《合金固态相变》教学大纲

《合金固态相变》教学大纲

课程编号：2080113

学时：40 （实验学时另计，8学时）

学分：2.5

一、课程基本情况

1.课程名称：合金固态相变

2.课程性质：必修课程

3.适用年级专业：四年制材料科学与工程、材料成型与控制工程专业，三年级本科生

4.先修课程：材料科学基础、金属学、物理化学

5.教材：“合金固态相变”，赵乃勤主编，中南大学出版社，2008

6.开课单位：材料科学与工程学院

二、课程性质目的、任务和基本要求

1.性质目的和任务

固态相变是材料科学与工程专业的主要专业课之一，它是以物理、数学、物理化学和金属学原理等课程为基础，着重讲授与合金固态相变有关的基本理论，主要包括金属（特别是钢）在加热、冷却过程中相变的基本原理和规律以及组织结构与性能之间的关系，为提高产品质量、充分发挥现有材料的潜力、合理制定热处理工艺、发展新材料和新工艺打下坚实的基础。本课程的内容应适当反映现代固态相变理论的发展和成就。

2. 课程的基本要求

学生通过学习本课程，应达到：1.掌握金属材料中相变的基本理论，重点是钢中组织转变的基本规律；2.有运用金属材料中相变基本规律，分析和研究金属热处理工艺问题的能力；

3.初步掌握成分组织与性能之间的关系，从而对金属材料具有一定的分析和研究能力。

三、课程教学环节、内容及学时分配

（一）课程内容

第一章绪论

合金固态相变的定义。金属固态相变在工业中的地位和作用。本课程的研究对象、内容以及与其它课程的关系。

教学重点：固态相变的一般特征，包括驱动力和阻力，相变的形核、长大、扩散、相界面等。

第二章合金固态相变的常用研究方法

具体介绍研究物相类型、分布和相变过程的各种手段。

教学重点：材料的物相种类、相分布和相变过程所采用的不同研究手段，并对各研究手段在相变研究中的用途和基本原理有所了解。

第三章奥氏体与钢在加热过程中的转变

平衡组织加热时的奥氏体形成：珠光体—→奥氏体转变的热力学条件、形成机理、等温形成热力学。连续加热时的奥氏体形成。亚（过）共析钢的奥氏体形成。亚（过）共析钢的奥氏体形成特点。影响奥氏体形成的因素。

非平衡组织加热时的奥氏体形成：针形奥氏体的形成，球形奥氏体的形成。针形奥氏体的合并长大。粗大奥氏体晶粒的遗传性及其控制。

奥氏体晶粒长大及其控制，奥氏体晶粒度的概念，影响奥氏体晶粒长大的因素，加热时钢的过热现象。

教学重点：奥氏体的结构与性能，奥氏体在加热过程中的变化规律，影响其组织的因素和控制方法。

第四章钢的过冷奥氏体转变及热处理

钢的主要几种热处理工艺简介：退火，正火，淬火，回火。

过冷奥氏体等温转变（TTT）图的建立、特征和影响因素。

过冷奥氏体连续冷却转变（CCT）图的建立、特征、区的表示方法和影响因素。CCT 图和TTT图之间的关系。

过冷奥氏体冷却转变时的临界冷却速度和影响因素。

钢的临界冷却速度。冷却过程中速度的变化对临界淬火速度的影响。连续冷却时孕育期的消耗及其估算。

教学重点：过冷奥氏体等温转变的特点，等温转变图的特征，意义，用途，影响因素，高温转变，中温转变和低温转变；对比共析钢等温转变与连续转变动力学图的不同，获得不同金相组织的热处理工艺，掌握“四火（退火、正火、淬火、回火）的目的，方法，组织。

第五章珠光体与钢在冷却时的高温转变

珠光体组织形态。片状珠光体及粒状珠光体的形成过程。

珠光体转变动力学及其影响因素。合金元素在珠光体转变时的分布，合金元素对珠光体转变的影响。

亚（过）共析钢中先共析相的形成、形态及动力学。伪共析组织。

片状珠光体和粒状珠光体的力学性能及其影响因素。铁素体加珠光体组织的力学性能。钢中魏氏组织对力学性能的影响。

钢中的相间析出。

教学重点：掌握片状珠光体的形成过程和形成机制，由此了解扩散型相变的特点和一般规律；球状珠光体的形成途径，比较两种不同珠光体的组织性能；珠光体的转变动力学特点和影响因素。

第六章马氏体与钢在冷却是的低温转变

马氏体转变的定义。钢中马氏体的晶体结构。新生马氏体的异常正方度、点阵结构及畸变。马氏体相变的基本特征：切变共格，表面浮凸，无扩散，惯习面及不应变性，可逆

性等。

钢中的马氏体组织形态：板条马氏体和片状马氏体的形态和亚结构。其它类型的马氏体的形态和亚结构。片状马氏体的显微裂纹。

马氏体转变的热力学条件：相变驱动力，Ms点的定义及影响因素。T0，As，Ms，Mf 点的意义。

马氏体转变动力学：马氏体变温形成，马氏体等温形成。马氏体爆发形成和马氏体表面形成。

马氏体转变机理简介：马氏体的形核，缺陷成核和自催发成核。马氏体的转变模型——Bain模型，K—S模型，G—T模型。

马氏体的力学性能：马氏体的强度，强化机理，马氏体的塑性和韧性。

奥氏体的稳定化：热稳定化现象，机理及其影响因素。

马氏体的逆转变，热弹性马氏体与形状记忆效应。

教学重点：片状马氏体和针状马氏体的组织、特点，性能等；重点掌握马氏体相变的热力学，明确为何马氏体相变需要在很大的过冷度下才能进行；马氏体相变动力学，明确马氏体相变是在极快的时间内完成的。马氏体相变机制是本章的难点，要求深入了解和掌握。马氏体在钢的强韧化和功能化中的应用，重点了解热弹性马氏体，形状记忆效应，超弹性，形变诱发马氏体，奥氏体稳定化等。

第七章贝氏体与钢在冷却时的中温转变

贝氏体转变的基本特征。贝氏体转变的热力学条件。

钢中贝氏体的组织形态：上贝氏体，下贝氏体，无碳化物贝氏体，粒状贝氏体的形态和亚结构。

贝氏体转变过程。贝氏体转变动力学特点及其影响因素。

钢中贝氏体的力学性能：成分、形态对贝氏体强度、韧性和耐磨性的影响。

教学重点：贝氏体类型，晶体学特点，转变机制，转变动力学，重点掌握上贝氏体与下贝氏体的组织特征，贝氏体的性能特点，及其与微观组织的关系。重点比较与马氏体和珠光体在晶体学，热力学，动力学，转变机制和性能等方面的异同点。

第八章钢的回火转变

回火的目的和意义。淬火碳素钢回火时的组织转变：位错型马氏体中碳原子的偏聚，孪晶马氏体中碳原子的富集。马氏体的脱溶分解与碳化物的沉淀析出。残留奥氏体转变。马氏体的α—相结构回复和再结晶。碳化物的转变和聚集、长大。

合金元素对回火转变的影响：对马氏体分解的影响，对残留奥氏体转变的影响，对碳化物转变类型的影响，对α—相回复与再结晶的影响。

回火时钢的力学性能的变化：回火时硬度、强度、塑性、韧性的影响。回火脆性：第一类回火脆性和第二类回火脆性。

淬火钢中非马氏体组织在回火时的转变和对力学性能的影响。

教学重点：回火过程中组织转变的几个阶段和特点，各阶段的性能变化，内应力变化；了解合金元素对回火转变的影响；不同温度回火时获得的组织特点，回火脆性的产生和防止方法；学会根据钢的成份和零件的服役条件制定合理的回火工艺。