金属及合金的固态转变

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第二章金属材料的凝固与固态相变

固溶体结晶时成分是变化的，如果冷却较快，原子扩散不能充分进行，则形成成分不均匀的固溶体。
2 .共晶相图
(1)相图分析在共晶合金相图中，acb为液相线，adceb为固相线，合金系有三种相，相图中有三个单相区（L、α 、β ）；三个两相区（L+α 、 L+β 、α +β ）；一条三相(L+α +β )共存线（水平线dce）。 dce为共晶线（ c点为共晶点）。 Lc → α d+ β
1148 ℃ 1148 ℃ LC AE Fe3C 即 L4.3 A2.11 Fe3C
共晶反应的产物是奥氏体与渗碳体的共晶混合物，称莱氏体，以符号Ld表示。在显微镜下莱氏体的形态是：块状或粒状A（室温时转变成珠光体）分布在渗碳体基体上。
⑵ S点为共析点, PSK为共析线.合金在平衡结晶过程中冷却到 727℃时，S点成分的A发生共析反应，成分在PSK的铁碳合金，在平衡结晶过程中均发生共析反应。PSK线亦称A1线。
1.铁碳合金的相结构与性能（1）铁素体（F或α ）碳在α —Fe中的间隙固溶体，体心立方晶格。铁素体的性能特点是强度低、硬度低、塑性好。（2）奥氏体（A或γ ）碳在γ —Fe中的间隙固溶体，面心立方晶格。奥氏体的强度较低，硬度不高，易于塑性变形。（3）渗碳体（Fe3C）化合物相，有条状、网状、片状、粒状等形态，对铁碳合金的力学性能有很大影响。渗碳体硬度高（800HBW），塑性差，脆性大。

固态相变基础1

固态金属（包括纯金属和合金）在加热和冷却过程中可能发生各种相的转变，称为固态相变。材料科学研究中的固态相变主要是指温度改变而产生的相变。

固态相变包括以下三种基本变化：①晶体结构的变化②化学成分的变化③有序程度的变化。按相变过程中原子的运动特点分类:1）扩散型相变；2）非扩散型相变。

扩散型相变特点

转变，块状转变，多形性转变，调幅分解

1. 脱溶分解脱溶：从过饱和固溶体中析出新相的过程称为脱溶或沉淀。

条件：凡是有固溶度变化的相图，从单相区进入两相区时都会发生脱溶。

固溶处理工艺＝淬火，不是淬火, 没有相变。

脱溶过程中由于析出了弥散分布的强化相，导致强度硬度显著升高的现象称沉淀强化（沉淀硬化），溶质原子的沉淀需要时间，随着时间的延长强化效果明显，又称为时效强化。

2）调幅分解：调幅分解（也称为增幅分解）是指过饱和固溶体在一定温度下分解成结构相同、成分不同两个相的过程。

特点：1）两个相之间没有明显的界面2）调幅分解没有形核，因此没有新的晶体结构出现3）调幅分解的成分变化通过上坡扩散来实现。

3)块状转变:新相与母相成分一样,但晶体结构不同.

非扩散型相变：前后组元原子运动不超过一个原子间距的转变。

按平衡状态分类1)平衡相变2)非平衡相变

三、按热力学分类1)一级相变 2)二级相变

金属固态相变与液态金属结晶一样，金属固态相变与液-固相变一样，其相变驱动力来自新相与母相的自由能差，也通过形核和长大两个过程来完成。但因相变前后均为固态，固有以下几个特点：（1）.界面与界面能固态相变时，母相和新相均为固相，故其界面与固/液界面不同。通常固/固界面可以按结构特点分为共格界面、半共格界面和非共格界面三种，其中共格界面界面能最低，半共格界面次之，非共格界面最高。

金属与合金中的固态相变

固态相变是指物质在固态下发生的相变现象。金属与合金中的固态相变是材料科学中的重要研究领域之一。金属与合金的固态相变对于材料的性能、结构和应用具有重要的影响。

金属与合金中的固态相变主要包括晶格相变、磁相变和化学相变等。晶格相变是指晶体结构的改变，包括晶格参数的变化和晶体对称性的改变。磁相变是指磁性的改变，包括铁磁性、反铁磁性和顺磁性等。化学相变是指化学成分的改变，包括固溶体相变、化合物相变和析出相变等。

金属与合金中的固态相变对于材料的性能和应用具有重要的影响。例如，固溶体相变可以改变材料的硬度、强度和塑性等力学性能；化合物相变可以改变材料的热稳定性和耐腐蚀性等化学性能；磁相变可以改变材料的磁性和电性等电磁性能。

金属与合金中的固态相变是一个复杂的过程，涉及到多种因素的相互作用。其中，温度、压力、成分和晶体结构等因素是影响固态相变的重要因素。此外，固态相变的动力学过程也是一个重要的研究方向，包括相变的速率、相变的机制和相变的热力学性质等。

在金属与合金的制备和加工过程中，固态相变是一个重要的问题。例如，通过固溶体相变可以改变材料的组织结构和性能，从而实现材料的优化设计和性能调控。通过化合物相变可以制备出具有特殊

性能的材料，例如高温合金和超导材料等。通过磁相变可以制备出具有磁性和电性等特殊性能的材料，例如磁性材料和磁存储材料等。金属与合金中的固态相变是一个重要的研究领域，对于材料的性能、结构和应用具有重要的影响。未来，随着材料科学的不断发展和进步，金属与合金中的固态相变将会得到更加深入的研究和应用。

金属固态相变整理

一、名词解释

1.平衡相变：是指在缓慢加热或冷却时所发生的能获得符合平衡状态图的平衡组织的相变。

2.扩散：相邻原子相对移动距离超过一个原子间距，相邻原子的相对位置发生改变。

3.均匀形核：晶核在母相中无择优地任意均匀分布

4.非均匀形核：晶核在母相中某些区域择优地不均匀分布

5.惯习面：新相往往在母相一定的晶面上开始形成，这个晶面为惯习面

6.共格界面：界面上的原子所占据的位置恰好是两相点阵共有的位置时，两相在界面上的原子可以一对一的相互匹配。

7.球化退火：使片状渗碳体球状化，获得球状p的热处理工艺。

8.派敦处理：使高碳钢获得细珠光体（索氏体）组织，再经过深度冷拔而获得高强度钢丝。

9.魏氏组织：工业上将具有片（针）状铁素体或渗碳体加珠光体的组织（消除：细化晶粒的正火、退火以及锻造）

10.伪共析转变：过冷奥氏体将全部转变为珠光体型组织，但合金的成分并非共析成分，并且其中铁素体和渗碳体的相对含量也与共析成分珠光体不同，随奥氏体的碳含量变化而变化。

11.切变共格界面：Ms的形成是以切变方式进行的，且Ms和r之间的界面上的原子是共有的。这种界面。。。。。

12.冷处理：若Ms点在室温以上，Mf点在室温以下，则淬火到室温时将保留相当残余r。若继续冷却至室温以下，则残余r转变为M。

13.相变诱发塑性：金属及合金在相变过程中塑性增加，往往在低于母相屈服强度时即可发生塑性变形。

14.二次淬火：回火加热、保温过程中不发生分解，冷却时残余奥氏体转变为马氏体的现象。

15.回火抗力（抗回火性）：合金元素这种阻碍α相中碳含量降低和碳化物颗粒长大而使钢件保持高硬度、高强度的性质。

金属固态相变原理名词解释

1.固态相变:金属盒陶瓷等固体材料在温度和压力改变时，其内部组织或结构会发生变化，即从一种相状态到另一种相状态的转变

2.平衡转变；在缓慢加热或冷却时所发生的能获得复合平衡状态图的平衡组织的相变。

3.共析相变；合金在冷却时由一个固相分解为两个不同固相的转变

4.平衡脱溶相变；在缓慢冷却条件下，由过饱和固溶体中析出过剩相的过程

5.扩散性相变；相变时相界面的移动是通过原子近程或远程扩散而进行的相变也称非协调型

6.无扩散性相变；相变过程中原子不发生扩散，参与转变的所有原子的运动是协调一致的相变也称协同型

7.均匀形核；晶核在母相中无择优地任意均匀分布

8.形核率；单位时间形成的晶核数

9.混晶；置换固溶体，两种或多种元素相互溶解而形成的均匀晶相

10.异常长大:正常晶粒长大过程被第二相微粒、织构、表面热蚀沟等阻碍，使得大多数晶粒不能长大，从而使少数较大的晶粒得以迅速长大。

11.奥氏体；碳及各种化学元素在γ－Fe中形成的固溶体

12.珠光体；共析碳钢加热奥氏体化后缓慢冷却，在稍低于A1温度时奥氏体将分解为铁素体和渗碳体的混合物称为珠光体

13.粒状珠光体；通过片状珠光体中渗碳体的球状化而获得的

14.贝氏体；钢在奥氏体化后被过冷到珠光体转变温度区间以下，马氏体转变温度区间以上这一中温度区间(所谓“贝氏体转变温度区间”)转变而成的由铁素体及其内分布着弥散的碳化物所形成的亚稳组织，即贝氏体转变的产物。

15.马氏体；对固态的铁基合金(钢铁及其他铁基合金)以及非铁金属及合金而言，是无扩散的共格切变型相转变，即马氏体转变的产物。就铁基合金而言，是过冷奥氏体发生无扩散的共格切变型相转变即马氏体转变所形成的产物。铁基合金中常见的马氏体，就其本质而言，是碳和(或)合金元素在α铁中的过饱和固溶体。就铁-碳二元合金而言，是碳在α铁中的过饱和固溶体。

1-金属材料与热处理-固态相变原理

固态相变：固态金属或合金中固态相之间的转变
相变前的相状态称为旧相或母相，相变后的相状态称为新相。
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固态相变概述
相平衡关系的描述—相图
非稳定态：不存在这种能垒，则体系处于非稳定态，它一定会转变为平衡态或亚稳态。
亚稳态相：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；
平衡相：相的自由能最低时——该相稳定
非形核转变，固溶体分解成结构相同但成分不同的两相
有序化转变
合金元素原子从无规则排列到有规则排列，但结构不变。
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固态相变的分类
3）按原子迁移特征分类
（1）扩散型：依靠原子的长距离扩散；相界面非共格。（如珠光体、奥氏体转变，Fe, C都可扩散。）
（2）非扩散型：旧相原子有规则地、协调一致地通过切变转移到新相中；相界面共格、原子间的相邻关系不变；化学成分不变。（如马氏体转变，Fe, C都不扩散。）
（3）半扩散型：既有切变，又有扩散。（如贝氏体转变，Fe切变，C扩散。）
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相变过程的特点和实质
特点一：相变阻力大。原因：(1)相变阻力除界面能外，还多弹性应变能。 (2)固相中原子扩散速度远低于液相。
特点二：相变时往往在母相中晶体缺陷处形核大多数固态相变的形核功较大，极易在晶体缺陷处优先不均匀形核，提高形核率。特点三：固态相变时，新相往往在母相的一定晶面上开始形成，存在惯习面，且新相晶核与母相之间往往存在一定晶体学位向关系。目的：减小两相间的界面能。特点四：易于出现亚稳态过渡相，为了减少界面能，固态相变中往往先形成具有共格相界面的过渡相（亚稳相）。

金属固态相变概论

与均质形核相比，多了一项-DGd，它表示非均质形核时由于晶体缺陷消失而释放出的能量。因此，相变驱动力增加，这将导致临界形核功降低，从而大大促进形核过程。
晶体缺陷对形核的具体作用
1、空位
空位可通过加速扩散过程或释放自身能量提供形核驱动力而促进形核。此外，空位群亦可以凝聚成位错而促进形核。 2、位错
两种观点
母相不断地以非协同方式向新相中转移，界面便沿其法向推进，从而使新相逐渐长大；
在非共格界面的微观区域中，也可能呈现台阶状结构。这种台阶平面是原子排列最密的晶面，台阶高度约相当于一个原子层，通过原子从母相台阶端部想新相台阶上转移，便使新相台阶发生侧向移动，从而引起界面推进，使新相长大。
1、无成分变化的新相长大
✓b相的一个原子跃过相界跳到a相上所需的激活能为Dg，若原子振动频率为u0,则b相的原子能够越过相界跳到 a相上的概率为：
✓同理， a相中的原子也可能越过相界跳到b相上去，但其需要的激活能应为Dg+Dgab，则a相中的原子能够越界跳到b相上去的概率为：
✓原子在a相和b相中的自由能水平和越过相界的激活能
一般说来，当新相与母相间为共格或半共格界面时，两相间必然存在一定的晶体学取向关系；若两相间无一定的取向关系，则其界面必定为非共格界面。
2、惯习面
固态相变时，新相往往在母相一定的晶面族上形成，这种晶面被称为惯习面，通常用母相的晶面指数来表示。如马氏体总是在奥氏体的{111}面上形成。

金属材料科学工程固态相变理论1

固态相变：金属和陶瓷等固态材料在温度和压力改变时，其内部组织或结构会发生变化，即发生从一种状态到另一种状态的改变，这种转变称为固态相变。按热力学分类：一级相变：相变时新旧两相的化学势相等，但化学势的一级偏微熵不等的相变称为一级相变; 二级相变：相变时新旧两相的化学势相等，且化学势的一级偏微熵也相等，但化学势的二级偏微熵不相等的相变称为二级相变。按平衡状态图分类：平衡相变指在缓慢加热或冷却过程中所发生的能获得的符合平衡状态相图的平衡组织的相变。主要有同素异构转变、多形性转变、平衡脱溶沉淀、共析相变、调幅分解、有序化转变。非平衡相变:伪共析相变、马氏体相变、贝氏体相变、非平衡脱溶相变按原子迁移情况分类：扩散型相变：相变时，相界面的移动是通过原子近程或远程扩散而进行的相变称为扩散型相变。基本特点是：①相变过程中有原子扩散运动，相变速率受原子扩散速度所控制；②新相和母相得成分往往不同；③只有因新相和母相比容不同而引起的体积变化，没有宏观形状改变。非扩散型相变：相变过程中原子不发生扩散，参与转变的所有原子的运动是协调一致的相变称为非扩散型相变。一般特征是：

①存在由于均匀切变引起的宏观形状改变，可在预先制备的抛光试样表面上出现浮突现象；

②相变不需要通过扩散，新相和母相的化学成分相同；③新相和母相之间存在一定的晶体学位向关系；④某些材料发生非扩散相变时，相界面移动速度极快，可接近声速。共格界面：若两相晶体结构相同、点阵常数相等、或者两相晶体结构和点阵常数虽有差异，单存在一组特定的晶体学平面使两相原子之间产生完全匹配。此时，界面上原子所占位置恰好是两相点阵的共有位置，界面上原子为两相所共有，这种界面称为共格界面。当两相之间的共格关系依靠正应变来维持时，称为第一类共格；而以切应变来维持时，成为第二类共格。半共格界面：半共格界面的特点：在界面上除了位错核心部分以外，其他地方几乎完全匹配。在位错核心部分的结构是严重扭曲的，并且点阵面是不连续的。非共格界面：当两相界面处的原子排列差异很大，即错配度δ很大时，两相原子之间的匹配关系便不在维持，这种界面称为非共格界面；一般认为，错配度小于0.05时两相可以构成完全的共格界面；错配度大于0.25时易形成非共格界面；错配度介于0.05～0.25之间，则易形成半共格界面。界面能的主要因素：（1）两相界面上原子排列的不规则性将导致两相界面能升高；（2）新旧两相化学成分的改变引起的化学能的改变。弹性应变能（1）金属固态相变时，因新相和母相的比容不同可能发生体积变化，导致弹性应变能增大。几何形状对因比容差而产生的应变能的影响：新相呈球状时应变能最大，呈圆盘（片）状时应变能最小，呈棒（针）状时应变能居中。（2）两相界面上的不匹配也会使弹性应变能增大。金属固态相变时的相变阻力包括界面能和弹性应变能。当界面共格时，可以降低界面能但使弹性应变能增大。当界面不共格时，盘状新相的弹性应变能最低，但界面能较高；而球状新相的界面能最低，但弹性应变能却最大。固态相变时究竟是界面能还是弹性应变能起主导作用取决于具体条件。晶体缺陷的影响：金属固态相变时新相晶核总是优先在晶体缺陷处形成。因为晶体缺陷是能量起伏、结构起伏和成分起伏最大的区域。在这些区域形核时：1原子扩散激活能低，扩散速度快。2相变应力容易被松弛。3位错消失释放的部分能量可作为克服形成新相界面和相变应变所需的能量。4位错依附在新相界面上，构成半共格界面中位错的一部分，结果也会使系统自由能降低。共格、半共格界面的长大机制为台阶机制、切变机制；非共格界面的长大机制为界面原子的扩散。新相的长大速度取决于相界面的移动速度，即向母相的迁移速度。新相的长大分为两种：一是新相形成时无成分变化，只有原子的近程扩散；二是新相形成时有成分变化，新相长大需要溶质原子的长程扩散。临界冷却速度：在连续冷却中，使过冷奥氏体不析出先共析铁素体（亚共析钢）或先共析渗碳体（过共析钢高于Acm点的奥氏体化）以及不转变为珠光体或贝氏体的最低冷却速度。临界淬火速度：在连续冷却时，使过冷奥氏体不发生分解，完全转变为马氏体（包括残余奥氏体）的最低冷却速度。代表钢件淬火冷却形成马氏体的能力，是决定钢件淬透层深度的重要因素，也是选取钢材和正确热处理工艺的重要依据之一。

1.2金属固态相变的分类

1.2.4 块状相变
钢和合金中的块状转变也是一种不平衡转变。如，在极快的冷却速度时，γ－Fe 可能通过块状相变的机制转变为α-Fe。块状相变与马氏体转变不同。（块状相变在本书贝氏体一章讲述）

1.2.5不平衡脱溶沉淀

与上述平衡脱溶不同，合金固溶体在高温下溶入了较多的合金元素，之后快冷，固溶体中来不及析出新相，一直冷却到较低温度下（如室温），得到过饱和固溶体。然后，在室温或加热到其溶解度曲线以下的温度进行等温保持，从过饱和固溶体中析出一种新相，该新相的成分和结构与平衡沉淀相不同，此称不平衡脱溶沉淀。
1.1.7有序化转变

铁-铝合金、金-铜合金、铜-锌合金等合金系中都可以发生有序化转变。如，在铁铝系平衡图中，铝含量在 13.9 ～ 20% Fe-Al合金,从700℃以上的无序结构的 α-相缓冷下来发生 α β1(Fe3Al)，Fe3Al为有序固溶体，具有体心立方结构。
即按化学位的变化：
这说明：一级相变时，有体积和熵的突变，即有体积的胀缩及潜热的释放或吸收。金属中大多数固态相变属于一级相变。
来自百度文库
如果相变时，化学位的一级偏导数相等，但二级偏导数不等，则称为二级相变。一级偏导数相等，即：
V

V

S S

金属固态相变

1.固态相变：固态金属在一定压力温度下，内部组织结构发生改变的现象。

2.金属固态相变：固态金属及合金在温度压力改变时，内部相结构发生相互转变的现象

3.过冷奥氏体：临界点以下存在的将要发生转变的不稳定的奥氏体

4.惯习面：马氏体转变时，新相和母相保持一定的位相关系，马氏体在母相的一定晶面上开始形成，此晶面称为惯习面

5，滑移：在切应力作用下，警惕的两部分沿一定的晶面和晶向发生相对运动的滑动

6.滑移系：晶体中一个滑移面和其上的一个滑移方向的组合称为滑移系

7回复：形变金属加热时，在新晶粒出现之前，某些物理，化学性能及亚结构发生变化的过程

8.再结晶：经冷变形有很大畸变的金属，加热到一定温度产生一些无畸变的小晶粒并不断长大，直到由无畸变晶粒所取代的过程

9冷加工：是指在结晶温度以下，并且无加热的加工，

10.热加工：是指在结晶温度以上的不发生加工硬化的加工

11固溶处理：将钢或合金加热到一定的温度，使碳或合金元素溶入固溶体中，然后以较快的速度冷却下来，得到过饱和状态的固溶体或过饱和的新相

12.时效：脱溶将引起组织，性能，内应力的改变等，这种热处理工艺称为

13.脱溶：经过固溶处理而得到的固溶体或新相大多是亚稳的，在室温保持一段时间或者加热到一定温度，过饱和相将脱溶，析出沉淀相，故称为脱溶

14.回火脆性：有些钢在某些温度区间回火，可能出现韧性显著降低

1.固态相变的驱动力是什么？答案：那些因素构成相变的阻力：：相变驱动力是两相自由焓之差相变阻力是由界面能和畸变能组成

2.晶体缺陷对固态相变形核有何影响？答案：a固相界面有现成的一部分，因而只需部分重建b原缺陷能可以贡献给形核功，形核功变小c界面处扩散速率比晶内快得多d相变引起的应变能可较快的通过晶界流变而松弛d溶质原子易于偏聚在晶界处，有利于提高形核率

《材料科学基础》真题强化教程（第12讲固态相变）

一、固态转变基本类型

由于金属（合金）的结构和组织在固态下可以进行多种多样的形势转变，因此具有性能方面的多变性。包括同素异形转变、脱溶、有序化转变等等，甚至回复、再结晶也属于固态转变。

分类：①扩散型相变；②非扩散型相变（切变型）；③过渡型相变。

例1（名词解释）：调幅分解

例2（名词解释）：一级相变、二级相变

二、固态相变一般特点

固态相变大多数为形核和生长的方式，由于此过程是在固态中进行，原子扩散速率甚低，且因新、旧相的比体积不同，其形核和生长不仅有界面能，还有因比体积差而产生的应变能，故固态相变往往不能达到平衡状态，而是通过非平衡转变形成亚稳相，且因形成时条件的不同，可能有不同的过渡相。固态相变形成的亚稳相类型有多种，如固溶体脱溶产物、马氏体和贝氏体等。

固态相变要走转变阻力小、做功少的道路。

考点1：固态转变驱动力

新旧两相自由能之差；阻力：新旧两相产生相界面引起界面自由能升高；新旧两相间因为比容不同导致的畸变能。

例：固态相变中，应变能产生的原因分析。

考点2：形核特点

①非均匀形核；

②核心的取向关系；

③共格界面与半共格界面。

考点3：成长特点

①惯习现象；

②共格成长与非共格成长；

③存在脱溶贯序。

例1（名词解释）惯习现象

例2（名词解释）：脱溶贯序

考点4：新生组织形态

应变能主导时优先形成饼状、圆片状；其次是针状；最后是球状。界面能主导时，优先形成球状、其次是针状、最后是片状。

P.S. 脱溶基本完成后，新相、母相基本达到平衡浓度、再延长时间或者提高温度会发生新相聚集长大和形貌转化。界面能主导：小粒子溶解、大粒子生长，半径越来越大，Δp=2σ/r （压应力）变小，脱溶相变稳定，向球形转变，脱溶相弯处向平处扩散；应变能主导：球状→立方状→棒状片状→编织组织。

金属固态相变原理

第2篇热处理原理及工艺

第7章钢的热处理

教学目标：

搞清奥氏体、珠光体、贝氏体、马氏体等基本概念；

掌握共析分解、马氏体相变、贝氏体相变基本知识;

掌握相变产物的形貌和物理本质。

第8章金属固态相变原理

§8 钢的热处理

一、热处理的作用

机床、汽车、摩托车、火车、矿山、石油、化工、航空、航天等各行各业用的大量零部件需要通过热处理工艺改善其性能。

拒初步统计，在机床制造中，约60%~70%的零件要经过热处理；在汽车、拖拉机制造中，需要热处理的零件多达70%~80%，而工模具及滚动轴承，则要100%进行热处理。

总之，凡重要的零件都必须进行适当的热处理才能投入使用。

热处理的定义：将固态金属或合金在一定介质中加热、保温和冷却，以改变材料整体或表面组织，从而获得所需组织和性能的工艺过程。

热处理三大要素：加热、保温和冷却

通过以上三个环节，材料的内部组织发生了变化，因而性能也发生变化。

例如：碳素工具钢T8在市场购回的是球化退火的材料其硬度仅为20HRC，作为工具需经淬火并低温回火使硬度提高到60～63HRC，这是因为内部组织由淬火之前的粒状珠光体转变为淬火+低温回火的回火马氏体。

同一种材料，热处理工艺不一样其性能差别很大，导致性能差别如此大的原因是不同的热处理后内部组织截然不同。

表8-1 45号钢经不同热处理后的性能(试样直径15mm)

热处理工艺的选择要根据材料的成分来确定。材料内部组织的变化依赖于材料热处理和其他热加工工艺，材料性能的变化又取决于材料的内部组织变化。

所以，材料成分－加工工艺－组织结构－材料性能这四者相互依成的关系贯穿在材料制备的全过程之中。

金属固态相变知识点总结

一、金属固态相变概述

金属的固态相变是指金属在固态下由于温度、压力等外部条件的变化而发生的结构变化。

金属的固态相变具有一定的规律性，可以通过实验和理论研究来预测和解释金属相变过程

中的行为。金属固态相变对于金属材料的性能和应用具有重要的影响，因此对金属固态相

变进行深入的研究具有重要的意义。

二、金属固态相变类型

1. 多种金属的固态相变类型

金属的固态相变包括晶格变化、相变温度、相变形式等不同的类型，主要有以下几种类型：

(1) α-β型固溶体相变

α-β型固溶体相变是金属合金中比较常见的相变类型，指的是在金属合金中存在两种不同

的固溶体相，分别为α相和β相。这种相变类型在许多重要的金属合金中都有出现，如

Fe-C合金、Ni-Cr合金等。

(2) 费氏体相变

费氏体相变是一种典型的金属固态相变类型，指的是金属在一定温度下发生由奥氏体相向

费氏体相转变的过程。这种相变类型在一些铁素体不锈钢中尤为常见。

(3) 莫尔铂相变

莫尔铂相变是一种金属固态相变类型，指的是金属在相变过程中由六方最密堆积（HCP）

结构向立方最密堆积（FCC）结构的转变。这种相变类型在一些贵金属合金中具有重要作用。

2. 典型金属的固态相变

不同的金属在固态下的相变类型也有所不同，下面以常见的几种金属为例进行介绍：

(1) 铁素体不锈钢的固态相变

铁素体不锈钢是一种重要的金属材料，其固态相变主要包括奥氏体到费氏体的相变，以及

费氏体到马氏体的相变。这些相变在不锈钢的应用性能中具有重要的影响。

(2) 铝合金的固态相变

铝合金是一种广泛应用的金属材料，其固态相变主要包括固溶体相变和析出相变。这些相

金属的相变行为从液态到固态的转变

金属的相变行为从液态到固态的转变金属是一种常见的材料，具有良好的导电性和导热性，因此被广泛应用于工业生产和日常生活中。然而，金属在不同温度下会出现相变现象，其中从液态到固态的转变是最常见的相变行为之一。本文将探讨金属从液态到固态转变的过程以及相关的因素。

一、凝固过程

金属从液态到固态的转变被称为凝固，这是因为在此过程中，金属的原子或离子聚集在一起形成结晶体。凝固过程可以分为三个阶段：液态阶段、凝胶阶段和固态阶段。

在液态阶段，金属原子或离子呈无序排列，并具有较高的动能。当金属温度下降到一定程度时，原子或离子开始逐渐接近，并逐渐形成有序的结构。在凝胶阶段，金属原子或离子的排列变得更加有序，结晶核形成并逐渐生长。最后，在固态阶段，金属原子或离子完全有序地排列形成晶体结构。

二、凝固的影响因素

金属从液态到固态的凝固过程受到多种因素的影响，其中最主要的因素是温度、压力和成分。

1. 温度：温度是金属凝固的关键因素之一。一般来说，金属的凝固温度是指金属从液态向固态转变的温度，称为凝固点。不同金属具有不同的凝固点，例如，铅的凝固点约为327摄氏度，而铁的凝固点约

为1538摄氏度。凝固点的升高或降低可能是由于杂质的存在或添加了

其他元素。

2. 压力：压力对金属凝固的影响不如温度显著。然而，在高压下，

金属原子或离子更容易接触和聚集，因此凝固速度可能会加快。此外，压力的变化也可能导致凝固点的变化。

3. 成分：金属合金的凝固行为比纯金属更加复杂。合金中不同元素

的含量会影响凝固点和凝固过程。例如，铜和锌的合金黄铜的凝固点

材科基考点强化(第12讲固态相变)

一、固态转变基本类型

分类：①扩散型相变；②非扩散型相变（切变型）；③过渡型相变。

例1（名词解释）：调幅分解

例2（名词解释）：一级相变、二级相变

二、固态相变一般特点

固态相变要走转变阻力小、做功少的道路。

考点1：固态转变驱动力

新旧两相自由能之差；阻力：新旧两相产生相界面引起界面自由能升高；新旧两相间因为比容不同导致的畸变能。

例：固态相变中，应变能产生的原因分析。

考点2：形核特点

①非均匀形核；

②核心的取向关系；

③共格界面与半共格界面。

考点3：成长特点

①惯习现象；

②共格成长与非共格成长；

③存在脱溶贯序。

例1（名词解释）惯习现象

例2（名词解释）：脱溶贯序

考点4：新生组织形态

应变能主导时优先形成饼状、圆片状；其次是针状；最后是球状。界面能主导时，优先形成球状、其次是针状、最后是片状。

固态相变

广义来说，物质中原子（或分子）的聚合状态发生变化的过程称为转变。金属或合金发生转变之后，新相与母相之间必然存在着某些差别，这些差别或者表现在晶体结构上；或者表现在化学成分上（如调幅分解）；或表现在表面能上（如粉末烧结）；或表现在应变能上（冷变形金属的再结晶）；或表现在界面能上（如晶粒长大）；或几种差别兼而有之（如饱和固熔体的沉淀）。从狭义来说，转变仅指具有晶体结构变化的相变。

固态相变的分类

固态相变的类型及特征有以下几种：

同素异构转变

当温度或压力改变时，金属发生晶体结构的改变，但成分不变。

脱熔转变

在固熔度随温度下降而减小的合金中，经高温淬火所固定下来的过饱和固熔体，在适当条件下会发生第二相的脱熔过程，并在不同阶段形成偏聚区、亚稳定和稳定的第二相等。

有序-无序转变

在一定成分范围的合金，高温时晶体结构中的原子呈无序排列，而在低温时呈有序排列。这种转变随温度升高和下降是可逆的

块型转变

相变时晶体结构改变，但成分没有（或很少）改变，相变产物呈块型。

调幅分解

具有固熔体混合间隙的合金，当α→α1+α2时，它不需形核而自发地分解为晶体结构相同但成分不同的两相。

马氏体转变

是一种无扩散型相变。通过切变由一种晶体结构转变为另一种晶体结构，无成分变化。

贝氏体转变

同时具有无扩散和扩散型转变的特征,成分发生改变。

按原子迁移分类：

扩散型相变，其特点是相变过程中原子进行扩散。

脱溶共析

有序化块型转变