固态相变 知识点总结
第八章 固态相变
3
第 八 章 固 态 相 变 第 一 节 概 述
第一节 概
述
一 固态相变的特点 应变能:包括共格应变能和体积应变能。 应变能:包括共格应变能和体积应变能。 共格应变能： 共格应变能：共格界面新旧两相点阵常数差异引起的 应变能。 应变能。 体积应变能：由于新相与母相的比容不同， 体积应变能：由于新相与母相的比容不同，固态相变 时新相的生成必然受到周围母相的约束而产生弹性应变 而增加的应变能。 而增加的应变能。 新相与母相的比容差别越大，则体积应变能越大。 新相与母相的比容差别越大，则体积应变能越大。 单位体积应变能的大小还与新相的几何形状有关。 球状应变能最大， 球状应变能最大，针状 次之，片状（盘状）应 次之，片状（盘状） 变能最小。 变能最小。
21
第 八 章 固 态 相 变 第 二 节 形 核 长 大
第三节 固态相变的晶核长大
3 相变动力学 ϕf=1-exp(-btn)
ϕf – 转变量（体积分数）； 转变量（体积分数）
b-常数，取决于相变温度、母相 常数，取决于相变温度、 常数 成分和晶粒大小等； 成分和晶粒大小等； n-常数，取决于相变类型和形核 常数， 常数 位置； t-时间。 时间。 时间 TTT 曲线
14
第 八 章 固 态 相 变 第 二 节 形 核 长 大
第二节 固态相变的形核
二 非均匀形核
（3）空位形核
促进扩散 新相生成处空位消失， 新相生成处空位消失，提供能量 空位群可凝结成位错促进形核 （在过饱和固溶体的脱溶析出过程 空位作用更明显。 中，空位作用更明显。）
15
第 八 章 固 态 相 变 第 二 节 形 核 长 大 2h
第二节 固态相变的形核
二 非均匀形核
5. 固态相变
综合起来，均匀形核必须具有的条件为： 1) 必须过冷，过冷度越大形核驱动力越大； 2) 必须具备与一定过冷度相适应能量起伏和结构起伏 。
形成半径为r的球形晶核时，系统自由焓的变 化为: △G=(4π/3)r3△GV+4πr2γαβ + (4π/3) r3△GE
=(4π/3)r3(△GV+△GE)+4πr2γαβ △GV: 单位体积自由能之差 (负值) △GE：单位体积应变能之差 (正值)
晶核最易在界隅形成，其次在界棱，最后是界面。
晶界面形核时晶核形状
三晶粒相交的棱边
29
四晶粒相交的隅角
只有晶界两侧界面都不共 格时，晶核才类似球形。
通常新相在大角度晶界形 核时，一侧可能与母相具 有一定的取向关系形成平 直的共格或半共格界面， 以降低界面能、减少形核 功；另一侧必为非共格界 面，为减少相界面面积， 故呈球冠状。
非扩散型相变: 原子（或离子）仅作有规则的
迁移使点阵发生改组。马氏体转变
固态相变不一定都属于单纯的扩散型或非扩散型。
3.
按相变方式分类
有核相变和无核相变
（1）有核相变：有形核阶段，新相核心可均匀形 成，也可择优形成。大多数固态相变属于此类。 （2）无核相变：无形核阶段，通过扩散偏聚的方 式进行。以成分起伏作为开端，新旧相间无明显界 面，如调幅分解。
T
G T 2
2
G T 2 p
2
p
G p 2
2
G p 2 T
2
T
G G Tp Tp
一是新相在位错线上形核，新相形成处，位错消失， 释放的弹性应变能量使形核功降低而促进形核；
固态相变复习要点
16 常用的表面化学热处理工艺有哪些
17 感应淬火的残余应力有什么特点
18 退火正火的目的 种类和适用范围
19淬火钢在不同温度回火相应的组织是什么
20 如果相变是通过形核长大方式进行的 那么相变速度是不是恒定的
21 淬火变形后开裂原因 怎样防止
9 A转变为马氏体时体积是怎样变化的表面会产生怎样应变
10 裂纹形成时走向与构件的形状有没有什么关系
11 开裂与热应力 组织应力有关吗
12 贝氏体组织结构的特点
当组织形态是片状或球状时性能有什么不同
13 淬火时工件表面的冷却状况对淬火后的硬度有什影响
14 淬火介质不同时对淬透性 淬硬性有什么影响
22 恩金 柯俊贝氏体相变假说是什么 能解决什么问题
23 哪些因素可促进金属固态相变 为什么
24 贝氏体转变的完成时间与钢的碳含量有没有关系
25 马氏体的形态与亚结构与碳含量以及合金元素有没有关系
26 棒条状与盘形工件淬火属固态相变的热力学与动力学条件
2 影响TTT曲线的合金元素有哪些 ttt 曲线测定方法
3 组织转变时Fe C原子是否扩散
4 马氏体相变驱动力与过冷度关系
5 淬火时残余应力的性质
6 扩大或缩小奥氏体区域的元素
7 亚 过 共析钢在加热时晶粒长大倾向是否一样
8 常见的两种马氏体的结构与性能
固态相变知识点总结
固态相变知识点总结固态相变（solid state phase transition）是指物质在固态下，由于温度、压力等外界条件的变化，使得物质的晶体结构和性质发生显著变化的现象。
固态相变分为一级相变和二级相变两种类型，其中一级相变又称为凝固、熔化或者升华相变，而二级相变则包括了铁磁性转变、铁电性转变、铁弹性转变等多种类别。
一级相变是指固态物质在相变过程中伴随着传热的明显变化，其自由能函数在温度、压力和摩尔体积或摩尔焓差范围内不连续变化。
一级相变包括了凝固、熔化和升华三种基本类型。
凝固是物质由液态转变为固态的一种相变过程。
在凝固的过程中，液体的分子排列变得有序，形成规则的晶体结构。
凝固点是物质在一定压力下的温度，当温度降低达到凝固点时，液体开始凝固。
熔化是物质由固态转变为液态的一种相变过程。
在熔化的过程中，固体的晶体结构破坏，分子之间的相互作用减弱，形成无序排列的分子结构。
熔点是物质在一定压力下的温度，当温度升高达到熔点时，固体开始熔化。
升华是物质由固态转变为气态的一种相变过程。
在升华的过程中，固体的晶体结构破坏，分子之间的相互作用减弱，形成无序排列的分子结构。
升华点是物质在一定压力下的温度，当温度升高达到升华点时，固体开始升华。
与一级相变不同，二级相变是指固态物质在相变过程中没有明显的传热变化，其自由能函数在温度、压力和摩尔体积或摩尔焓差范围内连续变化。
二级相变包括了铁磁性转变、铁电性转变和铁弹性转变等多种类型。
铁磁性转变是指在一定温度下，物质由铁磁相转变为顺磁相或者反铁磁相的一种相变过程。
铁磁性转变常伴随着磁滞回线的出现，磁化强度和温度之间存在明显的关联。
铁电性转变是指在一定温度下，物质由铁电相转变为非铁电相的一种相变过程。
铁电性转变常伴随着电滞回线的出现，电极化强度和温度之间存在明显的关联。
铁弹性转变是指在一定温度下，物质由弹性相转变为非弹性相的一种相变过程。
铁弹性转变常伴随着应力-应变曲线的出现，应力和温度之间存在明显的关联。
固态相变复习考点
固态相变复习考点第一章（1）一、固态相变：（包括纯金属及合金）在温度和压力改变时，组织和结构会发生变化的统称，是以材料热处理的基础二、热处理定义：将钢在固态下加热到预定的温度，保温一定的时间，然后以预定的方式冷却到室温的一种热加工工艺。
三、按平衡状态图金属固态相变的类型分为平衡转变和不平衡转变其变化在于三个方面：结构、成分、有序化程度（发生固态相变时，其中至少伴随这三种变化之一）：⑴ 晶休结构的变化。
如纯金属的同素异构转变、固溶体的多形性转变、马氏体转变、块状转变等；⑵ 化学成分的变化。
如单相固溶体的调幅分解；⑶有序程度的变化。
如合金的共析转变、包析转变、贝氏体转变、脱溶沉淀、有序化转变、磁性转变、超导转变等。
四、按动力学分类(原子迁移情况、形核和长大特点1.扩散型相变 2 非扩散型相变 3半扩散型相变（2）一、 1、固态相变的阻力大 2、新相一般有特定的形状 3、新相与母相之间往往存在特定的位向关系和惯习面 4 原子迁移率低，多数相变受扩散控制 5 相变时容易产生亚稳相 6 普遍存在新相的非均与形核二、固态相变与凝固时的液一固相变一样，服从总的相变规律，即以新相和母相之间的自由能差作为相变的驱动力。
大多数固态相变也符合相变的一般规律，包含形核和长大两个过程，而且驱动力也是靠过冷度来获得，过冷度对形核、生长机制及速率都会发生重要影响。
但固态相变的新相、母相均是固体，因此又有一系列不同于凝固（结晶）的特点。
? ? ? ? ? ?一. 新相和母相间存在不同的界面（相界面特殊）二.新相晶核与母相间的晶体学关系三.相变阻力大（应变能的产生）四.母相晶体缺陷的促进作用五.易出现过渡相（过渡相或中间亚稳相的形成）六. 原子迁移率低（3）固态相变驱动力来源于新相与母相的体积自由能的差ΔGV。
它随相变温度和相成分的改变而改变，一般相变驱动力随过冷度的增大而增大固态相变阻力来自新相与母相基体间形成界面所增加的界面能，以及两相体积差别所导致的弹性应变能，即弹性应变能和界面能之和构成了相变阻力。
材料科学基础第8章固态相变
第二节 固态相变的形核与长大
二 非均匀形核（能量条件） 2 非均匀形核的能力变化 △ G＝-V△Gv+S+ V-△GD △GD－晶体缺陷导致系统降低的能量。
第三节 固态相变的晶核长大
三 常见固态相变类型 相变名称
同素异构转变 多型性转变 脱溶转变 共析转变 包析转变 马氏体转变 贝氏体转变 调幅分解 有序化转变
相变特征
同一种元素通过形核与长大发生晶体结构的变化 合金中晶体结构的变化 过饱和固溶体脱溶分解出亚稳定或稳定的第二相 一个固相转变为两个结构不同的固相 两个不同结构的固相转变为一个新的固相，组织中一般 有某相残余 新旧相之间成分不变、切变进行、有严格位向关系、有 浮凸效应 兼具马氏体和扩散转变的特点，借助铁的切变和碳的扩 散进行 非形核转变，固溶体分解成结构相同但成分不同的两相 合金元素原子从无规则排列到有规则排列，担结构不变。
3.惯习现象
* 新相沿特定的晶向在母相特定晶面上形成。
惯习方向 （母相） 惯习面
原因：沿应变能最小的方向和界面能最低的界 面发展。
4 母相晶体缺陷促进相变
缺陷类型
点… 线… 晶格畸变、自由能高，促进形核及相变。 面…
5 易出现过渡相
* 固态相变阻力大，直接转变困难 协调性中间产物（过渡相） ＋Fe3C +(3Fe+C) 例 M +Fe3C
第二节 固态相变的形核与长大
三 晶核的长大
（3）相变动力学 f第三节 过饱和固溶体的分解
一 脱溶（时效）转变
1 概念：脱溶转变 2 脱溶转变过程 相的名称－形貌－尺寸－结构－点阵常数－共格关系 －强化作用 3 脱溶动力学
固态相变知识点整理 辽宁科技大学
第1章：奥氏体的形成1.金属固态相变的基础⑴热力学原理（自由能下降）：固体中有元素扩散、自由能最低原则、降低自由能的过程⑵动力学原理（时间和温度）：成份起伏，结构起伏，能量起伏→相变过程（形核、长大）发生相转变2.奥氏体的形成⑴热处理：通过加热、保温和冷却的方法，改变金属及合金的组织结构，使其获得所需要的性能的热加工工艺。
⑵奥氏体化：钢加热获得奥氏体的过程。
⑶奥氏体形成的热力学条件系统总的自由能变化ΔG：ΔG=-ΔG V+ΔG S+ΔGεΔGV——奥氏体与旧相体积自由能之差；ΔGS ——形成奥氏体时所增加的表面能；ΔGε——形成奥氏体时所增加的应变能ΔG<0，形成奥氏体。
⑷实际加热时临界点的变化加热：偏向高温，存在过热度；A C1，A C3，A CCm冷却：偏向低温，存在过冷度。
A r1，A r3，A rCm3.奥氏体的组织、结构⑴奥氏体的组织通常由多边形的等轴晶粒所组成，有时可观察到孪晶。
⑵奥氏体的结构①具有面心立方结构。
（奥氏体是C溶于γ-Fe中的固溶体。
合金钢中的奥氏体是C及合金元素溶于γ-Fe中的固溶体。
）②C是处于γ-Fe八面体的中心空隙处，即面心立方晶胞的中心或棱边的中点；③最大空隙的半径为0.052nm，与C原子半径（0.077 nm）比较接近。
C原子的存在，使奥氏体点阵常数增大④实际上奥氏体最大碳含量是2.11%（重量）4.奥氏体的性能⑴顺磁性。
用于相变点和残余奥氏体含量的测定等。
⑵比容最小。
也常利用这一性质借膨胀仪来测定奥氏体的转变情况。
⑶线膨胀系数最大。
利用奥氏体钢膨胀系数大的特性来做仪表元件。
⑷奥氏体的导热性能最差（除渗碳体外）。
奥氏体钢要慢速加热。
⑸奥氏体的塑性高，屈服强度低。
5.奥氏体的形成机制⑴奥氏体的形核①在铁素体与渗碳体的界面处依靠系统内的成分起伏、结构起伏和能量起伏形成。
②奥氏体形核于相界面处的原因：Ⅰ界面处碳浓度差大，有利于获得奥氏体晶核形成所需的碳浓度。
材科基考点强化(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。
例1：例题根据如图所示的析出物能够得到何种结论？例2：固态相变与液—固相变在形核、长大规律方面有何特点？分析这些特点对所形成的组织会产生什么影响？考点5：过渡相所谓过渡相是指成分或结构或两者都处于新旧相之间的一种亚稳态相。
材料物理化学-第九章 固态相变
湖南工学院
四、按动力学分类 若按动力学特征进行分类，固态相变中的扩散型相变可分为： (1)脱溶转变，这是由亚稳定的过饱和固溶体转变为一个稳定的或亚稳定的 脱溶物和一个更稳定的固溶体，可以表示为： 。 (2)共析转变，共析转变是指一个亚稳相由其它两个更稳定相的混合物所代 替，其反应可以表示为：
2
1 / T2ຫໍສະໝຸດ P 2 / T
2
P
； ；
2
1 / T P 2 / T P
2
（9－2）
上面一组式子也可以写成：
材料物理化学
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1 2 ； S 1 S 2 ；V 1 V 2 ； C P 1 C P 2 ； 1 2 ； 1
间的界面能。通常是以低指数的、原子密度大的匹配较好的晶面彼此平行，构成 确定位向关系的界面。通常，当相界面为共格或半共格时，新相与母相必定有位 向关系；如果没有确定的位向关系，则两相的界面肯定是非共格的。 (8)为了维持共格;新相往往在母相的一定晶面上开始形成。这也是降低界面 能的又一结果。 应特别指出，温度越低时，固态相变的上述特点越显著。 二、马氏体转变 马氏体(Martensite)是在钢淬火时得到的一种高硬度产物的名称， 马氏体转变 是固态相变的基本形式之一。在许多金属、固溶体和化合物中可观察到马氏体转 变。 一个晶体在外加应力的作用下通过晶体的一个分立体积的剪切作用以极迅速 的速率而进行的相变称为马氏体转变。这种转变在热力学和动力学上都有其特
材料物理化学
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1 2
1 / T P 1
2 / T
P
（9－1）
固态相变
1、SME是指一定形状的合金在某种条件下经任意的塑性变形，然后加热至该合金固有的某一临界点以上，又恢复其原来的形状。
2、使奥氏体转变为马氏体能力减低的一切现象，称为奥氏体的稳定化。
为了减少淬火至室温后钢中的AR量，可将其继续冷却至特征（无扩散性、切变共格）的转变过程统称为马氏体相变，其转变产物统称为马氏体。
4、马氏体往往在母相的一定晶面上开始形成，这一定的晶面即称为惯习面。
5、直线划痕在倾动面处改变方向，但仍保持连续，且不发生扭曲。说明马氏体与母相保持切变共格，惯习面未经宏观可测的应变和转动，即惯习面为不变平面。
6、发生马氏体相变时，虽发生了变形，但原来母相中的任一直线仍为直线，任一平面仍为平面，这种变形即为均匀切变。
造成均匀切变且惯习面为不变平面的应变即为不变平面应变。
7、板条马氏体 在低、中碳钢，马氏体时效钢中出现，形成温度较高。在中、高碳钢，高镍的Fe-Ni合金中出现，形成温度较低。，片状
8、脱溶沉淀现象定义：从过饱和固溶体中析出一个成分不同的新相或形成溶质原子富集的亚稳区的过程。
9、过饱和固溶体在一定温度下分解成结构相同、成分不同的两个相的过程。条幅分解。
固态相变复习总结
颗粒状和针状
4.平衡组织
通过缓慢冷却所得到的珠光体以及先共析铁素体与渗碳
体等组织
5.不平衡组织
通过较快的速度进行冷却时获得的组织；
如马氏体，贝氏体等
6.过热度：
转变温度与临界点 A1 之差（ΔT）
过热度越大，驱动力越大，转变速度越快。
7.奥氏体的形成是一个渗碳体的溶解，铁素体到奥氏体的
偏析
温度：远高于 Ac3，一 截面厚
为了节省能耗，一般在钢开坯后锻轧加热时，适当延长保
温时间
5）低温退火（消除应力退火）
目的：消除因冷加工或切削工以及热加工后快冷而引起的
残余应力，避免变形、开裂或随后处理的困难
温度： 碳钢、低合金钢 550－650°C
然后空气中自然冷却。获得细珠光体组织
目的：细化晶粒，使组织均匀化，改善铸件的组织和低碳
钢的切削加工性
可作为预备处理，为随后的热处理作准备
可作为最终热处理，用以改善板、管、带材的力学性能
正火与退火的性能比较
2）正火工艺的选择
（1） 正火温度
正火温度一般为 Ac3（或 Acm）＋ 30～50℃。如
4
果正火作为预先热处理，应采用上限温度，这样有利于组
得下贝氏体组织来改善钢的机械性能，并能减小淬火内应
力及变形、开裂倾向。
6.马氏体转变：
低温转变（淬火-主要的强化手段）
铁、碳原子均无扩散能力---无扩散型转变
转变机制-晶格改组
实质：碳在 a-Fe 中的过饱和固溶体。
组织形态：
片状马氏体（高碳钢）
板条状马氏体（低碳钢）
7.过冷 A 的 TTT 图：
过冷 A 分为三个温度区：
退火是钢的热处理工艺中应用最广，花样最多的一种工
固态相变总论
（2）非均匀形核的形核率及受扩散控制的长大速度随时间而变化，则 恒温转变时的相变动力学方程（Avrami方程）：
f ( ) 1 exp( B n )
固态相变
上面两个转变方程所描述的是在给定温度下的等温转变过程，据 此可以计算不同温度下的等温转变动力学曲线－TTT图
六、固态相变动力学
固态相变一般经历形核－长大过程
固态相变
固态相变速度决定于新相的形核率和长大速度
（1）设均匀形核的形核率及受点阵重构控制的长大速度在恒温转变时
均为常数，相变动力学方程（Johnson-Mehl方程）：
转变量
f ( ) 1 exp( KIu 3 4 / 4)
形核率
长大速率
K为形状系数， 当新相为球形时 K=4π/3
TIPS：过渡相从热力学来说不利，
但从动力学来说有力，也是减小相 变阻力的重要途径之一！！！
过渡相
过渡相
稳定相
固态相变
3. 固态相变的三种基本变化：
①晶体结构的变化
纯铁的同素异构转变
1538℃, bcc的δ－Fe
②化学成分的变化 ③有序程度的变化
1394℃,fcc的γ－Fe
912℃, bcc的α－Fe
当新/母相成分不同时，新相界面的推移除了需要上述的界面最邻近的原 子过程外，还可能要涉及原子的长程扩散过程。因而长大过程可能受界面 过程控制或受扩散过程控制，也可能同时受界面过程和扩散过程控制。
晶核长大的控制因素依相变温度和扩散速率而定： （1）相变温度较高时，原子扩散速率较快，但过冷度和相变驱动力较小，晶核长大 速率的控制因素是相变驱动力； （2）相变温度较低时，过冷度和相变驱动力较大，原子的扩散速率将成为晶核长大 的控制因素。
固态相变知识点总结
固态相变知识点总结相变是物质在温度、压强或其他外部条件改变时，从一种物态转变为另一种物态的现象。
固态相变是指物质从固态状态转变到其他固态状态的过程，通常包括晶体-晶体相变和晶体-非晶相变，以及液晶-固体相变等。
固态相变是材料科学和固态物理领域的重要研究课题，掌握固态相变的基本原理和规律对于材料设计、制备和性能改进具有重要意义。
本文将从固态相变的基本概念、分类和特征等方面进行总结，并通过实例来说明固态相变的重要意义和应用。
一、固态相变的基本概念1. 固态相变是指物质在固态状态下由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的过程。
固态相变是晶体学和固态物理学的重要研究课题，可以帮助我们深入了解物质的内部结构和性质。
2. 固态相变的基本特征包括晶格结构的改变、原子位置的重新排列、晶体的晶界和缺陷等。
固态相变通常伴随着能量的吸收或释放，使得固态物质的性能和特性发生变化。
3. 固态相变的驱动力包括温度、压强、外界场等，这些外部条件的改变可以引起晶体结构和性质的改变，从而产生相变现象。
4. 固态相变可以分为等温相变和非等温相变两种类型。
等温相变指的是在恒定温度下发生的相变过程，例如固态合金的热处理过程；非等温相变指的是在变化温度下发生的相变过程，例如冰的熔化过程。
二、固态相变的分类根据相变过程中晶体结构的改变和外部条件的影响，固态相变可以分为以下几种类型：1. 晶体-晶体相变：指的是物质在固态状态下由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的过程。
晶体-晶体相变通常伴随着晶粒形状、大小和取向的变化，对材料的组织结构和性能产生重要影响。
2. 晶体-非晶相变：指的是物质在固态状态下由晶体结构转变为非晶结构的过程。
晶体-非晶相变可以发生在非晶态金属、非晶态合金和非晶态陶瓷等材料中，对于提高材料的强度、硬度和耐腐蚀性具有重要意义。
3. 液晶-固体相变：指的是液晶分子在固态基体中发生有序排列的过程。
液晶-固体相变广泛应用于液晶显示器、液晶材料和光学器件等领域。
固态相变复习
第一章：固态相变一般规律钢中的临界点（记住这些临界点的物理意义）◆A1、A2、A3、A4、Acm◆Ac1、Ac3、Accm◆Ar1、Ar3、Arcm第二章：奥氏体形成一、奥氏体的形成可以分为四个阶段：①奥氏体形核；②晶核向铁素体和渗碳体两个方向长大；③剩余碳化物溶解；④奥氏体成分均匀化。
二、影响奥氏体晶粒大小的因素三、什么是奥氏体的起始晶粒度，本质晶粒度和实际晶粒度，各有何意义？第三章、珠光体转变一、珠光体的形态有几种，片状珠光体分哪几种，性能各有何特点？二、什么是粒状珠光体，如何才能获得粒状珠光体？粒状珠光体和片状珠光体性能有何不同？三、什么是TTT图，在TTT图上都存在什么类型的固态相变？TTT图为什么呈现出C形状？四、影响C曲线的因素说什么？五、什么是CCT图，有何应用？什么是上临界冷速，什么是下临界冷速？有何意义？第四章、马氏体转变一、什么是钢种的马氏体？马氏体的相变的特征有哪些？二、掌握不同含碳量马氏体的形态特征，亚结构，惯习面和晶体结构。
三、马氏体组织为什么硬而脆？如何才能使用？四、根据CCT图会分析在不同的冷速下获得什么组织？第五章、贝氏体转变一、什么是贝氏体？贝氏体转变有何特征？二、掌握不同温度形成的贝氏体的形貌、亚结构及性能特点？第六章、马氏体的回火转变一、马氏体为什么要回火？马氏体的回火都包括那些内容？二、掌握不同含碳量的碳钢马氏体回火在不同温度下碳化物的析出贯序三、合金钢马氏体碳化物的析出贯序（以v、W、Mo、Cr为例）四、回火过程中基体α相有何变化？五、什么是二次淬火，什么叫二次硬化？研究他们有何意义？六、掌握不同回火温度形成的回火组织，组成及性能特点。
9-1固态相变总论
r θ
Aα = πR 2 = π (r sin θ ) 2 = πr 2 (1 − cos 2 θ )
①晶界形核
如果原子的体积为Vp 那么形成β晶核需要的原子数量n=Vβ/Vp, 如果忽略新旧两相之间界面的应变能，那么 形成新相β时，系统的自由能变化为： σαα
Vβ 3 ∆G = n ⋅ ∆Gv + η ⋅ n σ = ∆Gv + ( Aβ σ αβ − Aα σ αα ) VP
与均匀形核相比，自由能多了一项-n’ΔGd，导致△G更 负，形核的阻力减小。
①晶界形核
晶界形核受界面能和晶界形状等因素的影响，新相晶核 在界面、界棱、界隅处形核可有不同的几何形状。 下图是在非共格情况下，三种不同位置上形成晶核的可 能形状： α
α β α 晶界面形核
α β α
晶界线处形核
α
β α
晶界隅处形核
2
2R σαβ θ β α α
将Vβ、Aβ 、Aα的表达式代入上式，得到： 2 3 ∆Gv 2 ∆G = [2πr σ αβ + πr ](2 − 3 cos θ + cos3 θ ) 3 Vp 2σ V 对△GV求偏导，可求得临界晶核半径： r * = − αβ P 临界形核功为：
∆Gv
2 8π σ αβ VP ∆G * = (2 − 3 cos θ + cos 3 θ ) 3 ∆Gv2
固态相变的阻力来源于： ①形成新旧两相的相界面，产生界面能，导致能量的上 升； ②由于新旧两相的密度不同，旧相转化为新相时，会引 起体积的变化，而旧相会约束新相的自由膨胀或者收 缩 ③新旧两相界面处原子的不匹配，会产生弹性应变能。 ④同种材料而言，固态相变时原子扩散更为困难。
（2）容易产生惯析现象
6.1固态相变资料
相界
a D
共格相界
a 半共格相界
非共格相界
• 半共格相界上位错间距取决于相界处两相匹配晶面的错 配度。
界面能
在三种相界面中，由于界面结构不同，界面性质也存在 很大差异，从而影响固态相变的形核与生长过程。
（1）共格界面的原子匹配性最好，界面能最低；
化，原子以切变和转动的方式，即相对周围原子发生有规律的少 量的偏移，基本维持原来的相邻关系，而发生晶体结构的改变。
新旧相的界面是共格的，转变前后两相的化学成分不变，两 相的位向关系不变。 马氏体相变就是属于非扩散型相变。 3）过渡型相变：
介于二者之间的，具有扩散型和非扩散型的综合特征的中间 转变称为过渡型。
（a）完全共格 （b）伸缩型半共格 （c）切变形半共格 （d）非共格
（2）共格界面
②半共格界面：若两相邻晶体在相界面处的晶面间距 相差较大，则在相界面上不可能做到完全的一一对应，于是在 界面上将产生一些位错，以降低界面的弹性应变能，这时界面 上两相原子部分地保持匹配，这样的界面称为半共格界面或部 分共格界面。
（2）共格界面
固态相变时，界面为相界面。如果界面上两相原子排列匹配得 越好，界面的能力就会越低。特别是在形核阶段最易出现匹配关系 很好的界面。根本原因就是有利于相变阻力的降低。
①共格界面： 所谓“共格”是指界面上的原子同时位于两相晶格的结点上， 即两相的晶格是彼此衔接的，界面上的原子为两者共有。但是理想 的完全共格界面，只有在孪晶界，且孪晶界即为孪晶面时才可能存 在。 只有两相的晶体结构和晶格常数，特别是在界面上两相的晶体 结构和晶格常数非常接近的时候，才能形成完全共格界面。
➢ 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 （包括原子、离子或电子的位置或位向）或不同组织形态或不同性 质的相，称为相变。
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固态相变By Dong大魔王固态相变：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：①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。
②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：①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：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；新相和母相得成分往往不同；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。
②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：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；相变不需要通过扩散，新相和母相的化学成分相同；新相和母相之间存在一定的晶体学位向关系；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。
试述金属固态相变的主要特征①相界面：金属固态相变时，新相和母相的界面分为两种。
②位相关系：两相界面为共格或半共格时新相和母相之间必然有一定位相关系，两项之间没有位相关系则为非共格界面。
③惯习面：新相往往在母相一定晶面上形成，这个晶面称为惯习面。
④应变能：圆盘型粒子所导致的应变能最小，其次是针状，球状最大。
固态相变阻力包括界面能和应变能。
⑤晶体缺陷的影响：新相往往在缺陷处优先成核。
原子的扩散：收扩散控制的固态相变可以产生很大程度的过冷。
无扩散型的相变形成亚稳定的过度相。
⑥过度相的形成：固态相变的过程往往先形成亚稳相以减少表面能，因而常形成过度点阵。
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。
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。
在晶体缺陷区域形核原因：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。
为什么固态相变中出现过渡相?晶体缺陷对固态相变形核有什么影响？①当稳定的新相与母相的晶体结构差异较大时，母相往往不直接转变为自由能最低的稳定新相，而是先形成晶体结构或成分与母相比较接近，自由能比母相稍低些的亚稳定的过渡相。
此时，过渡相往往具有界面能较低的共格界面或半共格界面，以降低形核功，使形核容易进行。
②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，原子扩散中，从能量的观点来看，均匀形核的形核功最大，空位形核次之，位错形核更次之，晶界非均匀形核的形核功最小。
为什么新相形成的时候，常常呈薄片状或针状？如果新相呈球状，新相与母相之间是否存在位相关系？①属固态相变时，因新相与母相恶比容不同，可能发生体积变化，但由于受到周围母相的约束，新相不能自由膨胀产生弹性应变能。
而片状或针状的弹性应变能最小，所以新相形成时常常呈片状或针状②存在位相关系。
许多情况下，金属固态相变时，新相与母相之间往往存在一定的位相关系，且新相呈球状时与母相的弹性应变能最大，是由新、母相的比容不同或两相界面共格或半共格关系造成的，所以必然存在一定的位相关系。
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或者台阶机制。
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：①新相形成时无成分变化，只有原子的近程扩散；②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分别成为抑制先共析铁素体或先共析碳化物析出以及抑制珠光体或贝氏体转变的临界冷却速度。
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。
（凡是使CCT曲线右移的各种因素，都将降低临界淬火速度，提高形成马氏体的能力，容易获得完全的马氏体）组织奥氏体化：为了使钢件经热处理后获得所需要的组织和性能，大多数热处理工艺都需要将钢件加热至相变临界点以上，形成奥氏体组织，称之为奥氏体化。
完全奥氏体化温度在Acm以上，不完全在A1以上Acm以下。
奥氏体的组织（各相大小形状）和结构（原子排列）：奥氏体的组织通常是等轴状的多边形晶粒所组成，晶内常可出现相变孪晶。
碳原子在奥氏体点阵中处于由Fe原子所组成的八面体中心间隙位置，即面心立方晶胞的中心或棱边中点。
C原子呈统计性均匀分布，存在浓度起伏，C原子的存在，使奥氏体点阵发生等称膨胀，因而点阵常数随碳含量升高而增大。
奥氏体的性能：①奥氏体的硬度和屈服强度均不高②因面心立方点阵滑移系较多，奥氏体的塑性很好，易于变形，即加工成型性好③面心立方点阵是一种最密排的点阵结构，致密度高，故其比容最小④因其自扩散激活能小，扩散系数小，所以热强性好⑤奥氏体具有顺磁性，而转变产物均为铁磁性⑥奥氏体的线膨胀系数大⑦导热性差（故加热速度不能过快，以免因热应力过大而引起工件变形。
奥氏体的形成过程可以分为四个阶段①奥氏体形核：由于浓度起伏，在平均碳浓度很低的铁素体中，存在着高碳微区，其碳浓度可能达到该温度下奥氏体能够稳定存在的成分（由GS线决定）。
如果这些高碳微区因结构起伏和能量起伏而具有面心立方点阵结构和足够高的能量时，就有可能转变成该温度下稳定存在的奥氏体临界晶核。
但是，这些晶核要保持下来并进一步长大，必须要有碳原子继续不断的供应②奥氏体晶核向铁素体及渗碳体两个方向长大：当奥氏体在铁素体和渗碳体两相界面上形核后，便形成了γ/α和γ/Fe3C两个新的相界面。
奥氏体的长大过程即为这两个相界面向原来的铁素体和渗碳体中推移的过程；同时在铁素体中也进行着碳的扩散。
③剩余碳化物的溶解：在奥氏体晶体长大过程中，由于γ/Fe3C相界面出的碳浓度差远远大于γ/α相界面处的碳浓度差，所以只需溶解一小部分渗碳体就可以使其相界面处的奥氏体达到饱和，而必须溶解大量的铁素体才能使其相界面处奥氏体的碳浓度趋于平衡。
所以，长大中的奥氏体溶解铁素体的速度始终大于溶解渗碳体的速度，故在共析钢中总是铁素体先消失，有剩余渗碳体残留下来。
关于渗碳体溶入奥氏体中的机制，一般认为是通过渗碳体中的碳原子向γ中扩散和铁原子向贫碳渗碳体扩散，以及渗碳体向γ晶体点阵改组来完成的。
④奥氏体的均匀化：在铁素体全部转变为奥氏体，且残留Fe3C全部溶解之后，碳在奥氏体中的分布仍然是不均匀的。
原来为渗碳体的区域浓度较高，而原来为铁素体的区域碳浓度较低。
而且，这种碳浓度的不均匀性随加热速度增大而愈加严重。
因此，只有继续加热或保温，借助于碳原子的扩散，才能使整个奥氏体中碳的分布趋于均匀。
奥氏体的晶粒度有三种：①起始晶粒度：在临界温度以上，奥氏体形成刚刚完成，其晶粒边界刚刚接触时的晶粒大小②实际晶粒度：在某一加热条件下所得到的实际奥氏体晶粒的大小。
③本质晶粒度：在930+-10℃下保温足够时间后测得的奥氏体晶粒大小。
本质晶粒度只表示钢在一定条件下奥氏体晶粒长大的倾向性。
影响奥氏体形成速度的因素：①加热温度的影响，即加热温度越高，奥氏体形成速度就越快，而且随着奥氏体形成温度的提高，奥氏体的起始晶粒细化，同时，相变的不平衡程度增大，在铁素体相消失的瞬间，剩余渗碳体量增多，因而奥氏体基体的平均含碳量降低。
②碳含量的影响，钢中碳含量越高，奥氏体形成速度就越快。
但是，在过共析钢中由于碳化物数量过多，随碳含量增加会引起剩余碳化物溶解和奥氏体均匀化的时间延长。
③原始组织的影响，在钢的成分相同的情况下，原始组织中碳化物的分散度越大，则相界面就越多，形核率也就越大，刚的原始组织也越细，奥氏体的形成速度就越快。
原始组织中碳化物的形状对奥氏体的形成速度也有一定的影响。
与粒状珠光体相比，由于片状珠光体的相界面较大，渗碳体呈薄片状，易于溶解，所以加热时奥氏体容易形成。
④合金元素的影响，强碳化物形成元素降低碳在奥氏体中的扩散系数，并形成特殊碳化物且不易溶解，所以显著减慢奥氏体的形成速度。
非碳化物则加速奥氏体的形成速度。
另外加入合金元素可能会改变相变临界点的位置，即改变过热度，从而影响奥氏体的形成速度。
钢中加入合金元素还可影响珠光体片层间距和碳在奥氏体中的溶解度，从而影响相界面浓度差和奥氏体中的浓度梯度以及形核功等，从而影响奥氏体的形成速度。
钢在连续加热时珠光体奥氏体转变有何特点？在一定的加热速度范围内，相变临界点随加热速度增大而升高；相变是在一个温度范围内完成的；奥氏体起始金粒度大小随加热速度增大而细化；钢中原始组织的不均匀使连续加热时的奥氏体化温度升高；奥氏体成分的不均匀性随加热速度增大而增大；奥氏体的形成速度随加热速度的增大而增大，加热速度越快，奥氏体转变温度范围就越大。