、电场、引力场等外界条件发生变化时金属和纯金属的各种转变。提高新一代燃气涡轮发动机的推重比，60-70％需要依靠材料技术结构设计实现掌握金属相变的基本规律，在学习中明确：在什么条件下发生何种转变？转变以怎样的机构进行？得到何种相和组织？这种相和组织转变将带来何种物理、化学和力学性能？怎样利用这种转变作为

2、一种技术手段，得到预期的使用性能。即：探讨金属的成分－组织－性能之间的关系，具有研究、设计新型金属材料，使用现有各种金属材料和研究、设计热处理工艺的理论基础。合成与制备/加工工艺Processing,Structure,Properties,PerformanceThefourcomponentsofthedisciplineofmaterialsscienceandengineeringandtheirinterrelationship.性能第一章金属固态相变概论§1－1金属固态相变的主要类型1.平衡转变在缓慢加热或冷却时所发生的符合状态图平衡组织的相变为平衡转变，主要有：同素异构转变纯

3、金属晶体结构转变。如纯铁在913℃，αγ的转变。多形性转变固溶体的同素异构转变。如亚共析钢A沿GS线析出F。同素异构转变纯金属晶体结构转变。如纯铁在912℃，γ↔α的转变。多形性转变固溶体的同素异构转变。如亚共析钢A沿GS线析出F。平衡脱溶沉淀缓慢冷却，过饱和固溶体沿平衡相图确定的固溶度线析出第二相的过程。特点：母相不消失，但随新相析出，母相的成分和体积分数不断变化，新相结构和成分始终与母相不同。如Fe3CⅡ从A中析出等。共析转变:如包析转变冷却时由两个固相合并为一个固相的反应称为包析转变。1：+→2：+→调幅分解某些在高温下具有均匀单相固溶体组织的合金，冷却到某一温度范围内时

4、，可分解为两种结构与原固溶体结构相同但成分有明显差别的微区转变——调幅分解。反应式：。特点:上坡扩散，均匀固溶体→不均匀固溶体。有序化转变固溶体中，各组元原子的相对位置由无序→有序的转变过程。2.不平衡转变加热或冷却速度↑→平衡转变受到抑制，发生某些状态图上不能反映的转变→不平衡或亚稳组织。转变与状态图密切相关，根据合金状态图，可以判断可能发生那些不平衡转变。1)铁碳合金中的不平衡转变由Fe-Fe3C状态图左下角可知，当A自高温缓慢冷却到GSE线以下时，将从A→F或Fe3C。此时A中的碳将向S点靠拢。当达到S点时→共析转变。但A从高温快速冷却，共析转变来不及进行，A将发生一系列不平衡转变伪

5、共析转变当A从高温以较快的速度冷却到GS与ES的延长线以下时，将从A中同时析出F和Fe3C。类似共析转变，但F和Fe3C的比值不是定值，而是随着A中的碳量而变——伪共析转变。转变产物称为P。马氏体转变通过无扩散的共格切变转变为成分相同但晶体结构不同的相。M转变并不发生在两相自由焓相等的To温度，而必须过冷至Ms温度转变才能进行。块状转变冷却速度不够快时γ相的原子通过非共格界面的短程快速扩散转变为成分相同的相，转变产物呈块状，表面无浮凸。贝氏体转变在高温珠光体和低温马氏体转变之间还存在着贝氏体转变，也称为中温转变。此时铁原子已难以扩散，但碳原子还可以扩散，因此出现了一种独特的有碳原子扩散的不

6、平衡转变－贝氏体转变。转变产物也是α相和碳化物的混合物，但相的碳含量与形态均与珠光体不同。贝氏体的转变机制究竟是马氏体的无扩散型的切变共格转变，还是珠光体的扩散型转变，或是一种独特的转变机制，目前尚存在尖锐的学术观点分歧。2）不平衡脱溶沉淀不平衡脱溶沉淀是加热至一定温度下的单相过饱和的固溶体（图1－2），以一定的速度冷却，抑制平衡脱沉淀的发生，故冷却到室温将得到过饱和固溶体。在室温或低于固溶度曲线的某一温度等温时将自相中析出成分与结构均与平衡脱溶不同的新相，称为不平衡脱溶沉淀。在工业中，合金的重要性质，如力学强度和韧性、抗蠕变和耐磨性、磁性和超导性能等，都与第二相沉淀颗粒相关。小结：尽管固

7、态相变类型的种类繁多，但是归纳起来，相变过程所发生的变化不外乎三个方面：结构、成分和有序程序。只有结构结构变化：同素异构转变、多形性转变、马氏体转变、块状转变等只有结构上的变化；只有成分变化：调幅分解只有有序化程度：有序化转变共析转变、脱溶沉淀、B转变、包析转变等，既有结构上的变化，又有成分上的变化；。注：同一金属或合金，在不同条件下可以发生不同的转变，获得不同的组织和性能。§1－2金属固态相变的分类金属固态相变的类型很