金属固态相变特征讲解
1-2金属固态相变的主要特点
2.2界面能
界面能 σ由结构界面能σst和化学界面 能σch组成。即：σ=σst+σch 结构界面能是由于界面处的原子键合被
切断或削弱引起了势能的升高，形成的 界面能。， 化学界面能是由于界面原子的结合键与 两相内部原子键合的差别，导致界面能 量升高。
两相界面上原子排列的不规则性将导
致界面能的升高，所以非共格界面能 最大，约为1J/m2左右；半共格界面能 次之，不超过为0.5J/m2；共格界面能 最小。约为0.1J/m2
一般地说，当两相界面为共格或半共格界面时， 新相和母相之间必然有一定的位向关系；如果两 相之间没有确定的位向关系，则界面肯定为非共 格界面。
2.5弹性应变能
固态相变时，当新相与母相间存在点 阵错配和体积错配时所引起的应变能， 称为弹性应变能。
（1）点阵错配：新相和母相的晶体结 构和位向相同，但点阵常数不同，由 此在所形成的共格界面附近产生弹性 应变的现象。而产生的应变能称为共 格应变能。
2.4新旧两相之间的位向关系
固态相变时，为了减少新相与母相间的界面能， 新相和母相之间的晶面和晶向往往存在一定的位 向关系，它们常以低指数的、原子密度大而又彼 此匹配较好的晶面相互平行。例如，钢中面心立 方奥氏体转变为体心正方马氏体时，母相奥氏体 的行密密，排排母方面 相 向(奥<111氏111）体> γα的与相密新平排相行向马。<氏1它1体0称>的为γ密K与排一新面S相位(1马向10氏关) 体α系平的。
δ <0.05两相可以构成完全共格界面； δ大于o．25时易形成非共格界面； δ 介于0.05到0.25之间，则形成半共格界 面。
显然，共格应变能以共格界面最大，半 共格界面次之，非共格界面为零。
金属固态相变的特征
金属固态相变的特征引言：金属是一类常见的材料，其固态相变是指在一定条件下，金属由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的过程。
金属固态相变具有许多独特的特征，本文将从晶格结构、原子运动和宏观性质三个方面来探讨金属固态相变的特征。
一、晶格结构变化金属的固态相变通常伴随着晶格结构的变化。
晶格是金属内部排列有序的原子阵列，不同的晶格结构决定了金属的性质。
金属固态相变中，晶格结构发生变化，常见的相变类型有铁素体相变、奥氏体相变和马氏体相变等。
不同的相变类型对应着不同的晶格结构，如面心立方结构、体心立方结构和六方最密堆积结构等。
晶格结构的变化直接影响了金属的力学性能、导电性能和磁性等性质。
二、原子运动特征金属固态相变中，原子的运动是相变发生的基础。
在金属的相变过程中，原子会发生位移、交换或重新排列等运动。
例如在铁素体相变中，铁原子的位置会从面心立方结构变为体心立方结构，原子发生了位移和重新排列。
此外，金属固态相变的过程中，原子间的键合也会发生改变。
原子运动的特征直接影响了金属的热膨胀性、热导率和硬度等性质。
三、宏观性质变化金属固态相变引起了金属的宏观性质变化。
金属的固态相变通常伴随着热学性质和力学性质的变化。
例如，在铁素体相变中，金属的磁性会发生明显变化，从铁磁性转变为顺磁性。
此外，金属的热膨胀性、热导率和电阻率等热学性质也会随着相变发生变化。
另外，金属相变还会对金属的力学性能产生影响，如硬度和韧性等。
金属固态相变的特征不仅与金属的性质有关，也与相变过程的条件有关。
金属的固态相变通常需要一定的温度和压力条件，不同的温度和压力条件下，金属的相变行为也会有所不同。
此外，金属的化学成分也会对固态相变产生影响，不同的化学成分会导致金属的相变温度发生变化。
总结：金属固态相变是金属由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的过程，具有晶格结构变化、原子运动特征和宏观性质变化等特征。
金属固态相变的特征与金属的性质、相变过程的条件和化学成分有关。
第九章 金属固态相变
3. 晶界促进形核 具有高能量的大晶界可以释放界面能为形核提供相变 驱动力，以降低形核功。 驱动力，以降低形核功。 三、晶核长大 1. 长大机制 新相晶核的长大，实质是相界面向旧相迁移的过程。 新相晶核的长大，实质是相界面向旧相迁移的过程。 新旧相成分不同时： 新旧相成分不同时：晶核的长大依赖于溶质原子在旧 相中的长程扩散。 相中的长程扩散。
五、母相晶体缺陷促进相变 在母相晶体中的缺陷处，晶格畸变、自由能高， 在母相晶体中的缺陷处，晶格畸变、自由能高，促进形 核及相变。 核及相变。 六、易出现过渡相 固态相变阻力大， 直接转变困难， 固态相变阻力大 ， 直接转变困难 ， 往往先形成协调性 中间产物（过渡相） 中间产物（过渡相）。 母相→较不稳定的过渡相→较稳定的过渡相→ 母相→较不稳定的过渡相→较稳定的过渡相→稳定相
二、新相与母相界面上原子排列的匹配性 固态相变时， 固态相变时，新相与母相界面上原子排列越保持一定 的匹配性，越有利于相变阻力的降低。 的匹配性，越有利于相变阻力的降低。 固态相变产生的相界面根据两相原子在晶体学上匹配 程度不同可分为三种类型， 共格界面，半共格界面和 程度不同可分为三种类型，即共格界面，半共格界面和非 共格界面，如图9-1所示 所示。 共格界面，如图 所示。
3. 非共格界面 当界面处的原子排列差异很大， 原子匹配关系不能继 当界面处的原子排列差异很大 ， 续维持，形成非共格界面。 续维持，形成非共格界面。 一般认为， 小于 小于0.05时完全共格； δ大于 时完全共格； 大于 大于0.25时形成 一般认为，δ小于 时完全共格 时形成 非共格界面； 介于 介于0.05和 0.25之间时，形成半共格界面， 之间时， 非共格界面；δ介于 和 之间时 形成半共格界面， 它们的能量是不同的。 它们的能量是不同的。
金属固态相变资料.pptx
3. 按相变方式分类
（1）形核-长大型相变：相变时在很小范围内发生原子 相当激烈的重排，生成新相核心，两相之间产生相界。 相变靠不断的生核和晶核的长大实现。脱溶转变、共析 转变属于此类。 （2）连续型相变：相变时在很大范围内发生原子轻微 的重排，相变的起始状态与最终状态之间存在一系列连 续状态，不需形核，靠连续涨落形成新相。调幅分解属 于此类。
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3.奥氏体的稳定化
概念：马氏体转变中止、停顿后再继续冷却时出 现转变滞后和残余奥氏体量增多的现象。
（1）热稳定化 A体淬火时因缓慢冷却或在MS～Mf之间某温度
停留一段时间后，使过冷奥氏体转变迟滞的现象。
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（2）机械稳定化 在应力—应变作用下可以促进钢中的相变发生，即形变诱发
（3）空位形核
（4）层错形核
新相生成处空位消失，提供能量 空位群可凝结成位错 （在过饱和固溶体的脱溶析出过程中， 空位作用更明显。）
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新相的长大
1.界面过程控制的新相长大 （1）非热激活界面近程控制的新相长大 （2）热激活界面过程控制的新相长大
切
台
变
阶
长
式
大
长
大
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2 扩散控制的新相长大 （1） 界面控制长大 新相生成时无成分变化(有结构、有 序度变化）
S：650～600℃, S0=80～150nm,高倍OM
T: 600～550℃, S0=30～80nm,TEM
组织名称
表示符号
形成温度范围 /℃
硬度
片间距/nm
能分辨片层的 放大倍数
珠光体
P
A1~650
170~200HB 150~450
第一章 金固态相变特征
第一章 金属固态相变特征复习：相的概念，合金中结构相同、成分和性能均一并以界面相互分开的组成部分。
固态相变定义：固态金属（纯金属和合金）在温度和压力改变时，组织和结构会发生变化，这种变化统称为金属的固态相变。
重点：理解相和相变的物理意义，固态相变的基本特征。
难点：意义：固态相变是金属材料热处理的基础。
例如，马氏体相变可以使钢淬火强化；过饱和固溶体分解使合金时效强化等。
因此，研究固态相变有重要的实际意义。
金属固态相变与凝固过程相同处：* 以新相和母相的自由能差作为相变的驱动力；* 大多数固态相变也都包含成核和长大两个基本过程，并遵循结晶过程的一般规律。
但因其为固态下的结晶过程，故又具有不同于液态金属结晶的一系列特点。
热处理：将钢在固态下加热到预定的温度，并在该温度下保持一段时间，然后以一定的速度冷却到室温的一种热加工工艺。
热处理的作用？（1） 改变钢的组织结构，进而改善材料的性能，延长期使用寿命；（2） 消除铸、锻、焊等工艺造成的缺陷，细化晶粒，消除偏析，降低内应力，均匀钢的组织和性能；（3） 热处理还可以改善材料的切削加工性能；（4） 热处理可以提高工件表面的抗磨、耐蚀性能。
§1-1 固态相变的特点一、相界面金属固态相变时，新相与母相的界面为两种晶体的界面，按其结构特点可分为共格界面、半共格（部分共格）、非共格界面，如图1-1：1、共格界面――界面上的原子同时位于两相晶格的结点上，即两相界面上的原子排列完全匹配，界面上的原子为两相所共有，如图1-1a)。
只有孪生晶面才是理想的完全共格界面。
第一类共格：当两相之间的共格联系依靠正应变来维持时，图1-2a ）；第二类共格：当两相之间的共格联系依靠切应变来维持时，图1-2b ）。
无论哪种共格，晶界两侧都有一定的畸变。
共格界面的特点：共格界面的界面能很小，但因界面附近有畸变，所以弹性畸变能大。
共格界面必须依靠弹性畸变来维持，当新相不断长大而使共格晶面的弹性畸变能增大到足够量时，也可能超过母相的屈服极限而产生塑性变形，结果使共格联系遭到破坏。
金属固态相变基础.ppt
2
2 1 P 2 T 2 2 P 2 T
2 1 TP 2 2 T P
多形性转变 固溶体由一种晶体结构转变为另一种 结构的过程称为多形性转变。
平衡脱溶转变
单一的α固溶体, 冷至 固溶度曲线MN以下温度时， β相又将逐渐析出，这一 过程称为平衡脱溶沉淀。 其特点是新相的成分 和结构始终与母相的不同； 随着新相的析出，母相的成 分和体积分数将不断变化， 但母相不会消失。 例如：钢在冷却时，二 次渗碳体的析出，即属这种 相变。
一级相变
具有体积和熵的突变； 熵的突变表明在一级相变过程中， 有相变潜热的吸收或释放，从而可 以应用热膨胀仪来测量一级相变的 开始点。 体积的突变说明在相变过程中要发 生体积变化。 材料凝固、熔化、升华、同素异构 转变均属一级相变。 几乎所有伴随晶体结构变化的固态 相变都为一级相变。
S， 0
V 0
非平衡脱溶转变 ： 自t1快冷，在冷却过 程中β来不及析出； 故将得到过饱和固溶 体； 在室温或在低于固溶 度曲线MN的某一温度 下等温时将自α析出 成分与结构均与平衡 沉淀相不同的新相， 称为不平衡脱溶沉淀。
3、按原子的迁移情况分类
扩散型相变
定义：相变过程受控于原子（或离子）的扩散。 特点：（1）相变的速度取决于原子的扩散速度； （2）新相和母相成分不同； （3）体积变化，但宏观形状不变 无扩散型相变 定义：相变过程不存在原子（或离子）的扩散，原子（或 离子）仅做有有规则的迁移使点阵发生改组。 特点：（1）宏观形状变化，试样表面会出现浮凸； （2）新相与母相化学成分相同； （3）新相与母相之间存在一定晶体学位向关系。
金属固态相变的主要特点
金属固态相变的主要特点金属固态相变是指金属在固态下由于温度、压力或其他外界条件的变化而引起的物理结构和性质的变化。
金属固态相变的主要特点有以下几个方面：1. 温度变化引起的相变：金属的固态相变主要是由于温度的变化引起的。
当金属的温度超过一定的临界温度时，金属内部的晶体结构会发生变化，从而导致固态相变。
例如，铁在不同的温度下会发生α相到γ相的相变，这种相变是由于温度变化引起的。
2. 压力变化引起的相变：除了温度变化，金属固态相变还可以由压力的变化引起。
当金属受到外界的压力作用时，原子之间的距离和排列会发生变化，从而导致固态相变。
例如，钻石可以在高压下转变为金刚石，这是由于压力变化引起的相变。
3. 结构和性质的变化：金属固态相变不仅会引起晶体结构的变化，还会导致金属的性质发生改变。
例如，铁的相变会引起其磁性的变化，从铁磁性到顺磁性的转变。
这种结构和性质的变化对金属的应用具有重要的影响。
4. 相变的可逆性：金属固态相变通常是可逆的，即当外界条件恢复到原来的状态时，金属可以再次发生相反的相变。
这与金属的液态相变或气态相变不同，液态和气态的相变通常是不可逆的。
5. 相变的影响因素：金属固态相变的发生受到多种因素的影响，包括温度、压力、晶体结构、晶界能量等。
这些因素会影响金属内部原子的排列和运动方式，从而导致相变的发生和性质的改变。
6. 金属固态相变的应用：金属固态相变在材料科学和工程中具有重要的应用价值。
通过控制金属的相变过程，可以制备出具有特定结构和性质的材料，如形状记忆合金和超弹性材料等。
这些材料在医学、航空航天等领域有着广泛的应用。
金属固态相变是金属在固态下由于温度、压力或其他外界条件的变化而引起的物理结构和性质的变化。
它具有温度和压力变化引起的相变、结构和性质的变化、相变的可逆性、影响因素和应用等主要特点。
金属固态相变的研究对于材料科学和工程具有重要意义，并且在实际应用中有着广泛的应用前景。
第一章 金固态相变特征
第一章 金属固态相变特征复习：相的概念，合金中结构相同、成分和性能均一并以界面相互分开的组成部分。
固态相变定义：固态金属（纯金属和合金）在温度和压力改变时，组织和结构会发生变化，这种变化统称为金属的固态相变。
重点：理解相和相变的物理意义，固态相变的基本特征。
难点：意义：固态相变是金属材料热处理的基础。
例如，马氏体相变可以使钢淬火强化；过饱和固溶体分解使合金时效强化等。
因此，研究固态相变有重要的实际意义。
金属固态相变与凝固过程相同处：* 以新相和母相的自由能差作为相变的驱动力；* 大多数固态相变也都包含成核和长大两个基本过程，并遵循结晶过程的一般规律。
但因其为固态下的结晶过程，故又具有不同于液态金属结晶的一系列特点。
热处理：将钢在固态下加热到预定的温度，并在该温度下保持一段时间，然后以一定的速度冷却到室温的一种热加工工艺。
热处理的作用？（1） 改变钢的组织结构，进而改善材料的性能，延长期使用寿命；（2） 消除铸、锻、焊等工艺造成的缺陷，细化晶粒，消除偏析，降低内应力，均匀钢的组织和性能；（3） 热处理还可以改善材料的切削加工性能；（4） 热处理可以提高工件表面的抗磨、耐蚀性能。
§1-1 固态相变的特点一、相界面金属固态相变时，新相与母相的界面为两种晶体的界面，按其结构特点可分为共格界面、半共格（部分共格）、非共格界面，如图1-1：1、共格界面――界面上的原子同时位于两相晶格的结点上，即两相界面上的原子排列完全匹配，界面上的原子为两相所共有，如图1-1a)。
只有孪生晶面才是理想的完全共格界面。
第一类共格：当两相之间的共格联系依靠正应变来维持时，图1-2a ）；第二类共格：当两相之间的共格联系依靠切应变来维持时，图1-2b ）。
无论哪种共格，晶界两侧都有一定的畸变。
共格界面的特点：共格界面的界面能很小，但因界面附近有畸变，所以弹性畸变能大。
共格界面必须依靠弹性畸变来维持，当新相不断长大而使共格晶面的弹性畸变能增大到足够量时，也可能超过母相的屈服极限而产生塑性变形，结果使共格联系遭到破坏。
金属固态相变
查表所得工业纯铝的再结晶温度T再=150℃是指在1h退火完成再结晶的温度。实际上，除了退火温度外，保温时间也对再结晶过程产生影响。对经大冷变形后的金属材料，即使在T<T再 时进行退火，只要保温时间足够，同样可发生再结晶过程。可用两种方法加以判断：①金相检验；②将已知的T1，t1，t2，Q代人公式，求得T2，将其与100℃比较，即可得知是否发生再结晶。
4.降温转变及马氏体转变的高速特点．
马氏体转变是在一定的温度范围内进行的，马氏体转变动力学的主要形式有变温转变和等温转变两种．降温形成的马氏体其转变速度极快．
5.马氏体转变具有可逆性．
6.合金元素无扩散．
马氏体力学性能：
1.马氏体最主要的特点就是具有高强度和高硬度。它的强度随着含碳量的升高而升高。
3.贝氏体转变特点：
钢在珠光体转变温度以下，马氏体转变温度以上的温度范围内过冷奥氏体发生的转变称为贝氏体转变（中温转变）．
贝氏体也是由铁素体与渗碳体组成的机械混合物．贝氏体的组织形态主要是羽毛状和颗粒状．
贝氏体的性能主要取决于组织形态．其各相的形态，分布都影响贝氏体的性能．上贝氏体的形成温度较高，铁素体与碳化物分布具有明显的方向性，因此这种组织易产生脆断．下贝氏体中铁素体针细小而均匀分布，帮位错密度很高，而且韧性也很好，具有良好的机械混合性能．
f.玻璃化转变对聚合物性能尤其是力学性能变化很大，非晶聚合物的模量可产生3～4 个数量级的变化。
玻璃化温度
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。
16.二次硬化：当马氏体中含有足够量的碳化物形成元素时，在500℃以上回火时将会析出细小的特殊碳化物，导致因回火温度升高，θ-碳化物粗化而软化的钢再度硬化。
17.回火脆性：随回火温度升高，冲击韧性反而下降的现象。
18.脱溶（沉淀）：从过饱和固溶体中析出第二相（沉淀相）或形成溶质原子聚集区以及亚稳定过渡相的过程，是一种扩散型相变。
资料：固态相变作业(一)
材料相变作业（一）3120102244 陈丹科1、金属固态相变有哪些特征？试述相变的驱动力和阻力。
金属固态相变的特征：1)金属固态相变具有相界面：金属固态相变时，新旧两相都是固相，可产生共格界面、半共格界面和非共格界面。
2)金属固态相变时新相和母相之间往往存在一定的位相关系，而且新相往往在在母相一定的晶面上开始形成，即存在惯习面。
3)金属固态相变时，由于受到周围母相的约束，新相不能自由胀缩，因此新相与其周围母相之间必将产生弹性应变和应力，使系统额外地增加了一项弹性应变能。
4)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。
5)固态晶体中存在着晶界、亚晶界、空位及位错等各种晶体缺陷，金属固态相变时新相晶核总是优先在晶体缺陷处形成。
6)在很多情况下，由于新相和母相的成分不同，金属固态相变必须通过某些组元的扩散才能进行，这时扩散便成为相变的控制因素。
原子扩散速度对固态相变有显著的影响。
相变的驱动力：新旧两相的自由能差相变的阻力：界面能，弹性应变能2、分析晶体缺陷对固态相变中新相形核的作用。
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，原子扩散激活能低，扩散速度快，相变应力容易被松弛。
新旧两相自由能差∆G=V∆G V+Sσ+εV−∆G d，其中∆G d为缺陷消失所降低的能量，因此，可以认为晶体缺陷提供了形核的一部分驱动力。
在固态相变中，均匀形核的形核功最大，空位形核功次之，位错形核更次之，晶界非均匀形核的形核功最小。
3、计算金属固态相变中均匀形核时临界形核功和临界晶核尺寸。
∆G=−Vβ∆G V+Vβ∆Gε+AβσαβVβ：β相体积∆G V：β的自由能变化∆Gε：单位体积的应变能Aβ：相界面积σαβ：单位面积的界面能当晶核为球形时，∆G=−43πr3∆G V+43πr3∆Gε+4πr2σαβ对于r 求导：d（∆G）dr=0，可得临界晶核尺寸：r∗=2σαβ∆G V−∆Gε，形成临界晶核的形核功：∆G∗=16σαβ33（∆G V−∆Gε）24、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。
金属固态相变概论
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。
✓目前，还没有一个能够精确反映 各类固态相变速度与温度之间关 系式的数学表达式。在实际工作 中，通常采用一些物理方法测出 在不同温度下从转变开始到转变 不同量，以至转变终了时所需的 时间，做出“温度—时间—转变量 ”曲线，即等温转变曲线（TTT曲 线）。
新相几何形状对比容差应变能的影响
1、共格界面
界面上的原子同时位于两相的结点上，即两相界 面上的原子排列匹配，界面上的原子为两相所共 有。
只有对称孪晶界才是理想的 共格界面。
两相点阵总是有一定差别， 或者是点阵结构不同，或者 点阵参数不同，因此两相界 面要完全共格，在界面附近 就必须产生弹性应变。
弹性应变能的大小取决于两相界面上原子间距的相对差值 ，即错配度：
3、晶界
大角晶界具有高的界面能，在晶界形核时可使界面能释放出来作为相 变驱动力，以降低形核功。因此，晶界是固态相变时形核的重要基地 。
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3.说明共析钢奥氏体的形成过程，为什么铁素体先消失部分渗碳体未溶解完毕。
答案：a 奥氏体在晶界处的形核阶段b奥氏体核长大阶段c剩余渗碳体的溶解阶段d奥氏体的成分均匀化阶段各阶段产生的原因：奥氏体分别向铁素体和渗碳体两界面推移；奥氏体向铁素体界面的推移速度要大于向铁素体界面推移的速度，因此造成铁素体先消失。
第一章 金属固态相变概论
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3.第二相的形状 与应变能的关系 第二相的形状
比容差应变能-----新相形成时体积变化受到母相约束而产生的弹性应变能 新相形成时体积变化受到母相约束而产生的弹性应变能 比容差应变能 比重 比容
∆G = n∆GV + η n Es + nEε
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• ∆GV 为每个原子母相转变为新相时的自由 能变化； 能变化； • η为晶核的形状因子； 为晶核的形状因子； 为晶核的形状因子 • Es为单位面积界面能； 为单位面积界面能； • Eε为新相晶核每个原子的应变能。 为新相晶核每个原子的应变能。
16
11
非共格相界的应变能
• 新相呈球状时，体积 应变能最大；针状次 片状时最低。 之；片状时最低。 • 新相／母相相界为非 共格界面时，考虑到 降低相变时的应变能 ， 新相往往呈片状。 新相往往呈片状。
12
4.晶体缺陷的作用 晶体缺陷的作用
• 大多固态相变的形核功较大，晶内存在的 大多固态相变的形核功较大， 缺陷对固态相变具有明显的促进作用。 缺陷对固态相变具有明显的促进作用。
第一章
金属固态相变概论
1
第一节 固态相变的主要类型 一、 平衡转变 1. 同素异晶转变 纯金属在一定的温度和压力下， 纯金属在一定的温度和压力下，由一种结 构转变为另一种结构的现象称为同素异晶 构转变为另一种结构的现象称为 同素异晶 转变。 转变。 若在固溶体中发生这种结构的转变， 若在固溶体中发生这种结构的转变 ， 则称 多形性转变。 为多形性转变。 F A
5.形成亚稳相 形成亚稳相
第二讲 金属固态相变概论及热力学
（2）半共格界面
当错配度在0.05 0.25 当错配度在0.05—0.25时，在界面上将产生一些 0.05 0.25时 刃型位错，两相原子变成部分共格。 刃型位错，两相原子变成部分共格。 半共格界面：界面能较大，弹性应变能较小； 半共格界面：界面能较大，弹性应变能较小；
（3）非共格界面 当错配度大于0.25 0.25时 当错配度大于0.25时，两相原子之间的匹 配关系便不再维持，变成非共格界面。 配关系便不再维持，变成非共格界面。 非格界面：界面能大，弹性应变能小。 非格界面：界面能大，弹性应变能小。
两相中存在着保持平行关系的密排晶面和晶向
例如：K-S关系 例如：
{111}r//{110}a’ {111}r//{110}a 〈110〉r//〈111〉a’ 110〉r//〈111〉
1）错配度小于0.05时两相完全共格，且有一定的位相关系； 错配度小于0.05时两相完全共格，且有一定的位相关系； 0.05时两相完全共格 2）错配度在0.05~0.25之间时两相为半共格，有一定的位相关 错配度在0.05~0.25之间时两相为半共格， 0.05~0.25之间时两相为半共格 系； 3）错配度大于0.25时，两相之间易形成非共格，无位向关系。 错配度大于0.25时 两相之间易形成非共格，无位向关系。 0.25
无成分变化的新相长大
当过冷度很小时，新相长大速度为： 当过冷度很小时，新相长大速度为：
新相长大速度随温度降低而增大
当过冷度很大时，新相长大速度为： 当过冷度很大时，新相长大速度为：
新相长大速度随温度降低而减小
（2）有成分变化的新相长大
一定温度下相界面上两相的成分由平衡状态图所确定 新相长大通过溶质原子的长程扩散来实现， 新相长大通过溶质原子的长程扩散来实现，长大速度取决 于溶质原子的扩散速度。 于溶质原子的扩散速度。
第9章 金属固态相变
• 形核的取向关系和成长的惯习现象是两个完全不同的概念。前 者完全指两种晶体之间的晶体学位向关系，即新相和母相某些 晶面、晶向的对应平行关系；而后者主要是指新相优先发展时 所取的母相的位向，以母相的晶面和晶向表示。 12
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五、母相晶体缺陷促进相变
9.1 固态相变的特点
五、母相晶体缺陷对相变起促进作用
与液态金属不同，固态金属中存在各种晶体缺陷，如位错、 空位、晶界和亚晶界等。固态相变时，母相中存在的点、线、 面缺陷，必然会对相变有明显的促进作用。新相晶核往往优 先在这些缺陷处形成，这是由于在缺陷周围晶格有畸变，自 由能较高，在此处形成同样大小的晶核比在其它区域能获得 更大的驱动力(△GV大)，因此容易在这些区域首先形成晶核。 实验表明，母相晶粒越细，晶界越多，晶内缺陷越多，从而， 提高了形核率，使转变速度越快。
Solid Solution phase B atoms in A
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三、新旧相晶体学位向关系
9.1 固态相变的特点
三、新相晶核界与母相之间存在一定的晶体学位向关系 固态相变时，为了减小新相和母相间的界面能，两种晶体之 间往往存在一定的位向关系。 • 实验证明，新生相α的某一晶面{hkl}和晶向<uvw>分别与母 相γ的某一晶面{h'k'l'}和晶向<u'v'w'>相互平行，即 {hkl}α//{h'k'l'}γ， <uvw>α//<u'v'w'>γ。 • 如纯铁的同素异构转变 α-Fe ↔ γ-Fe ，晶体学位向关系为： {110}α//{111}γ， <111>α//<110>γ。
金属固态相变知识点总结
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。
这些相变对于铝合金的强度和耐腐蚀性能具有重要的影响。
(3) 镍基高温合金的固态相变镍基高温合金是一种用途广泛的高温合金，其固态相变主要包括γ'-γ''转变、析出相变等。
这些相变对于高温合金的高温强度和高温抗氧化性能具有重要的影响。
三、金属固态相变的影响因素金属的固态相变受到多种因素的影响，主要包括温度、压力、合金元素、晶体结构等因素。
2.金属固态相变
奥 氏 体
转变开始线
变开始线以左的 区域为过冷奥氏
A
A→P
转变终了线
P B
体区。
转变终了线以
A→B
右及Mf以下为转
变产物区。
MS
两线之间及Ms
Mf
A→M
与Mf之间为转变 区。
M 时间
C 曲线的分析
⑴ 转变开始线与纵坐标之间的距离为孕育期。
孕育期越小，过冷奥氏体稳定性越小.
正火 油淬
连续冷却转 变曲线 完全退火
冷却速度.
水淬
等温转 变曲线
Vk’ 为TTT曲线的
200
临界冷却速度.
Vk’ 1.5 Vk 。
100
Vk’Vk
M+A’ M+T+A’ S P
共析钢的CCT图
时间/s
2）过共析钢CCT曲线也无贝氏体转变区, 但比共析
钢CCT曲线多一条A→Fe3C转变开始线。由于Fe3C的 析出, 奥氏体中含碳量下降, 因而Ms 线右端升高.
第一章金属固态相变
概述：固态相变---金属性能的多样性：例： ---应用范围广。“变”---就可利用之， “不变”-此材料难堪大用。---各种强化手 段：位错、第二相、固溶、细晶加之金属 的性能均衡---金属材料广泛应用。 本章简介固态相变的特点、类型、过程； 主要介绍钢的热处理原理
第1节 固态相变的特点
第3节 固态相变的形核与长大
不讲。基本概念略提。
第4节 钢的固态转变 （钢的热处理原理）
1、热处理：是指将钢在固态下加热、保温和冷却，
以改变钢的组织结构，获得所需要性能的一种工艺.
金属固态相变的主要特点
金属固态相变的主要特点金属固态相变是指金属在温度或压力变化下发生的物态转变。
相变是物质由一种物态转变为另一种物态的过程，其中固态相变是指物质从固态转变为其他物态的过程。
金属固态相变具有以下主要特点：1. 温度和压力的影响：金属固态相变通常受到温度和压力的共同影响。
随着温度的升高或压力的增加，金属的晶体结构和原子排列方式发生变化，从而导致相变的发生。
2. 结构转变：金属固态相变中，金属的晶体结构会发生变化。
金属晶体结构可以分为多种类型，如面心立方结构、体心立方结构和六方最密堆积结构等。
相变时，金属晶体结构的类型可能发生改变，从而导致其他性质的变化。
3. 形态变化：金属固态相变还会导致金属的形态发生变化。
例如，金属在相变过程中可能出现晶体的生长、晶界的移动、晶粒的合并或分裂等现象。
这些形态的变化会影响金属的力学性能和微观结构。
4. 热力学性质变化：金属固态相变会引起金属的热力学性质变化。
例如，相变可能导致金属的热导率、电导率、热膨胀系数等物理性质的变化。
这些性质的变化与金属的晶体结构和原子排列方式有关。
5. 相变温度和相变范围：金属固态相变有一定的相变温度和相变范围。
相变温度是指金属从一种晶体结构转变为另一种晶体结构的温度点，而相变范围是指在相变温度附近金属可以存在的温度范围。
不同金属的相变温度和相变范围各不相同。
6. 相变速率：金属固态相变的速率取决于温度、压力、晶体结构和金属的化学成分等因素。
相变速率较快的金属相变过程称为快速相变，而相变速率较慢的金属相变过程称为慢速相变。
7. 相变过程的可逆性：金属固态相变通常是可逆的，即金属可以在相反的条件下恢复到原来的相态。
例如，当金属从高温相变为低温相时，如果温度重新升高到相变温度以上，金属会再次发生相变，恢复到高温相。
总的来说，金属固态相变是金属在温度和压力变化下发生的物态转变过程，具有结构转变、形态变化、热力学性质变化等特点。
金属固态相变的研究对于理解金属的微观结构和性能变化具有重要意义，也有助于金属材料的设计和应用。
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形核可能
• 临届晶胚尺寸：r*=2 σ/ (△gv—ε) 形核功： △ G*=16π σ 3/3 (△gv—ε)2 2.非均匀形核 △ G=V △gv+Aσ ＋εV —△gd
动力 阻力
3.晶体缺陷对形核的作用： １）空位
第一章 金属固态相变特征
basic features of metallic solid-state phase transformation
§1 固态相变的特点
• 驱动力：新相与母相的自由能差 • 阻力:界面能和应变能 • 基本过程：成核（nucleation） • 长大(growing)
一、相界面（phase interface ）
四、应变能
• 1.盘状最小，其次是针状，球形最大。 • ２.主导作用：具体分析。
五、晶体缺陷的影响
• 缺陷的促进作用。
• 思考：晶体中常见的缺陷有哪些？
六、原子的扩散 七、过渡相的形成
§２ 固态相变的形核
• 成核主要在母相的晶界、层错、位错等 晶体缺陷处形成。是非均匀形核。 一、均匀形核 １.形核功： △ G=V △gv+Aσ ＋εV
• 1.弹性应变能:随错配度变化 • 2.错配度:δ= Δa/a
δ<0.05 δ=0.05-0.25 δ >0.25
完全共格 半共格 非共格
一、相界面（phase interface ）
金属界面结构示意图---非共格界面
金属界面结构示意图---半共格界面
半共格界面
金属界面结构示意图---共格界面
• 二、新相长大速度：界、新相形成的转变速度与过冷度的关 系
新相形成的转变速度与过冷度的关系
temperature
Transformation speed
新相长大速度与过冷度的关系
temperature
D,
u, △g
α phase
β phase
3.溶质原子在晶界上的不均匀分布
晶界
应变能Es 溶质原子浓度%
Why?
溶质原子分布位置
二、位向关系（orientation relationship）
• 1.位向关系:低指数、原子密度大、匹配较好的晶面相 互平行。 • ２.Ｋ－Ｓorientation relationship
• Austenite(FCC)
• • • • •
Martensite(Body-Centred tetragonal) {111}γ // {110}α’ <110>γ // <111>α’ 共格（半共格）必有位向关系 没有位向关系必定非共格
三、惯习面
• １ 定义：固态相变时，新相往往在母 相的一定晶面上开始形成，这个晶面称 为惯习面。 • 奥氏体－－先共析铁素体 • １）奥氏体晶界 • ２）惯习面{111}γ
• • • • •
２）位错 Ｉ）在位错线 ＩＩ）补偿错配 ＩＩＩ）在位错线偏聚 ３）晶界
晶界形核时晶核的形状
晶粒１
新 相 晶粒２
晶界
§２ 固态相变的长大
• • • • • • 一、长大机制 １半共格界面的迁移 ２非共格界面的迁移 ３扩散型相变与无扩散型相变 １）扩散型相变的特征 ２）无扩散型相变的特征