钢中相变的自组织
马氏体相变介绍
马氏体相变介绍马氏体最初是在钢（中、高碳钢）中发觉的：将钢加热到必然温度（形成奥氏体）后经迅速冷却（淬火），取得的能使钢变硬、增强的一种淬火组织。
1895年法国人奥斯蒙（F.Osmond）为纪念德国冶金学家马滕斯（A.Martens），把这种组织命名为马氏体(Martensite)。
人们最先只把钢中由奥氏体转变成马氏体的相变称为马氏体相变。
20世纪以来，对钢中马氏体相变的特点积存了较多的知识，又接踵发此刻某些纯金属和合金中也具有马氏体相变,如:Ce、Co、Hf、Hg、La、Li、Ti、Tl、Pu、V、Zr、和Ag-Cd、Ag-Zn、Au-Cd、Au-Mn、Cu-Al、Cu-Sn、Cu-Zn、In-Tl、Ti-Ni等。
目前普遍地把大体特点属马氏体相变型的相变产物统称为马氏体（见固态相变）。
相变特点和机制：马氏体相变具有热效应和体积效应，相变进程是形核和长大的进程。
但核心如何形成，又如何长大，目前尚无完整的模型。
马氏体长大速度一样较大，有的乃至高达105cm·s-1。
人们推想母相中的晶体缺点（如位错）的组态对马氏体形核具有阻碍，但目前实验技术还无法观看到相界面上位错的组态，因此对马氏体相变的进程，尚不能窥其全貌。
其特点可归纳如下：马氏体相变是无扩散相变之一，相变时没有穿越界面的原子无规行走或顺序跳跃，因此新相（马氏体）承袭了母相的化学成份、原子序态和晶体缺点。
马氏体相变时原子有规那么地维持其相邻原子间的相对关系进行位移,这种位移是切变式的（图1）。
原子位移的结果产生点阵应变(或形变)（图2）。
这种切变位移不但使母相点阵结构改变，而且产生宏观的形状改变。
将一个抛光试样的表面先划上一条直线，如图3a中的PQRS，假设试样中一部份(A1B1C1D1-A2B2C2D2)发生马氏体相变(形成马氏体),那么PQRS直线就折成PQ、QR'及R'S'三段相连的直线,两相界面的平面A1B1C1D1及A2B2C2D2维持无应变、不转动，称惯习（析）面。
合金钢的组织结构
合金钢的组织结构引言：合金钢是一种由铁和其他元素（如碳、铬、镍等）合金化而成的钢材。
其组织结构的特点决定了其具有良好的力学性能和耐腐蚀性能。
本文将详细介绍合金钢的组织结构及其特点。
一、铁素体铁素体是合金钢中最基本的组织结构之一。
它是由铁原子组成的立方晶体结构。
铁素体的晶格结构稳定，具有良好的塑性和韧性。
在低碳合金钢中，铁素体是主要的组织结构。
二、奥氏体奥氏体是由铁和碳组成的固溶体。
它具有面心立方晶体结构，具有较高的硬度和强度。
奥氏体的形成需要高温处理和快速冷却。
在高碳合金钢和不锈钢中，奥氏体是主要的组织结构。
三、贝氏体贝氏体是由铁和碳组成的另一种固溶体。
它具有板条状结构，硬度高于铁素体和奥氏体。
贝氏体的形成需要经过淬火和回火处理。
在中碳合金钢和低合金钢中，贝氏体是主要的组织结构。
四、渗碳体渗碳体是由碳和合金元素组成的一种固溶体。
它具有高硬度和耐磨性。
渗碳体的形成需要通过渗碳、淬火和回火处理。
在工具钢和轴承钢中，渗碳体是主要的组织结构。
五、马氏体马氏体是由一种或多种元素的相变而形成的一种组织结构。
它具有高硬度和优良的弹性。
马氏体的形成需要经过淬火处理。
在高合金钢中，马氏体是主要的组织结构。
六、珠光体珠光体是由铁和碳组成的一种组织结构。
它具有球状晶粒和良好的塑性和韧性。
珠光体的形成需要通过退火和缓慢冷却处理。
在低碳合金钢和不锈钢中，珠光体是主要的组织结构。
七、残余奥氏体残余奥氏体是在钢材中未经完全转变的奥氏体。
它具有较低的硬度和强度。
残余奥氏体的存在会影响钢材的力学性能和耐腐蚀性能。
在高温处理和回火处理中，残余奥氏体会逐渐转变为其他组织结构。
结论：合金钢的组织结构多种多样，不同的组织结构决定了合金钢的力学性能和耐腐蚀性能。
通过合适的热处理工艺，可以控制合金钢的组织结构，从而获得满足特定需求的材料性能。
深入了解合金钢的组织结构，对于合金钢的应用和开发具有重要意义。
钢铁材料的相变行为
钢铁材料的相变行为引言：钢铁是一种被广泛应用于建筑和制造领域的重要材料，其卓越的力学性能和耐久性使得它成为现代社会中不可或缺的材料之一。
然而，要理解钢铁的性质和特点，就需要对其相变行为进行深入研究。
本文将探讨钢铁材料的相变过程及其在材料性能中的影响。
1. 钢铁的晶体结构钢铁的基本成分是铁和碳，它们以及其他合金元素共同影响了钢铁的晶体结构。
在常温和正常压力下，钢铁处于体心立方(fcc)或面心立方(hcp)的晶格结构中。
具体而言，α-铁是一种体心立方结构，而γ-铁是一种面心立方结构。
2. 钢铁的相变过程钢铁的相变过程通常包括固态相变和液态相变两个阶段。
固态相变主要发生在加热或冷却过程中，而液态相变则发生在熔化和凝固的过程中。
2.1 固态相变随着温度升高，钢铁中的碳原子会从体心立方(fcc)结构到面心立方(hcp)结构的相变，这个过程被称为渗碳相变。
在渗碳相变过程中，钢铁的晶格结构会发生变化，从而影响了材料的性能，如硬度、韧性和变形能力。
2.2 液态相变当钢铁加热至一定温度，其会熔化成液态，这个过程被称为熔化相变。
相较于固态相变，熔化相变对钢铁的性质影响较小，主要体现在液态阶段的流动性和热导性上。
在冷却过程中，液态钢铁会再次凝固形成固态，并在此过程中经历凝固相变。
3. 相变对钢铁性能的影响钢铁的相变行为对其力学性能和热处理特性有着重要的影响。
3.1 力学性能在渗碳相变过程中，钢铁的晶体结构变得更加致密和有序，从而提高了钢铁的硬度和抗拉强度。
此外，相变还能改善钢铁的韧性和可塑性，使其具备更好的变形能力和抗冲击性。
因此，了解相变过程对钢铁性能的影响，有助于提高钢铁制品的质量和性能。
3.2 热处理特性钢铁的相变行为也影响着其热处理过程。
通过加热和冷却过程中的相变实现对钢铁材料的处理和调控。
例如，通过控制温度和冷却速率，可以使钢铁材料经历不同的相变过程，如奥氏体相变和贝氏体相变，从而调节钢铁的硬度和组织结构。
钢中的相变
相对活度系数：碳在合金与非合金铁中活度系数的比
值
即 fc = ai M / ai =ri M/ ri
※表征合金元素在铁碳合金中对碳活度的影响
第三章 合金钢中的相变 材料学—西安理工大学材料学院
非碳化物形成元素使 fc> 1，提高其活动性， 增加碳在基体中的活度， 使C从固溶体中析出的倾 向增加。
碳化物形成元素使fc< 1，降低其活动性，降低 碳在基体中的活度，使C 难于从固溶体中析出。
第三章 合金钢中的相变 材料学—西安理工大学材料学院
§3.2 合金元素对钢加热转变的影响
• 钢加热过程中相变是什么？涉及哪些具体转 变？
第三章 合金钢中的相变 材料学—西安理工大学材料学院
奥氏体的形成
奥氏体形成过程
第三章 合金钢中的相变 材料学—西安理工大学材料学院
二、合金元素对A形成速度的影响
合金元素的加入，改变了钢A形成温度A1，A3和Acm 及相变点的位置，从而影响了A形成速度；
A的形成速度取决于奥氏体的形核和长大，这都和C的 扩散有关，合金元素的加入改变了碳的扩散速度，所 以影响了A的形成速度.
(1)Co,Ni 提高C的扩散，增大A形成速度； (2)Si,Al,Mn影响不大； (3)碳化物形成元素Cr，Mo，W，Ti，V等阻碍碳的扩散，
阻碍A形成
第三章 合金钢中的相变 材料学—西安理工大学材料学院
三、合金元素对碳化物溶解的影响
➢ 1、与碳钢相比，合金钢中碳化物溶解的特点：
➢ 1）奥氏体化时间：合金元素扩散速度较C的扩散速 度慢的多，只是碳扩散的千分之几或万分之几。合金 钢中，当F全部转变为A后，还有相当一部分碳化物 被保留下来，为了增强A的合金化程度，充分发挥合 金元素的作用，应使残余碳化物充分溶解到A中。所 以合金钢奥氏体化时间较长。这就是合金钢在生产中 加热保温时间较长的原因。
合金钢中的相变
含碳量为0.4-0.5%的结构钢；d图对应于含碳量较高的工具钢。 c）CrNiMo和CrNiW含碳量在0.15-0.25%。
特点：珠光体转变区，过冷奥氏体十分稳定，图上不出现珠 光体转变区，而在贝氏体转变区，稳定性很小。 e）高Cr钢
2. Mo、W、V对贝氏体转变的滞缓作用较弱。（如下图b所 示）
原因：1.虽然这三种元素升高γ－α转变温度，而且还加大 γ和α间的自由差；
非 碳 化 物 形 成 元 素 属 于 这 种 类 型 ： Ni、Al、Si、Cu、 Co
2．合金元素加入后，不仅使C曲线位置移动，而且 使C曲线的形状改变。
碳化物形成元素属于这种类型：Cr、Mo、W、V等。
过冷奥氏体的等温分解曲线可分为六种基本类型：
a）碳素钢以及不含碳化物形成元素的低合金钢。 特点：珠光体和贝氏体转变没有分开。
特点：只有珠光体转变，不出现贝氏体转变。 f）高合金奥氏体钢
特点：不出现珠光体和贝氏体转变。
二、合金元素对珠光体转变的影响
珠光体转变是典型的形核和长大过程。不同的合金元素可 以对形核率N和长大速率G产生不同的影响。例如：Mo和Ni同 时降低N和G；而Co和Al同时提高N和G。
为了完成合金奥氏体的共析分解，除了C的扩散以外，还需 要合金元素的扩散再分配。也就是在渗碳体和铁素体与奥氏 体之间的界面上，合金元素产生再分配。
即在渗碳体中固溶度高的那些合金元素将扩散到渗碳体 中去，而非碳化物形成元素不存在此情况。
说明：
1．当合金元素的成分达到临界含量，渗碳体将被其合 金碳化物所取代。
2．强碳化物形成元素Nb、Ti、V当其含量低于0.1%时也 可能优先形成合金碳化物。
第七讲-钢铁中的合金相
片状马氏体中脊面 500× （密度很高的微细孪晶区）
2.碳钢中的相及组织
石墨
石墨是Fe-C合金中游离存在的碳，代号G。它以简单六方晶格结构 存在。石墨为层状结构，各层之间是范德华力结合，容易滑动，所 以石墨很软。石墨各层均为平面网状结构，碳原子之间存在很强的 共价键，故熔沸点很高。所以，石墨称为混合型晶体。强度、塑性、 硬度都很低。
纯铁的同素异构转变77091213941538时间min有磁性的fe体心立方无磁性的fe体心立方fe面心立方fe立方液态纯铁同素异构转变钢铁是铁基合金黑色金属的总称是现代工业中应用最广泛的材料
合金相与相变
易丹青 教授
材料科学与工程学院 danqing@
第七讲 钢铁中的相 1. 纯铁及钢简介 2. 碳钢中的相及组织 3. 合金钢中的相
珠光体
索氏体
屈氏体
2.碳钢中的相及组织
珠光体形貌
经4%硝酸酒精溶液浸蚀后，在不同放大倍数的显微镜下可以观察到不同特 征的珠光体组织。当放大倍数较高时可以清晰地看到珠光体中平行排列分 布的宽条铁素体和窄条渗碳体；当放大倍数较低时，珠光体中的渗碳体只 能看到一条黑线；而当放大倍数继续降低或珠光体变细时，珠光体的层片 状结构就不能分辨了，此时珠光体呈黑色的一团。
铁素体结构示意图
2.碳钢中的相及组织
铁素体（ferrite）
力学性能：强度、硬度低，塑性、韧性好。 δ=30%~50%， ψ=70%~80% ，AK=128~160J σb=180~280MPa， σ0.2=100~170MPa，HBS=50~80HBS。
铁素体是在室温时的重要相，常作为基体相存在。
α-Fe
γ-Fe
δ-Fe
BCC
FCC
钢中的热处理相变行为与力学性能模拟与优化
钢中的热处理相变行为与力学性能模拟与优化钢是一种重要的结构材料，具有优异的力学性能。
热处理是钢材加工的重要环节之一，通过热处理可以改变钢的微观结构和力学性能。
而了解钢中的热处理相变行为，并通过模拟与优化控制热处理过程，可以进一步提高钢材的力学性能。
本文将探讨钢中的热处理相变行为以及通过模拟与优化实现钢材力学性能的提升。
一、钢中的热处理相变行为钢材在加热和冷却过程中会发生热处理相变，这些相变对钢的组织结构和力学性能有着重要影响。
常见的热处理相变包括奥氏体转变、铁素体形成等。
在加热过程中，钢材会由室温下的铁素体相变为奥氏体相，而在冷却过程中则会发生相反的相变。
钢中的热处理相变行为与钢材中的合金元素有着密切关系。
不同合金元素的加入会引起钢材中的相变温度发生变化，从而影响钢材的组织结构和力学性能。
我们需要通过实验和模拟方法来研究热处理过程中的相变行为，以便更好地控制钢材的力学性能。
二、力学性能模拟的意义与方法钢材的力学性能是指钢材在外力作用下的应力-应变关系以及力学特性。
模拟钢材的力学性能可以帮助我们预测钢材材料的性能，为热处理工艺的优化提供依据。
现代计算机技术允许我们通过数值模拟方法来研究钢材的力学性能。
其中，有限元方法是一种常用的数值模拟手段。
通过建立钢材的有限元模型，并在计算机中进行数值计算，可以模拟钢材在外力作用下的应力-应变关系。
这种模拟方法可以帮助我们理解钢材的力学性能，为热处理工艺的优化提供指导。
三、热处理工艺的优化热处理工艺的优化是指通过调整热处理的条件和参数，达到改善钢材力学性能的目的。
通过模拟和优化热处理过程，我们可以准确预测钢材的组织结构、硬度、强度等力学性能指标，从而为热处理工艺的设计提供指导。
在热处理工艺的优化中，我们需要考虑多个参数的影响，如温度、保温时间、冷却速度等。
通过模拟计算，我们可以尝试不同参数的组合，预测钢材在不同条件下的力学性能。
通过对优化结果的分析和比较，我们可以找到最佳的热处理工艺方案，以提高钢材的力学性能。
钢铁材料的相变行为研究
钢铁材料的相变行为研究钢铁是人类历史上最重要的材料之一，其广泛应用于建筑、制造业和交通运输等领域。
而钢铁材料的性能则直接影响着产品的质量和可靠性。
在工程实践中，为了充分发挥钢铁材料的潜力，需要深入研究其内部的相变行为。
相变是指物质从一个相态转变为另一个相态的过程。
在钢铁中，常见的相变包括固溶体的形成与析出、奥氏体向马氏体的转变等。
这些相变过程与钢铁材料的力学性能、电磁性能、热学性能等密切相关。
一种常见的钢铁相变行为是固溶体的形成与析出。
当钢铁中存在着过饱和的固溶体时，固溶体中的溶质原子会聚集起来形成新的相。
这种相变过程在钢铁的热处理等工艺中经常发生。
研究固溶体的形成与析出规律，能够帮助我们控制钢铁材料的相组成和微观结构，从而改善其力学性能和耐久性。
另一种重要的相变行为是奥氏体向马氏体的转变。
奥氏体是钢铁中常见的一种组织形态，它具有良好的延展性和韧性。
然而，在某些条件下，奥氏体会发生相变，转变为马氏体。
马氏体具有高硬度和脆性，从而增加了钢铁材料的强度和硬度。
但是，由于马氏体的脆性，也使得钢铁材料易于发生断裂。
因此，研究奥氏体向马氏体的相变行为，对于提高钢铁材料的强度和韧性非常重要。
相变行为的研究需要借助于现代材料科学中的一系列研究方法和手段。
其中，传统的金相显微镜观测和扫描电子显微镜技术能够直接观察和分析钢铁材料中的相组成和形貌。
这些观测结果可以提供相变过程的定性和定量信息，为相变行为的研究提供基础数据。
此外，X射线衍射和中子衍射等技术可以通过分析材料的衍射图样，获得相变过程中的晶格参数和晶体结构信息。
这些结构参数的变化能够揭示相变过程中的原子移动和排列方式，从而为相变机制的解析提供线索。
相变行为的研究还需要结合热力学分析和模拟计算等手段。
通过测定钢铁材料体系中的相平衡关系，可以计算出不同温度、压力和成分条件下的相稳定区域。
而分子动力学模拟和相场理论等计算方法，则可以模拟和预测相变过程的微观机制和宏观行为，为实验研究提供理论指导和解释。
钢的相变-PPT精品
过共析钢 0.77﹤C%﹤2.1
1
伪共析钢
加热时临界点加注c ： Ac1 Ac3 Accm
冷却时临界点加注r ： Ar1 Ar3 Arcm
以0.125℃/min加热和冷却时， Fe-C相图中临界点的移动
2020/5/29
钢中典型的相变可归类为：
➢ 1、加热过程中的奥氏体转变； ➢ 2、冷却过程中的珠光体、贝氏体及马氏体转变； ➢ 3、发生马氏体转变后的再加热(回火)转变。
P
2020/5/29
共析钢
C%=0.77
先共析相的析出温度和成分范围 ：
亚共析钢 0.0218﹤C%﹤0.77
在 A3 、 Acm 线 以 下 先 形成铁素体或渗碳体。
到 达 A1 线 发 生 珠 光 体 相变。
伪共析转变
随冷速加快，将出现伪 共析组织，且珠光体量增 多，而先共析量减少。
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（1）转变温度与保温时间 （2）加热速度 （3）钢的原始组织状态 （4）钢的化学成分
2020/5/29
（1）转变温度与保温时间
转变温度高，过热度大，促进奥 氏体转变。
形成温度升高，N的增长速率高 于G的增长速率，N/G增大，可获 得细小的起始晶粒度（加热温度 升高时，保温时间应相应缩短）。
形成温度升高，Gγ→α/Gγ→C 增 大，铁素体消失时，剩余渗碳体 量增大，形成奥氏体的平均碳含 量降低。
2020/5/29
2、奥氏体的长大
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相界面上的碳浓度及扩散
∵Gγ→α﹥Gγ→C ∴铁素体先消失，而渗碳体有剩余
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奥氏体形成的四个阶段
珠光体向奥氏体转变动力学曲线
1、奥氏体转变开始线 (以0.5%奥氏体转变量表示) 2、奥氏体转变完成线 (以99.5%奥氏体转变量表示) 3、碳化物完全溶解线 4、奥氏体中碳浓度梯度消失线
炼钢中的微观组织控制和相变行为
炼钢中的微观组织控制和相变行为炼钢是一项十分重要的工程领域。
随着现代工业和生活的发展，人们对炼钢技术不断提出新的要求。
如今，炼钢中的微观组织控制和相变行为成为了人们关注的焦点之一。
本文将介绍炼钢中的微观组织控制和相变行为的相关知识。
炼钢中的微观组织指的是钢材中的晶粒、相、缺陷等微观结构，这些结构的特性决定了钢的力学性能和物化性质。
合理控制钢的微观组织，可以提高钢的综合性能，满足不同领域的需求。
炼钢中的微观组织控制主要通过温度控制、组分控制、等静压、变形加工等手段来实现。
温度控制是炼钢中影响晶粒组织形态和尺寸的主要因素。
晶粒大小和形状对钢的组织性能和力学性能具有重要影响。
在炼制钢的过程中，通过调控加热温度、保温时间和冷却速率等参数，可以控制晶粒尺寸和形状。
通常情况下，高温下晶粒生长较快，而低温下晶粒生长较慢。
因此，通过适当降低加热温度和保温时间，可以控制晶粒尺寸。
另外，加入一定量的晶界抑制剂可以有效地控制晶粒尺寸和形状。
组分控制是指通过准确测量和调控炉料中的成分，来实现钢材中相变的控制。
钢材的化学成分决定了钢材中的相组成和量，从而影响钢材的性能。
例如，通过加入适量的合金元素和气体元素，可以有效地控制晶体内部的夹杂物含量，从而提高钢材的韧性和强度。
等静压是一种控制钢材组织的有效手段。
静压在钢材的加工过程中起着非常重要的作用。
压力的施加会使晶体中存在的碎块或薄片的扭曲变形而被消除，并通过配合作用消除结构中的间隙，从而改善钢的密实度。
静压的大小和施加时间可以控制钢材中的缺陷类型、数量和尺寸。
变形加工是一种通过施加外力使钢材产生塑性变形，从而控制钢材的微观组织的方法。
对钢材加热至临界温度以上后，将其冷却至室温以下，并通过轧制、锻造、拉拔等加工方式实现钢材内部的結構改变，从而改变钢的性能和结构。
与微观组织控制相关的一个重要概念是相变行为。
钢材在加工过程中会发生相变，包括固态相变、液-固相变等，这些变化与钢材的性能和组织结构密切相关。
钢中常见组织
钢中常见组织奥氏体碳与合金元素溶解在γ-Fe中的固溶体，仍保持γ-Fe的面心立方晶格。
晶界比较直，呈规则多边形；淬火钢中残余奥氏体分布在马氏体间的空隙处铁素体碳与合金元素溶解在a-Fe中的固溶体。
亚共析钢中的慢冷铁素体呈块状，晶界比较圆滑，当碳含量接近共析成分时，铁素体沿晶粒边界析出。
渗碳体碳与铁形成的一种化合物。
在液态铁碳合金中，首先单独结晶的渗碳体（一次渗碳体）为块状，角不尖锐，共晶渗碳体呈骨骼状。
过共析钢冷却时沿Acm线析出的碳化物（二次渗碳体）呈网结状，共析渗碳体呈片状。
铁碳合金冷却到Ar 1以下时，由铁素体中析出渗碳体（三次渗碳体），在二次渗碳体上或晶界处呈不连续薄片状。
珠光体铁碳合金中共析反应所形成的铁素体与渗碳体的机械混合物。
珠光体的片间距离取决于奥氏体分解时的过冷度。
过冷度越大，所形成的珠光体片间距离越小。
在A1~65 0℃形成的珠光体片层较厚，在金相显微镜下放大400倍以上可分辨出平行的宽条铁素体和细条渗碳体，称为粗珠光体、片状珠光体，简称珠光体。
在650~600℃形成的珠光体用金相显微镜放大500倍，从珠光体的渗碳体上仅看到一条黑线，只有放大1000倍才能分辨的片层，称为索氏体。
在600~550℃形成的珠光体用金相显微镜放大500倍，不能分辨珠光体片层，仅看到黑色的球团状组织，只有用电子显微镜放大10000倍才能分辨的片层称为屈氏体。
珠光体＋铁素体电镜照片－珠光体片层上贝氏体过饱和针状铁素体和渗碳体的混合物，渗碳体在铁素体针间。
过冷奥氏体在中温（约350~550℃）的相变产物，其典型形态是一束大致平行位向差为6~8od铁素体板条，并在各板条间分布着沿板条长轴方向排列的碳化物短棒或小片；典型上贝氏体呈羽毛状，晶界为对称轴，由于方位不同，羽毛可对称或不对称，铁素体羽毛可呈针状、点状、块状。
若是高碳高合金钢，看不清针状羽毛；中碳中合金钢，针状羽毛较清楚；低碳低合金钢，羽毛很清楚，针粗。
相变过程的自组织
相变过程的自组织
相变过程的自组织是指相变过程具有自组织功能，它总是选择阻力最小、速度最快的有利途径或贯序有序地进行。
相变过程的自组织可分为平衡态自组织和非平衡态自组织。
平衡态自组织是在相变过程中形成的，如晶体，相变过程具可逆性，是一种低熵、低内能状态，内部结构具较高对称性，不需要与外界进行物质和能量的交换，因此是一种“死”结构。
当系统处于不平衡状态时，也能形成自组织态。
这种自组织态是通过不断与环境进行物质和能量交换引入负熵形成和保持的，这种结构称为耗散结构。
非平衡态自组织是系统在远离平衡时，非线性相干作用的结果，过程不具可逆性，内部结构虽具对称性但较差，是一种低熵、内能较高的状态，并且只有不断与外界进行物质和能量的交换才能维持，因此是一种“活”结构。
钢中的相变与固溶处理研究
钢中的相变与固溶处理研究钢作为一种重要的材料，在各个行业中都扮演着重要的角色。
为了提高钢材的性能和使用寿命，科学家们不断探索并研究钢中的相变和固溶处理方法。
本文将介绍钢中的相变与固溶处理研究的最新进展。
一、相变的概念及分类相变是指物质在特定条件下由一种相态转变为另一种相态的过程。
对于钢而言，常见的相变包括奥氏体相变、马氏体相变和铁素体相变等。
1. 奥氏体相变奥氏体相变是指钢材中的奥氏体晶体转变为其他相态的过程。
奥氏体相变可以通过加热和冷却等方式实现。
该相变可显著影响钢材的硬度、强度和韧性等力学性能。
2. 马氏体相变马氏体相变是指钢材中的奥氏体晶体转变为马氏体的过程。
马氏体是一种具有高硬度和脆性的组织，可以使得钢材具有良好的切削性能。
马氏体相变可以通过快速冷却等方式实现。
3. 铁素体相变铁素体相变是指钢材中的奥氏体晶体转变为铁素体的过程。
铁素体是一种具有良好塑性和耐热性的组织，能够提高钢材的韧性和延展性。
铁素体相变可以通过加热和保温等方式实现。
二、固溶处理的意义与方法固溶处理是指将固态合金材料中的溶解相加热至温度区间，然后通过冷却使溶解相在固体中保持形态并维持所需性能。
固溶处理可以改善钢材的强度、硬度、耐磨性和腐蚀性等性能。
目前，固溶处理的常用方法包括时效处理、正火处理和退火处理等。
1. 时效处理时效处理是指将固溶处理完成的钢材加热至较低的温度，然后在一定时间内保持温度并冷却。
时效处理能够进一步改善钢材的力学性能和稳定性。
2. 正火处理正火处理是指将固溶处理的钢材加热至临界温度，然后迅速冷却。
正火处理可以显著提高钢材的硬度和耐磨性，同时还可以改善钢材的塑性和韧性。
3. 退火处理退火处理是指将固溶处理的钢材加热至高温，然后缓慢冷却。
退火处理可以消除钢材中的内应力，提供较好的塑性和韧性。
三、相变与固溶处理的研究进展针对钢材中的相变与固溶处理，科学家们进行了大量的研究工作，并取得了一些重要的进展。
1. 新型相变材料的研究科学家们通过合金设计和控制加工工艺等手段，已经成功研制出一些具有特殊相变特性的材料，如记忆合金和超弹性合金等。
马氏体组织
钢铁材料的相变行为与机械性能研究
钢铁材料的相变行为与机械性能研究钢铁材料是一种常用的金属材料，广泛应用于各种领域。
钢铁的机械性能对于产品的质量和可靠性至关重要。
而钢铁材料的机械性能与其相变行为之间存在着密切的关系。
本文将探讨钢铁材料的相变行为与机械性能之间的关系，以及相关研究进展。
1. 钢铁材料的相变行为：钢铁材料的相变行为是指在不同温度和应力条件下，钢铁从一种晶体结构转变为另一种晶体结构的过程。
主要的相变包括固溶相变、析出相变和铁素体相变。
- 固溶相变：当钢铁材料受热时，原子或离子会脱离原来的位置，并重新排列形成新的晶体结构，这就是固溶相变。
固溶相变可以显著改变钢铁材料的硬度、韧性和强度等机械性能。
- 析出相变：在钢铁材料中，某些元素会被限制在晶体结构中，当材料冷却时，这些元素会从晶体中析出形成新的相。
析出相变可以提高钢铁材料的硬度和强度。
- 铁素体相变：钢铁材料中的铁在不同温度下会发生相变，形成不同晶体结构。
铁素体相变对钢铁材料的硬度、强度和韧性等性能有着重要影响。
2. 相变行为与机械性能：钢铁材料的相变行为直接影响其机械性能。
相变可以改变钢铁材料的晶体结构及其晶格缺陷，从而影响其硬度、强度和韧性等性能。
- 硬度：相变可以改变钢铁材料的晶体结构和晶格缺陷，进而影响钢铁材料的硬度。
例如，固溶相变可以使钢铁材料变软，析出相变可以提高材料的硬度。
- 强度：固溶相变和析出相变可以改变钢铁材料的晶体结构，使其具有更高的抗拉强度和屈服强度。
相变还可以提高材料的抗压强度和抗扭强度等性能。
- 韧性：钢铁材料的相变行为可以改善其韧性。
例如，铁素体相变可以使钢铁材料具有良好的韧性和塑性，提高其抗冲击性。
3. 钢铁材料相变行为与机械性能研究进展：为了深入了解钢铁材料的相变行为和机械性能之间的关系，许多研究被开展。
- 实验研究：通过实验方法，研究人员可以对钢铁材料的相变行为及其对机械性能的影响进行定量分析。
例如，利用差热分析、X射线衍射和电子显微镜等技术，可以研究钢铁材料在不同温度和应力条件下的相变行为和硬度、强度等机械性能。
新型钢材中的相变与性能研究
新型钢材中的相变与性能研究随着科技的不断进步和发展，各种新型材料不断涌现，其中新型钢材也是其中之一。
新型钢材以其优异的性能，在各个领域得到了广泛的应用，如汽车、航空、机械制造等领域。
在新型钢材中，相变是一个非常重要的研究方向。
相变是指物质从一个状态转变到另一个状态的过程。
对于钢材来说，相变的过程会对其性能产生非常大的影响。
因此，研究相变的规律和对相变进行控制，是提高钢材性能的重要手段。
在新型钢材中，常见的相变包括固态相变和液态相变。
固态相变是指钢材在室温下的结构变化，而液态相变则是指钢材在高温下的结构变化。
其中，固态相变的研究是相对成熟和广泛的。
固态相变的研究分为两大类：等温相变和非等温相变。
等温相变是指在恒温条件下，钢材的结构发生改变，而非等温相变则是指在温度变化的过程中，钢材的结构发生改变。
其中，等温相变所涉及的主要物理机制有奥氏体相变和铁素体相变。
奥氏体相变通常发生在室温以下，过程比较缓慢。
奥氏体相变包括两种类型：相分解和相变。
相分解指的是奥氏体自发地分解为两个或多个组分，而相变则是指奥氏体转变为其他组织形态，如珠光体、贝氏体、马氏体等。
奥氏体相分解主要发生在中高碳钢和合金钢中，而奥氏体相变则主要发生在低碳钢和无碳钢中。
铁素体相变通常发生在室温以上，过程较为迅速。
铁素体相变包括两种类型：上变和下变。
上变指的是铁素体经过高温加热后，转变为珠光体、贝氏体、马氏体等组织结构，而下变则是指铁素体经过淬火后转变为马氏体。
铁素体相变主要发生在低合金钢和无合金钢中。
对于钢材的相变研究，可以通过各种材料测试手段来进行。
如热分析技术、电子显微镜技术和X射线衍射技术等。
其中，热分析技术是最为常用的手段之一。
热分析技术主要包括差热分析技术和热重分析技术。
通过这些测试手段，可以分析钢材在相变过程中的变化规律和性能变化。
钢材的性能受相变的影响较大。
相变可以对钢材的强度、韧性、塑性、耐磨性等性能产生影响。
如在低碳钢中，通过控制奥氏体相变可以提高其强度和塑性；在含铝高强度钢中，相变可以提高其强度和耐磨性等。
第三章 钢中的相变.
第三章 合金钢中的相变
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3、合金元素对铁在奥氏体中的自扩散影响
（1）Cr、Mn、Mo、Ti、Nb等阻碍Fe 在奥氏体 中的自扩散。这些元素与铁形成固溶体，降低 铁原子的活度，使铁原子间结合力增加。
（2）碳对Fe 在奥氏体中自扩散的影响:存在碳， 削弱铁原子间结合力，促进铁原子扩散。
钢加热奥氏体化时有两种相互竞争的相变机制： 晶体学有序机制和无序机制。 无序机制形成奥氏体时，α →γ 转变伴随着重 结晶，即γ 新晶粒的形成对原始α 相来说，改 变了大小和方向； 有序机制：不伴随重结晶，以相变切变的方式 进行， γ 晶粒保持原来α 相晶粒的形状和大小
第三章 合金钢中的相变
第三章 合金钢大的影响
C促进A晶粒长大； 强碳化物形成元素强烈阻碍A晶粒长大； 中强碳化物形成元素可阻碍，但效果不如强碳化物； Ni，Co，Cu作用不明显； Al，Si含量少时，以夹杂物形式存在，可阻止A晶粒 长大，当大量以合金元素加入，促进A晶粒长大； 当钢中C含量中等以上时，Mn可促进长大，在低碳 含量时，Mn可细化晶粒
※表征合金元素在铁碳合金中对碳活度的影响
第三章 合金钢中的相变
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非碳化物形成元素使 fc> 1，提高其活动性， 增加碳在基体中的活度， 使C从固溶体中析出的倾 向增加。 碳化物形成元素使fc< 1，降低其活动性，降低 碳在基体中的活度，使C 难于从固溶体中析出。
第三章 合金钢中的相变
第三章 合金钢中的相变
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三、对贝氏体相变的影响
特点：贝氏体转变温区较低，合金元素与Fe原子 几乎不能进行扩散，只有C原子能进行短距离的 扩散，脱溶析出碳化物。因此合金元素对B转变 的影响，主要取决于：
钢的相变原理的应用
钢的相变原理的应用相变原理简介相变是物质在一定条件下发生物理或化学性质改变的过程。
钢是一种重要的金属材料，其组成主要是铁和碳，通过调整其成分和加热过程，可以使钢在不同温度下发生相变，从而获得不同性能的钢材。
相变原理在钢材的生产和应用中发挥着重要的作用。
钢的相变过程钢的相变过程包括冷却和加热两个阶段。
冷却过程1.软化退火：钢经过加热后，通过缓慢冷却，使钢材内部的晶粒长大，减少钢的硬度，提高钢的可加工性。
2.淬火：将加热后的钢材迅速冷却，使其表面形成硬质组织，内部形成机械性能相对较高的马氏体，并增加钢材的强度和硬度。
3.回火：将淬火后的钢材再次加热至一定温度，并经过恒温保持一段时间，使马氏体转变为较为稳定的组织，减少内部应力，提高钢材的韧性。
加热过程1.钢的热处理：通过加热和保温，使钢材内部发生相变，改变钢材的组织结构和性能。
钢的热处理包括退火、正火、淬硬和回火等过程，根据不同的要求，选择不同的处理方式。
钢的相变原理的应用钢的相变原理广泛应用于以下领域：冶金工业1.钢材生产：通过相变原理对钢进行调质，可以获得不同性能的钢材，满足不同领域的需求，如建筑、航空航天、船舶等领域。
2.铸造：在铸造过程中，通过相变控制钢的凝固组织，可以获得杂质少、晶粒细小的高质量钢材。
机械制造1.零件加工：通过钢的相变原理，对钢的硬度和韧性进行调控，可以生产出适用于不同工况的机械零件。
2.刀具制造：钢经过淬硬和回火处理后，可以获得较高硬度和耐磨性能，用于制造各类刀具。
建筑工程1.建筑结构：通过相变控制钢材的性能，可以合理设计和选择钢结构，增加建筑的承载能力和安全性。
2.防火材料：通过相变控制钢材的燃烧特性，研发出具有较好防火性能的材料，提高建筑的火灾安全性。
能源行业1.发电设备：通过相变原理对钢材进行处理，提高其耐热性能，使其适用于高温工作环境。
2.输电装置：通过对钢材进行相变处理，增加其导电性能和机械强度，提高输电装置的效率和安全性。
第二章 钢中的相组成
最大含量只能是取代92个金属原子中的8个。常
用M23C6或(Fe,Cr )23C6表示
d，Fe2Mo4C，Fe4Mo2C等的M6C型： W、Mo 在Cr23C6单胞中数量大于8后， M23C6向M6C转 化，具有复杂立方点阵，单胞原子数112个，是
复合碳化物。因W，Mo 含量高，其稳定性高于
钢中的主体元素是： Fe 、C 钢中的主要相组成是： Fe基固溶体和Fe3C
若钢中含有在Fe 左下边的元素会怎么样？
这些元素会取代Fe3C中Fe 元素，形成相应的碳化 物，并且得到的相应碳化物的稳定性比Fe3C的更 稳定，而且元素越往左，得到的碳化物的稳定性 越高；元素越往下，得到的碳化物的稳定性亦越 高。对氮化物亦然。——钢中碳化物和氮化物稳 定性一般规律
对γ-Fe，间隙原子优先占据的位置是八面体间隙。 对α-Fe，间隙原子优先占据的位置也是八面体间隙。
第二章 合金钢中的相组成 材料学—西安理工大学材料学院
§2.2 碳化物与氮化物
这一节要解决的问题有两个：
1、碳化物与氮化物的一般规律：稳定性规 律和结构规律
2、钢中常见的碳化物和氮化物
第二章 合金钢中的相组成 材料学—西安理工大学材料学院
④，钢中的碳化物和氮化物是这门课程的重点，贯穿整个 课程，必须掌握和很好理解与运用
第二章 合金钢中的相组成 材料学—西安理工大学材料学院
钢中常见的碳化物(K)(数字表示稳定性,越小越高) M3C:渗碳体,正交点阵(6) M7C3:例Cr7C3,复杂六方(4) M23C6:例Cr23C6,复杂立方(5) M2C:例Mo2C,W2C,密排六方(2) MC:例VC,TiC,简单面心立方点阵(1) M6C:不是一种金属碳化物,复杂六方点阵(3)
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[18] 周国安,等.钴、锰在W2Ni2Fe合金中的作用及其浸润机理的探讨[J].稀有金属,1987,11(5):3422345.[19] 范景莲,等.钼对合金砧块性能的影响[J].粉末冶金技术,1993,11(2):1192122.[20] G erman R M.Limitations in Net Shaping by Liquid Phase Sinter2ing[A].Leander F PeaseⅢ,Reynald J Sansoucy.Advances inpowder metallurgy:proceedings of the1991Powder MetallurgyConference&Exhibition[C].Princeton N J:Plenum Press,1991,(4):1832193.[21] Chaiat D,et al.Effects of Processing and Alloying on Microstruc2ture and Properties of Tungsten Heavy Alloys[A].Bose A,et al.Tungsten Refract.Met.21994,Pro Int Conf2nd[C].Princeton N J:Plenum Press,1995:54264.[22] He Z.W2Ni2Fe Non2crystalline Alloys:Thermal Stability and Con2solidation Behavior[D].Michigan Technological University,2001.[23] G erman R M,Bose A Mani S S.Sintering Time and AtmosphereInfluences on the Microstructure and Mechanical Properties ofTungsten heavy Alloys[J].Metall.Trans.,1992,23A:2112219.[24] Johnson J L,G erman R M.Theoretical Modeling of DensificationDuring Activated Solid2State Sintering[J].Metall.Trans.,1996,27A:4412449.[25] K ipphut C M,Bose A,et al.Gravity and Configurational EnergyInduced Microstructural Changes in Liquid Phase Sintering[J].Metall.Trans.,1988,19A:190521913.[26] 范景莲,等.二步烧结法控制高密度合金的变形及其对组织与性能的影响[J].稀有金属,2000,24(1):42244.[27] Noh J W,et al.Matrix Penetration of W/W Grain Boundaries andIts Effect on Mechanical Properties of93W2516Ni2114Fe HeavyAlloy[J].Metall.Trans.,1993,24A:241122416.[28] Weerasooriya T,et al.Effect of W2W Grain Contiguity on theHigh Shear Strain Rate Behavior of93W25Ni22Fe TungstenHeavy Alloy[A].Bose A,Dowding R J.Tungsten Refract.Met.2 1994,Pro Int Conf2nd[C].Princeton N J:Plenum Press,1995:4012410.[29] G oren2Muginstein G R,Rosen A.The effect of cold deformationon grain refinement of heavy metals[J].Materials Science and En2 gineering,1997,A238(2):3512356.[30] 刘志国,等.新型W2Ni2Fe2TiB22合金[J].中国有色金属学报,1995,5(4):1072111.[31] Guha S,Kyriacou C,Withers J C,Loutfy R O.Processing andProperties of Tungsten Heavy Alloys with Ni48Al12Fe40Inter2metallic Matrix[J].Mater.Manuf.Process.1994,9(6):11632 1171.[32] Bose A,Sherman A J.Features2Some Applications of CVD CoatedMicroencapsulated Powders[J].Industrial heating,2000,67(2):63266.[33] Churn K S,G erman R M.Fracture Behavior of W2Ni2Fe HeavyAlloy[J].Met.Trans.,1984,15A(2):3312338.[34] Danninger H.Influence of Some Trace Impurities on Propertiesand Porosity of Tungsten Heavy Metals[J].International Journalof Refractory Metals&Hard Materials,1986,5(3):1442152. [35] Lea C,et al.Segregation to Interphase Boundaries in Liquid PhaseSintered Tungsten Alloys[J].Met.Trans.,1983,14A(4):6672 677.材料研究钢中相变的自组织刘宗昌(包头钢铁学院材料系,内蒙古包头 014010)摘要:为深入探讨材料科学理论,研究钢中的相变机制,应用科技哲学的观点分析论述了钢的系统自组织特性。
认为钢中的相变具有自组织功能和非线性相互作用。
分析了钢在珠光体分解、马氏体转变、贝氏体转变等相变机理、组织形态等方面的自组织及其复杂性。
认为相变机制一元化,组织形貌多元化。
共析分解是个自组织过程,具有铁素体和渗碳体互为领先相的整合机制。
马氏体相变首先产生“准马氏体”形式的结构涨落,通过位错或层错的运动,迅速放大这种涨落,使得原结构失稳,建构一种新结构,即马氏体晶体结构;以孪生切变完成马氏体相变,应当有孪生涨落,放大这种涨落,则以孪晶构成马氏体晶核。
贝氏体转变在孕育期内,通过涨落必然形成贫碳区和富碳区;上贝氏体和下贝氏体有不同的转变机制,当然也有各自的转变动力学曲线。
实际上各种组织的形貌都是形形色色的。
关键词:相变;自组织;涨落;非线性中图分类号:TG111.5 文献标识码:A 文章编号:025426051(2003)022*******Self2organization in the Phase T ransformation of SteelL IU Z ong2chang(Department of Materials Science and Engineering,Baotou University of Iron andSteel Technology,Baotou Inner Mongolia014010,China)Abstract:In order to study the phase transformation mechanism of steel and to question the material science theo2 ry deeply,the method of science and technology philosophy was used to analyze and discuss the self2organization property of steel in this paper.The author thought that there were self2organization function and nonlinear inter2 action in the phase transformation of steel.The self2organization and its complexity were analyzed in the phasetransformation mechanism and the microstructure and morphology of the pearlite decomposition ,martensite trans 2formation and bainite transformation in steel.It showed that the phase transformation mechanism is mono 2unit and the morphology of microstructure is multiple 2unit.The eutectoid decomposition is a self 2organization process ,which is characterized by the integrated mechanism that ferrite and cementite acted as prevenient phase alterna 2tively.At first ,the martensite transformation induced structural fluctuation ,which presented quasi 2martensite form.The fluctuation was enlarged by means of the movement of dislocation or fault.As a result ,the original structure became unstable and a new structure was built ,i.e.martensite crystal structure.The twin fluctuation was sure to form when the martensite transformation was achieved by means of twin shear strain.When the fluc 2tuation was enlarged ,the martensite crystal nucleus appeared in the form of twin crystal.The bainite transforma 2tion during the incubative period was inevitable to form carbon 2leant zones and carbon 2enriched zones through the fluctuation.The upper bainite and lower bainite have different transformation mechanism and kinetics curve re 2spectively.In fact ,the morphologies of all kinds of microstructure are diversiform.K ey w ords :phase transformation ;self 2organization ;fluctuation ;nonlinear interaction作者简介:刘宗昌(194019—),男,河北玉田人,教授,主要从事特殊钢相变、冶金质量及热处理工艺研究,发表论文120余篇,全国优秀教师。