大连理工大学固态相变原理本科生-研究生总复习参考
材料热处理 固态相变 相变基础课程复习题纲
“固态相变”课程复习提纲一、铁碳相图1、Fe－Fe3C相图，A1、A3、Acm线，下标c和r的含义。
2、纯铁加热时晶体结构的变化和膨胀特性。
3、各临界点的温度和碳含量。
4、应用杠杆定律计算各相含量。
二、奥氏体的形成1、奥氏体、铁素体和马氏体的结构和比容大小。
2、奥氏体晶核的形成和长大机制。
共析钢奥氏体形成时各相C浓度的分布。
为何奥氏体化时共析钢中的铁素体总是先消失（有残留碳化物）？3、奥氏体的成核率随过热度变化的规律与金属凝固时成核率随过冷度变化的规律有何不同？为何加热速度越快所形成奥氏体的成分越不均匀？4、温度、碳含量和原始组织如何影响奥氏体的形核和长大？5、奥氏体的三种晶粒度。
影响奥氏体晶粒度的因素有哪些？为何要细化奥氏体？三、珠光体转变1、片状珠光体的形成机理及C的扩散机制。
2、珠光体、索氏体和屈氏体的概念。
为何冷速越大，珠光体片层越薄？3、成核率N、长大速度G 与转变温度的关系。
4、影响珠光体转变的主要合金元素有哪些，起何作用？5、影响珠光体机械性能的主要因素（珠光体团尺寸、片层厚度）和机制及提高性能可采取的措施。
四、马氏体转变1、马氏体的晶体结构和转变的主要特点。
2、马氏体形成热力学：T0，M s，M f，A s，M d，A d等概念。
为何钢的马氏体转变有很大的热滞后（过冷度）？3、板条马氏体和片状马氏体的形态、亚结构和性能（强度、塑性）特点。
C含量对马氏体形态、M s点和γR的影响。
为何C含量越高M s点越低、室温下γR 越多？4、如何根据奥氏体和马氏体的物理性能特点，测定奥氏体转变为马氏体的过程。
5、形状记忆合金的特点和应用。
五、贝氏体转变1、上贝氏体和下贝氏体的形成温度范围、组织形态和性能特点。
2、为何说贝氏体转变兼有珠光体和马氏体转变的特点？恩金贝氏体相变假说。
3、上、下贝氏体中铁素体的含C量特点；与珠光体中的铁素体有何不同？4、影响贝氏体力学性能的主要因素及机理。
六、过冷奥氏体转变1、TTT曲线和CCT曲线的含义。
大连理工大学固态相变原理本科生-研究生总复习参考
材料性能的决定因素
固 态 相 变 原 理 与 应 用
材料的性能由内因和外因共同决 定，外因是变化的条件，内因是 变化的依据，外因通过内因而起 作用。
外因：材料所处的外部环境； 内因：材料内部的结构。
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（1）组成物质的化学键
固 态 相 变 原 理 与 应 用
（2）组成物质最基本的独立单元（组 元）及其排列和运动方式；
固 态 相 变 原 理 与 应 用
上贝氏体：显微组织特点，组织示意图
大致平行、碳含量接近平衡或稍微过饱和 的板条铁素体为主体，板条间分布短棒状 或短片状（不连续）渗碳体。
下贝氏体：显微组织特点，组织示意图
铁素体呈黑色针状或片状 ，细片或粒状碳化 物，一般与铁素体片的长轴成55~60º 的角。
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固 态 相 变 原 理 与 应 用
上贝氏体，下贝氏体，等温淬火； 二次硬化，二次淬火，自回火，回 火脆（第一类，第二类），抗回火 性；淬火，回火，退火（球化退 火），正火，淬透性，淬硬性，调 质；脱溶沉淀，（自然，人工）时 效，时效硬化，调幅分解。
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二、需掌握的要点
升温时，相变速度随温度单调增加。
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相变动力学曲线绘制原理
固 态 相 变 原 理 与 应 用
新相转变体积分数与时间的关系曲线呈
“S”形；
相变过程包括：晶体结构、化学成分和某种
物理性质的跃变。通过各种现代分析测试手
段，很容易确定上述变化是什么时候开始，
进行到什么程度，以及什么时候结束。从而
固 态 相 变 原 理 与 应 用
无碳化物贝氏体：大致平行的铁素 体条，条间或条内无碳化物。但条 间存在富碳的残余奥氏体或其转变 产物。 粒状贝氏体：铁素体呈不规则块状， 块内分布不连续的粒状物（岛状）， 岛状物为富碳的过冷奥氏体或其全 部或部分分解物。
大工固态相变
固态相变1固态相变的特点与分类1.固态相变的特点(1)相变阻力大(界面能增加,额外弹性应变能:比体积差;扩散困难),导致固态相变难(2) 新相晶核与母相之间存在一定的晶体学位向关系新相的某一晶面和晶向分别与母相的某一晶面、晶向平行.界面类型:共格、半共格、非共格（3）惯习现象新相沿特定的晶向在母相特定晶面上形成。
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晶格畸变、自由能高，促进形核及相变。
(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）2.固态相变的分类（1）按相变过程中原子迁移情况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。
）（2）按相变的方式分类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，以成分起伏作为开端，新旧相间无明显界面，如调幅分解。
（3）按热力学函数变化分类1）一级相变：相变时两相的化学位相等，而化学位对温度及压力的一阶偏微分（－S,V）不等的相变。
伴随潜热的释放和体积的改变。
如蒸发、升华、熔化以及大多数固态晶型转变属于此类。
2）二级相变：相变时两相的化学位相等，化学位的一阶偏微分也相等，但二阶偏微分不相等的相变。
没有相变潜热和体积改变，有比容、压缩系数、膨胀系数变化，如磁性转变、有序－无序转变、超导转变等属于此类。
2成分保持不变的相变8.2.1多型性转变（同素异构转变）定义：大约有20多种金属以及许多中间相都具有从单一相结构到另一种单相结构的多形性转变。
转变前后无变化，是所有相当中最简单的一种。
特点：1）多形性转变是通过形核、长大方式进行的，新相优先在过冷或过热母相的晶界等缺陷出形核。
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。
大连理工材料科学基础真题
以下是我手头有的一些大连理工材料学院材料科学基础的历年真题的一些资料，希望对考大连理工大学材料学院的学弟学妹们有所帮助。
我是2012年考大工的，专业课考了143，自我感觉考得不错，分享一下我复习专业课的一些经验和教训吧。
我考的是材料科学基础和固态相变原理，但在复习过程中，我只看了材基，（应为前几年固态相变的几乎不考，所以没看）但我看了我们本科学的金属学及热处理里的热处理部分，结果12年考试考了不少固态相变的内容，很大一部分人就吃这个亏了，希望大家应以为鉴。
还有一点特别重要，不要把历年考研真题看得太重要，34所自主招生的学校他们出题每年只是大致考点差不多，考过的题不会重复考的，真题及各种找来的资料只是你更好理解课本的一种辅助方式；我的方式是把每年真题抄一本上，自己翻书找答案，把答案在抄一遍，时不时的拿出来背背（我们学到的东西，只有记住了才能内化为我们自己的理解），我之所以专业课考得不错，也得益于此，课本内容几乎都抄过、背过，不要再浪费时间找什么大纲，内部资料什么的，基本没用，不如把时间腾出来，多看看课本。
题型每年都在变，考点也有所变动，但万变不离其宗，只要把握了课本，理解到位，什么题型也逃不过你的火眼金睛的。
祝学弟学妹们好运！2006年大连理工大学考试试题材料科学基础一、名词及简答晶体结构部分：空间点阵、晶体、晶包、晶体结构及空间点阵区别、配位数、致密度、固溶体晶体缺陷部分：点缺陷、位错及其特征、滑移、单位位错、全位错、不全位错、位错反应、孪晶扩散部分：菲克第一二定律，反应扩散变形和再结晶部分：应力应变曲线、滑移系（线）、取向因子、显微组织、择优取向、形变织构、回复、再结晶相图部分：相率、结构起伏、形核、过冷度、相、枝晶偏析、伪共晶、离异共晶、二简答及计算致密度的计算、晶包中的原子数、晶体结构的三维表示及计算、柏氏矢量、位错反应的计算及判断、菲克第一二定律描述及证明、扩散必有一道计算、派-纳力、霍尔-佩奇公式应用、（非）均匀形核时晶胚自由能变化的计算、临界晶核半径的计算、铁碳相图计算及绘画、凝固过程组织变化示意图注：画框的为06年考试的考点，其余也为需要掌握的重点内容，仍要认真准备。
1-固态相变的基本原理(研究生)
dVex IVd
∴不同时间内形核的β相在时间t的转变总体积：
Vex
t 0
dVex
40
V e x4 3Iu3 V0 tt d 3IV u3 t4
V
ex
为扩张体积，重复计算
①已转变的体积不能再成核 ②新相长大到相互接触时，不能继续长大
为 了 校 正 V e x与 V 的 偏 差
Vex V
（真正的转变体积）
要随界面移动，位错要攀移 台阶侧向移动，位错可滑移
台阶长大机制
34
35
（2）非共格界面的迁移
36
（3）协同型长大机制
无扩散型相变，原子通过切变方式协同运动，相邻 原子的相对位置不变 如马氏体相变，会发生外形变化，出现表面浮凸 新相和母相间有一定的位向关系
马氏体相变表面浮凸
37
§4 固态相变动力学
研究内容：新相形成量(体积分数)与时间、温度关系 相关因素：形核速率、长大速率、新相形状 动力学方程
（1）Johnson-Mehl方程 （2）Avrami方程
38
（1）Johnson-Mehl方程（推导自学）
当形核率和长大速度恒定时，恒温转变 动力学
f 1 exp V 3N 4
3
f 新相形成的体积分数
{110}α// {111}γ <111>α// <110>γ
7
8
4、晶体缺陷的影响
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，对固态相变起明显的促进作用。
5、过渡相（亚稳相）的形成
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）。 亚稳相有向平衡相转变的倾向，但在室温下转变速度很慢。
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(仅供参考)
选择题1 根据扩散观点,奥氏体晶核的形成必须依靠系统内的 BA相起伏、浓度起伏、结构起伏;B能量起伏、浓度起伏、结构起伏;C能量起伏、价键起伏、相起伏;D能量起伏、价健起伏、结构起伏2 连续冷却转变曲线CCT曲线都处于同种材料等温转变TTT曲线的 BA左上方;B右下方;C右上方;D左下方3 消除网状碳化物的方法有 AA淬火和正火;B淬火和回火;C球化退火和正火;D正火和回火4 在A1温度以下发生P转变，奥氏体与铁素体相界面上的碳浓度 A 奥氏体与渗碳体界面上碳浓度从而引起了奥氏体的碳的扩散。
A低于; B小于等于; C等于; D高于5 关于马氏体相变的特点,下列哪项的说法是错误的 AA马氏体转变有孕育期(等温马氏体除外);B马氏体可以发生可逆性转变;C表面浮突和界面共格;D马氏体转变有转变开始和终了温度6 针状马氏体的亚结构主要是 AA孪晶;B空位;C孪晶和位错;D位错7 在贝氏体形成过程中通常 B 是领先相A渗碳体;B铁素体;C奥氏体;D渗碳体和铁素体8 对于某些尺寸较大而采用表面淬火的工件,或者有特殊要求的工件如凿子、扁铲等,可以利用淬火冷却后的余热进行回火,这种方法叫做 DA局部回火;B带温回火;C电热回火;D自回火9 淬火钢在回火时的力学性能是如何变化的? CA强度硬度下降,塑性韧性也下降;B强度硬度提高,塑性韧性下降;C强度硬度下降,塑性韧性提高;D强度硬度提高,塑性韧性也提高10超过极大值后硬度下降称为 BA温时效;B过时效;C冷时效;D自然时效判断题1·一般情况下,在体积相同时,新相呈球状体积应变能最小。
（×）2·1-4级为本质细晶粒钢,5~8级为本质粗晶粒钢。
(×)3·奥氏体晶粒长大在一定条件下是一个自发过程。
(√)4·奥氏体实际晶粒度是在某一热处理加热条件下得到的晶粒尺寸。
(√) 5·在钢的各种组织中,奥氏体的比容最小。
大连理工大学固体物理学精简复习资料PPT课件
1.三斜晶系: a b c, 简单三斜(1)
abc
2.单斜晶系: 900
简单单斜(2) 底心单斜(3)
3.三角晶系: a b c
900 < 1200
三角(4)
4.正交晶系: a b c
900
K
V
dP dV
V0
d 2U dV 2
V0
体积压缩模量的物理意义：产生单位相对体积压缩所需 的外加压强。
晶体体积： V N r3 为体积因子，只与结构有关
三、离子晶体的互作用能
U
r
Nq2 40r
B rn
j
l j0 j
为Madelung const. ，只与结构有关
Madelung const.的求法：中性组合法
四、分子晶体的互作用能
ur
4
r
12
r
6
—— Lennard－Jones势
晶体互作用能
U
r
2N
A12
r
12
A6
r
6
A12和A6只与晶体结构有关
2
胞包含2个格点。
a
a2 i j k
a1
a2 aj
a3
ai
2
a3 a i j k 2
Ω a1 a2 a3 1 a3 2
典型的晶体结构
大连理工大学 固态相变原理 第十二章 钢中的回火转变2
相
变 度回火时仍可以保持α相具有一定饱和碳浓
原
理 度和细小碳化物，从而保持高的硬度和强度。 与 合金元素这种阻碍α相中碳含量降低和碳
应
用 化物颗粒长大而使钢件保持高硬度、高强度
的性质称为合金元素提高了钢的回火抗力或
相
变 所以在α′晶内析出的ε-碳化物薄片在空间也
原 是互相垂直的，而在试样平面上则以—定
理
与 角度交叉分布。用高分辨率电镜观察可知，
应 用
ε-碳化物薄片是由许多5nm左右的颗粒所组
成。
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回火温度高于250℃时，ε-碳化物将转变为
固 较稳定的χ-碳化物，具有复杂斜方点阵，其
态
相 组成为Fe5C2，可用χ-Fe5C2表示。
原 理
此外，还将沿板条马氏体条界析出薄片状
与 θ-碳化物。已经析出的碳化物将有一定程度
应
用 的长大。
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进一步提高回火温度，板条界上的θ-碳化物
固 薄片在长大的同时将发生破碎而成为短粗针
态
相 状碳化物。
变 随板条界间碳化物的长大，板条内的细针状
原
理 及细颗粒状碳化物将重新溶入α相中。回火温
固
态 合金钢中的马氏体分解过程与碳钢基本相
相
变 似，但其分解速度有明显差别。
原 理
实验证明，在马氏体分解阶段，尤其是在马
与 氏体分解的后期阶段，合金元素的影响十分
应
用 显著。合金元素影响马氏体分解的原因和规
律大致可归纳如下。
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在马氏体分解阶段, 合金元素的作用主
【固态相变 大连理工】第五章 珠光体转变
此外，已形成的珠光体，其中铁素体的碳浓度在奥氏体界面处为Cα/γ， 在渗碳体界面处为Cα/ cem，也形成碳的浓度差（Cα/γ-Cα/ cem），所以在铁素 体中也要产生碳的扩散。这些扩散都促使珠光体中的渗碳体和铁素体不断长大， 即促进了过冷奥氏体向珠光体的转变。过冷奥氏体转变为珠光体时，晶体点阵 重构是由部分Fe原子的自扩散完成的。
由于珠光体是由铁素体和渗碳体两相所组成的，因此就有领先相的问题。 珠光体转变时的晶核究竟是铁素体还是渗碳体，很难通过实验直接验证，所以 目前尚无定论。
许多研究证实，珠光体形成时的领先相随相变发生的温度和奥氏体成 分的不同而异。
过冷度小时渗碳体是领先相，过冷度大时铁素体是领先相； 在亚共析钢中铁素体是领先相，在过共析钢中渗碳体是领先相； 在共析钢中两者为领先相的几率相同。
对组织为片状珠光体的钢进行塑性变形，将增大珠光体中铁素体 和渗碳体的位错密度和亚晶界数量，有促进渗碳体球状化的作用。
各种退火加热温度范围
使片状渗碳体球状化， 获得球状珠光体的热处理工 艺称为球化退火。
2.3 亚（过）共析钢的珠光体转变
亚（过）共析钢的珠光体转变基本上与共析钢的珠光体转变相似，但需要考虑 伪共析转变、先共析铁素体析出和先共析渗碳体析出等问题。
片状珠光体形成时碳的扩散示意图
碳在奥氏体中扩散的结果，导致铁素体前沿奥氏体的碳浓度Cγ/α降低，渗 碳体前沿奥氏体的碳浓度Cγ/cem增高，破坏了T1温度下奥氏体与铁素体及渗碳 体界面碳浓度的平衡。为维持这一平衡，铁素体前沿的奥氏体必须析出铁素体， 使其碳浓度增高恢复至平衡浓度Cγ/α；渗碳体前沿的奥氏体必须析出渗碳体， 使其碳浓度降低恢复至平衡浓度Cγ/cem。这样，珠光体便纵向长大，直至过冷 奥氏体全部转变为珠光体为止。
固态相变题库及答案
固态相变课程复习思考题2012-5-171.说明金属固态相变的主要分类及其形式2.说明金属固态相变的主要特点3.说明金属固态相变的热力学条件与作用4.说明金属固态相变的晶核长大条件和机制5.说明奥氏体的组织特征和性能6.说明奥氏体的形成机制7.简要说明珠光体的组织特征8.简要说明珠光体的转变体制9.简要说明珠光体转变产物的机械性能10.简要说明马氏体相变的主要特点11.简要说明马氏体相变的形核理论和切边模型12.说明马氏体的机械性能，例如硬度、强度和韧性13.简要说明贝氏体的基本特征和组织形态14.说明恩金贝氏体相变假说15.说明钢中贝氏体的机械性能16.说明钢中贝氏体的组织形态17.分析合金脱溶过程和脱溶物的结构18.分析合金脱溶后的显微组织19.说明合金脱溶时效的性能变化20.说明合金的调幅分解的结构、组织和性能21.试计算碳含量为2.11%（质量分数）奥氏体中，平均几个晶胞有一个碳原子？22.影响珠光体片间距的因素有哪些？23.试述影响珠光体转变力学的因素。
24.试述珠光体转变为什么不能存在领先相25.过冷奥氏体在什么条件下形成片状珠光体，什么条件下形成粒状珠光体26.试述马氏体相变的主要特征及马氏体相变的判据27.试述贝氏体转变与马氏体相变的异同点28.试述贝氏体转变的动力学特点29.试述贝氏体的形核特点30.熟悉如下概念：时效、脱溶、连续脱溶、不连续脱溶。
31.试述Al-Cu合金的时效过程，写出析出贯序32.试述脱溶过程出现过渡相的原因33.掌握如下基本概念：固态相变、平衡转变、共析相变、平衡脱溶、扩散性相变、无扩散型相变、均匀形核、形核率1.说明金属固态相变的主要分类及其形式？（1）按热力学分类：①一级相变②二级相变（2）按平衡状态图分类：①平衡相变㈠同素异构转变和多形性转变㈡平衡脱溶沉淀㈢共析相变㈣调幅分解㈤有序化转变②非平衡相变㈠伪共析相变。
㈡马氏体相变。
㈢贝氏体相变。
㈣非平衡脱溶沉淀。
相变原理(复习题)
相变原理复习习题第一章固态相变概论相变：指在外界条件(如温度、压力等)发生变化时，体系发生的从一相到另一相的变化过程。
固态相变：金属或陶瓷等固态材料在温度和/或压力改变时，其内部组织或结构会发生变化，即发生从一种相状态到另一种相状态的改变。
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。
一级相变：相变前后若两相的自由能相等，但自由能的一级偏微商（一阶导数）不等的相变。
特征：相变时：体积V，熵S，热焓H发生突变，即为不连续变化。
晶体的熔化、升华，液体的凝固、气化，气体的凝聚，晶体中大多数晶型转变等。
二级相变：相变时两相的自由能及一级偏微商相等，二级偏微商不等。
特征：在临界点处，这时两相的化学位、熵S和体积V相同；但等压热容量Cp、等温压缩系数β、等压热膨胀系数α突变。
例如：合金的有序-无序转变、铁磁性-顺磁性转变、超导态转变等。
均匀相变：没有明显的相界面，相变是在整体中均匀进行的，相变过程中的涨落程度很小而空间范围很大。
特点：A: 无需形核；B: 无明确相界面；非均匀相变：是通过新相的成核生长来实现的，相变过程中母相与新相共存，涨落的程度很大而空间范围很小。
材料相变原理总复习题
08年工大材料系材料相变原理总复习题(貌似考研也能用)题：材料相变原理复习题第一章：1说明成分、相、结构和组织四个概念的含义，并讨论45#钢室温平衡状态下的成分、相、结构和组织。
2 试述金属固态相变的主要特征。
3 哪些基本变化可以被称为固态相变？4 简述固态相变过程中界面应变能产生的原因。
5 简述固态相变形成新相的形状与界面能和界面应变能的关系，6 扩散型相变和无扩散型相变各有哪些主要特点？第二章：1 试述钢中奥氏体和铁素体的晶体结构、碳原子可能存在的部位以及碳原子在奥氏体和铁素体中的最大理论含量和实际含量。
2 以共析钢为例说明奥氏体的形成过程，并说明为什么在铁素体消失的瞬间还有部分渗碳体未溶解。
3 试述影响奥氏体晶粒长大的因素。
4 解释下列概念：惯习面，非均匀形核，奥氏体的起始晶粒度、实际晶粒度和本质晶粒度，钢在加热时的过热现象，钢的组织遗传和断口遗传。
第三章：1 试述影响珠光体转变动力学的因素。
2 试述钢中相间沉淀长生条件和机理。
3 概念解释：伪共析组织，魏氏组织，“派敦”处理。
第四章：1 试述马氏体的晶体结构及其产生原因。
2 简述马氏体异常正方度的产生原因。
3 试述马氏体转变的主要特点。
4 试述钢中板条状马氏体和片状马氏体的形貌特征和亚结构并说明它们的性能差异。
5 Ms点的定义和物理意义。
6 试述影响Ms点的主要因素。
7 试述引起马氏体高强度的原因。
8 概念解释：奥氏体的热稳定化，奥氏体的机械稳定化，马氏体的逆转变，伪弹性，相变冷作硬化，形状记忆效应。
第五章：1 试述贝氏体转变的基本特征。
2试述钢中上贝氏体和下贝氏体的形貌特征和亚结构并说明它们的性能差异。
3 试述影响贝氏体性能的基本因素。
4 试比较贝氏体转变与珠光体转变和马氏体转变的异同。
第七章：1 什么是回火？回火的目的是什么？2 试述淬火钢回火转变的基本过程。
3 简述第一类回火脆性的特点及产生原因。
4简述第二类回火脆性的特点及产生原因。
大连理工大学 固态相变原理 第八章 钢的热处理工艺15~
与 的淬火
应
用
（4）等温淬火——形状复杂，尺寸要求较精
确，强韧性要求较高的小型工模具及弹簧等的淬
火
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固
1—单液淬火法
态
2—双液淬火法
相
3—分级淬火法
变
4—等温淬火法
原
理
与
应
用
各种淬火方法示意图
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固 态 相 变 原 理 与 应 用
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固 态 相 变 原 理 与 应 用
态
相 物形成元素Cr、Mo、W、V含量都不 变 高的合金结构钢
原
理 2. P左，B右的双鼻型：含碳化物形成
与
应 元素Cr、Mo、W、V的高碳钢属于此 用 类，这种情况下，对B转变的推迟作用
更明显。
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无鼻型
固
态 含有大量扩大γ相区合金元素的钢属于
相
变 此类。如果这类钢含有一定量的碳和 原 碳化物形成元素，则可能先析出碳化
热处理
表面热处理
电接触加热等
化学热处理—渗碳、氮化、碳氮
与
共渗、渗其他元素等
应
控制气氛热处理
用
其他热处理
真空热处理 形变热处理
激光热处理
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一制定热处理工艺的依据
固
态 加热速度的确定原则是：加热过程中
相
变 保证构件不变形的前提下，加热速度
变 程，通常用温度—时间坐标绘出热处理
原 理
工艺曲线。
与
应
用
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热处理是一种重要的加工工艺，在制
固态相变复习答案
固态相变复习答案第一章从铁碳合金相图中知道，碳素钢在加热和冷却过程中，经过PSK（A1）线，发生珠光体向奥氏体的相互转变，经过GS（A3）线，发生铁素体向奥氏体的相互转变，经过ES （Acm）线，发生渗碳体向奥氏体的转变。
所以任一含碳量的碳素钢，其在缓慢加热和冷却过程中固态组织转变的临界点，就是依据A1、A3和Acm线确定。
共析钢仅有一个临界点A1，亚共析钢有两个临界点A1和A3点，过共析钢也有两个临界点A1和Acm点。
A1、A3和Acm均为平衡临界点，实际转变过程不可能在平衡临界点进行，为示区别，将加热转变点以C表示，冷却转变点以r表示。
% d% a% @, g. u2 i5 `, a' P; }开始转变AC1――加热时 P A 温度: {8 M p5 }8 y! C/ ~开始转变Ar1――冷却时 A P 温度8 a# Q- s\) {2 N1 Y/ i/ f' Q9 j& g# S# U2 f全部转变AC3――加热时 F A 终了温度开始析出Ar3――冷却时 A F 温度& U% [* g3 b* J( U' ?\ 全部溶入6 o* [% \\+ {' \\ Q( b# h# c ACcm――加热时Fe3CⅡ A 终了温度开始析出Arcm――冷却时 A Fe3CⅡ 温度第二章奥氏体形成一・奥氏体的形成可以分四个阶段;1,奥氏体的形核2,晶核向铁素体和渗碳体俩个方向长大 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因素答；（1）加热温度的影响（3）原始组织的影响（2）含碳量的影响（4）合金元素的影响三・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？答；（1）起始晶粒度：奥氏体晶粒边界刚刚相互接触时奥氏体晶粒的大小为起始晶粒度。
（2）本质晶粒度：一定条件下奥氏体晶粒长大的倾向(规定条件下，Ａ晶粒的大小) 。
（3）实际晶粒度：在具体的热处理工艺下获得的奥氏体晶粒的大小称为实际晶粒度。
大连理工大学固态相变回火处理知识总结
（二）. 要点：回火转变过程；马氏体双相分解；碳化物转变方式；回火脆机理，预防措施，抗回火性，二次硬化的原因1、回火转变过程：（1）预备阶段或时效阶段——碳原子偏聚；（2）回火第一阶段——马氏体分解；（3）回火第二阶段——残余奥氏体转变；（4）回火第三阶段——渗碳体形成；（5）回火第四阶段——α相的回复再结晶和渗碳体的聚集长大。
2、马氏体双相分解？较低温度下，碳不能作远距离的扩散，马氏体基体出现高低两种不同的正方度；较高温度下：碳原子能进行较长距离的扩散，基体只有一种正方度。
马氏体分解产物：回火马氏体，是立方马氏体加ε-碳化物。
3、碳化物转变方式：（1）原位转变，即在旧碳化物的基础上，依靠成分变化和点阵改组；（2）在其它部位独立形核长大。
（3）碳化物变成渗碳体，组织为回火屈氏体，即铁素体加片状（或小颗粒状）渗碳体的混合组织。
4、回火脆原因：第一类回火脆：（1）薄片状残余奥氏体分解、（2）片状碳化物析出和（3）杂质元素晶界偏析；第二类回火脆：（1）脆性相析出和（2）杂质元素偏聚有关。
5、第一类回火脆预防措施：（1）从化学成分入手：（a）降低钢中的有害杂质含量；（b）冶炼时用Al脱氧或加入Nb、V、Ti等合金元素以细化奥氏体晶粒；（c）加入Mo、W等能减轻第一类回火脆性的合金元素；（d）加入Cr、Si以调整出现第一类回火脆性的温度范围。
（2）从热处理工艺入手：采用等温淬火工艺代替淬火加回火工艺。
6、第二类回火脆预防措施：(1) 从化学成分入手：降低钢中的有害杂质含量；加入Nb、V、Ti等合金元素以细化奥氏体晶粒；加入Mo、W、Ti、稀土等抑制第二类回火脆性的合金元素。
（2）从热处理工艺入手：回火冷却速度尽可能快；亚温淬火；采用形变热处理工艺，以细化奥氏体晶粒。
7、二次硬化机理：（1）大量残余奥氏体在回火冷却过程中转变为马氏体或贝氏体（二次淬火）；（2）回火时析出细小弥散的碳化物。
（3）高碳钢和合金钢的二次硬化效果更显著。
固态相变原理考试复习
② 无扩散型相变
原子和离子也要发生有规律的迁移使点阵改组，但是相邻原子的移动距离不超过一个原子间
距，不破坏近邻关系，不改变固溶体成分。
（3）相变方式分类（动力学机制分类）
① 不连续相变（也叫非均匀相变）（有核相变）
形核长大型，形核形成就有一个明确的相界面，在新母相界面的两侧。新相和母相的成分不
A. ∆Gγ→α 的估算：徐祖耀计算：∆Gγ→α=（1-xc）∆G∆γ→α+ xc（9320-2.71T）
B. ∆Gα→M 的估算：
1) 切变能 1/2VmΦδs（Ms），Vm 为 M 的摩尔体积，Φ 切变角，δs（Ms）在 Ms 点 γ 的屈服应力。
2) 协作形变能 1/2VγΦδs（Ms），Vγ：γ 的摩尔体积，
状以降低界面能，若比容差较大，则倾向于形成针状以兼顾降低界面能和比容差应变能。
b) 分析晶体缺陷对固态相变中新相形核的作用
固相中存在各种晶体缺陷，如空位、位错、层错、晶界及亚晶界等，如果在晶体缺陷处形
核，随着核的形成，缺陷将消失，缺陷的能量将释放以供形核需要，使临界形核功下降，
故缺陷促进形核。
（1）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,过饱和空位
（2）应变能: 固态相变时新相与母相界面上的原子因强行匹配而在界面附近产生应变能.
① 错配度引起的应变能（共格应变能）：和新母相界面类型相关,共格界面的应变能最大，
半共格界面次之，非共格界面最小。
2
② 比容差引起的应变能（体积应变能）：和新相的形状有关，E = 3 MΔ2 f(c⁄a),球状由于比
一样，结构不一样。
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固 态 相 变 原 理 与 应 用
合元：贝氏体相变速度取决于基 体相变和碳的扩散：Co, Al“左移” 外因：A化：A不均匀和晶粒细小， “左移”。 塑变：提供缺陷，加速；提供切 变阻力，减速。
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2. 奥氏体化
固 态 相 变 原 理 与 应 用
奥氏体晶粒度测量原理和方法，奥 氏体化过程及影响因素；奥氏体
固 态 相 变 原 理 与 应 用
能的差异）
层间距，珠光体团的影响
在相同成分条件下，粒状珠光体的强度、 硬度稍低，塑性、韧性较高；相同强度条 件下，粒状珠光体的疲劳强度更高。 形变珠光体性能（派敦处理）：除晶须 外的最强金属。
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4. 马氏体相变
固 态 相 变 原 理 与 应 用
马氏体相变特点 组织特点（板条和片状）， Ms点的物理意义及影响因素 奥氏体稳定化产生的原因 马氏体具有高强度硬度的原因
机械稳定化：当变形量小时，弹性应力
固 态 相 变 原 理 与 应 用
集中的部位增多，这种缺陷组态有利于
马氏体的形核；随着变形量的增加，奥
氏体中将形成大量的高密度位错，破坏
了新相与母相之间的共格关系，母相被
强化，切变阻力增加，从而增大了奥氏
体的稳定性。
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• 马氏体具有高强度硬度的原因（强化
材料性能的决定因素
固 态 相 变 原 理 与 应 用
材料的性能由内因和外因共同决 定，外因是变化的条件，内因是 变化的依据，外因通过内因而起 作用。
外因：材料所处的外部环境； 内因：材料内部的结构。
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（1）组成物质的化学键
固 态 相 变 原 理 与 应 用
（2）组成物质最基本的独立单元（组 元）及其排列和运动方式；
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变
• 变化的条件？ • 如何变化或变化的规律？ • 变化的结果？
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专业基础课
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专业课
• 一个中心：性能 • 两个基本点
基本点一：开发新材料
基本点二：最大限度地挖掘现 有材料的潜力
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上贝氏体：显微组织特点，组织示意图
大致平行、碳含量接近平衡或稍微过饱和 的板条铁素体为主体，板条间分布短棒状 或短片状（不连续）渗碳体。
下贝氏体：显微组织特点，组织示意图
铁素体呈黑色针状或片状 ，细片或粒状碳化 物，一般与铁素体片的长轴成55~60º 的角。
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获得在某一外界条件下，新相转变量与转变
时间之间的关系。
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C曲线的影响因素
固 态 相 变 原 理 与 应ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ用
两个“凡是”：凡是扩大A区的元 素（Mn，Ni）都使C曲线下移；凡 是稳定过冷A的元素（Co除外）， 都使C曲线右移 a）内因：碳：亚共析钢“右”；过 共析钢“左”，贝氏体“右下”
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固 态 相 变 原 理 与 应 用
上贝氏体，下贝氏体，等温淬火； 二次硬化，二次淬火，自回火，回 火脆（第一类，第二类），抗回火 性；淬火，回火，退火（球化退 火），正火，淬透性，淬硬性，调 质；脱溶沉淀，（自然，人工）时 效，时效硬化，调幅分解。
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二、需掌握的要点
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固 态 相 变 原 理 与 应 用
1. 能量降低的方向 2. 阻力最小的路径
3. 最适合的结构环境，适者生存！
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一、基本概念
固 态 相 变 原 理 与 应 用
1. 相，固态相变，相变势垒，激活 能, 形核功；起始晶粒度，实际 晶粒度，本质晶粒度；珠光体， 珠光体团，粒状珠光体，派敦处 理, 珠光体型组织；马氏体，奥 氏体（热，机械）稳定化，临界 冷却速度，临界淬火速度；
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机理）。 相变强化：切变造成马氏体晶体内产生 大量的微观缺陷（位错、孪晶及层错
等等）
固溶强化：过饱和间隙原子使晶格产生 严重的点阵畸变。
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时效强化：C原子扩散偏聚钉扎位错
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细晶强化（晶界强化）
• 马氏体的强度主要取决于含碳量；马 氏体的韧性主要取决于其亚结构。 屈服强度相同时，位错型马氏体的断裂 韧性和冲击功比孪晶型马氏体的好得 多。 淬火后硬度偏低，为什么？
固 态 相 变 原 理 与 应 用
片状：横向与纵向。同素异构造成碳溶解 度的变化，排碳与吸碳相辅相成。
片状→粒状：胶态平衡理论，第二相粒子
的溶解度与其曲率半径有关；片状渗碳
体内不可能存在亚晶界。
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• 影响珠光体转变动力学（速度）的因 素 凡是稳定过冷奥氏体的因素都使 C曲线右移。 内因：化学成分，原始组织；
面能；弹性应变能起主导作用，界
面趋于非共格，界面能起主导作用，
新相趋于形成共格界面。
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• 热力学条件（必要）
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充分条件：三大起伏
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• 阻力和驱动力
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驱动力：体积自由能，晶格缺陷；
阻力：界面能，弹性应变能 形核功：均匀形核，点缺陷，线缺
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淬火冷却速度：存在提高Ms点的临界冷
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速。
弹性应力和塑性变形：一定量的塑性变
形诱发马氏体相变。 外加磁场：诱发，但不影响最终转变量。
• 凡是强化奥氏体的因素，均降低Ms点；
凡是扩大γ区，均降低Ms点。
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• 奥氏体稳定化产生的原因
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晶粒长大的驱动力与阻力。
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• 奥氏体化过程及影响因素：奥氏
体形核，奥氏体晶粒长大，剩余
碳化物的溶解，奥氏体均匀化。
碳化物的溶解需要更长时间。
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• 影响奥氏体晶粒大小的因素
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内因：化学成分，原始组织，冶炼方法 外因：加热温度，加热速度，保温时间
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固态相变原理及应用 ——黄冈秘笈
张贵锋
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《固态相变原理及应用》
张贵锋，黄昊主编 冶金工业出版社，2011.11 特点：简明扼要，通俗易懂，思路 清晰，层次分明，重点突出
升温时，相变速度随温度单调增加。
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相变动力学曲线绘制原理
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新相转变体积分数与时间的关系曲线呈
“S”形；
相变过程包括：晶体结构、化学成分和某种
物理性质的跃变。通过各种现代分析测试手
段，很容易确定上述变化是什么时候开始，
进行到什么程度，以及什么时候结束。从而
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• Ms点的物理意义及影响因素
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物理意义：A和M两相自由能差达到相变 所需最小驱动力值时的温度。 影响因素（C）： 奥氏体的化学成分：相变点和切变阻力。 Al，Co提高，Mn，Cr，Ni降低。 奥氏体化条件：合金元素充分溶解，Ms 点下降；晶粒粗大，Ms升高。
现象：过冷奥氏体在外界因素作用下， 因内部结构发生某种变化而使马氏体 转变呈现迟滞的现象。 原因：适当温度下C和N原子向奥氏体晶
格点阵缺陷处偏聚，强化了奥氏体。
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固 态 相 变 原 理 与 应 用
热稳定化：冷却缓慢或停留，M转 变迟滞
原因：C，N偏聚，强化了A，增加
了切变阻力
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及其组织形态的基本因素。上贝氏体
转变速度受碳原子在奥氏体中的扩散
所控制；下贝氏体的转变速度受碳在 铁素体中的扩散所控制。
固 态 相 变 原 理 与 应 用
有成分变化的新相长大速度与什么 有关？ 新相长大速度与扩散系数成正比， 与相界面附近母相中的浓度梯度成 正比，与相界面上两相的平衡浓度 差成反比。
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固 态 相 变 原 理 与 应 用
扩散型相变新相长大速度，受驱动
力和扩散系数所控制。降温时，相
变速度与温度的关系存在极大值 ；
固 态 相 变 原 理 与 应 用
贝氏体相变包括两个基本过程，即贝氏 体中铁素体的转变和贝氏体碳化物的
析出。碳化物的析出方式决定了贝氏
体的形态，而析出方式与含碳量和转
变温度有关 。
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• 贝氏体形态的决定因素
固 态 相 变 原 理 与 应 用
上，下贝氏体相变速度的控制因素
碳的扩散及脱溶是控制贝氏体相变
固 态 相 变 原 理 与 应 用
无碳化物贝氏体：大致平行的铁素 体条，条间或条内无碳化物。但条 间存在富碳的残余奥氏体或其转变 产物。 粒状贝氏体：铁素体呈不规则块状， 块内分布不连续的粒状物（岛状）， 岛状物为富碳的过冷奥氏体或其全 部或部分分解物。
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• 贝氏体形成过程（温度）
外因：奥氏体化工艺，奥氏体晶粒 度，塑性变形
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内因：化学成分
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C:亚共析减速，过共析加速，共析钢最稳定
合元：Co除外，减速
原始组织：A化前的组织粗大，A化不充分， 加速P转变