1.2金属固态相变的分类
三-金属固态相变热力学和动力学
2、晶核形状
假设形成的新相晶核为球形：
ΔG
4 3
πr 3 ΔGV
4πr 2σ
4 3
πr3ε
对于 r 求导：
d (G) 0 dr
r* 2 GV
G*
16 3 3(GV
)2
临界晶核尺寸
临界晶核的 形核功
r* 2 GV
G*
16 3 3(GV
)2
1、当表面能σ和弹性应变能ε增大时，临界晶 核半径rc增大，形核功W 增高。
2、具有低界面能和高弹性应变能的共格新相 核胚，倾向于呈盘状或片状；
3、而具有高界面能和低弹性应变能的非共格 新相核胚，则易成等轴状。
4、但若新相核胚界面能的异向性很大（对母 相晶面敏感）时，后者也可呈片状或针状。
3、温度与临界形核半径及形核功
r* 2 GV
G*
16 3 3(GV
)2
1、临界晶核半径和形核功都是自由能差的 函数，因此，它们也将随过冷度（过热度） 而变化。
切变机制
阶梯界面：
面间位错分布在阶梯界面
上，位错的滑移运动使阶梯跨
过界面侧向迁移，而使界面朝
其法线方向发展，从而使新相
长大。
α
β
台阶式长大
2、非共格界面的迁移
新相晶核与母相之间呈非共格界面， 界面处原子排列紊乱，形成不规则排 列的过渡薄层。
这种界面上原子的移动不是协同的， 即无一定先后顺序，相对位移距离不 等，其相邻关系也可能变化。这种界 面可在任何位置接受原子或输出原子， 随母相原子不断向新相转移，界面本 身便沿其法向推进，从而使新相逐渐 长大。
Gold new Gnew Gold Gold new 0
必须产生一定的过冷度或过热 度，即：
金属固态相变教程 刘宗昌
金属固态相变教程1. 引言金属固态相变是金属在固态下由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的过程。
相变是固态物体内部原子或离子的重新排列，伴随着固态材料的物理性质和晶体结构的改变。
金属固态相变的研究对于材料科学和工程中的合金设计、热处理工艺以及材料性能的改善具有重要意义。
本教程将介绍金属固态相变的基本概念、分类、影响因素以及相关应用。
2. 金属固态相变的基本概念金属固态相变指的是金属在固态下由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的过程。
晶体结构的改变导致材料的宏观性质发生变化，如机械性能、磁性和导电性等。
金属固态相变可分为等温相变和等温相分离两种类型。
2.1 等温相变等温相变是指金属在相变温度范围内，由一种晶体结构转变为另一种晶体结构，且相变前后的温度保持恒定。
等温相变的过程中，晶体的原子重新排列，形成新的结构。
常见的金属等温相变包括铁素体相变和马氏体相变。
2.2 等温相分离等温相分离是指金属在相变温度范围内，由一种晶体结构分离成两种或多种晶体结构。
相分离过程中，金属晶体内部形成不连续的晶界和相颗粒。
常见的金属等温相分离包括共析相分离和析出相分离。
3. 金属固态相变的分类金属固态相变可根据相变过程中晶体结构的改变方式进行分类。
根据晶体结构改变的方式，金属固态相变可分为构型相变和组元相变两种类型。
3.1 构型相变构型相变是指金属晶体在相变过程中原子排列方式的改变。
构型相变通常伴随着晶胞参数的改变，如晶胞的长度、角度和原子的配位数等。
常见的构型相变包括立方-四方相变、体心立方-面心立方相变以及体心立方-六方相变等。
3.2 组元相变组元相变是指金属晶体在相变过程中组成元素的变化。
组元相变通常涉及金属中原子或离子之间的交换和重新排列。
常见的组元相变包括固溶体相变和化合物相变等。
4. 金属固态相变的影响因素金属固态相变受多种因素的影响，包括温度、压力、组分、晶体缺陷和外界应力等。
这些因素对金属的晶体结构和相变过程产生影响，进而影响材料的性能和行为。
固态相变 知识点总结
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。
第一章 固态相变
第1章金属固态相变概论1.1金属固态相变的主要类型1.2金属固态相变的分类1.3金属固态相变的主要特点1.4固态相变的形核1.5固态相变时的晶核长大1.6固态相变动力学1.1金属固态相变的主要类型21ααα+→一、平衡转变61.同素异构体转变和多晶型转变62.平衡脱溶转变6共析转变6包析转变6调幅分解6有序化转变1.1金属固态相变的主要类型二、不平衡转变6伪共析转变6马氏体转变6块状转变6贝氏体转变6不平衡脱溶沉淀（时效）固态相变包括三个基本变化6晶体结构的变化：如同素异构转变、多晶型转变、马氏体相变；6化学成分的变化：调幅分解，只有成分转变而无相结构的变化；6有序程度的变化：如有序化转变，磁性转变、超导转变1.2金属固态相变的分类按热力学分类6平衡转变：缓慢加热或冷却同素异构、共析转变、调幅分解等6不平衡转变：快速加热或冷却伪共析转变、M转变、B转变等按动力学分类（依据原子运动的情况）6扩散型：脱溶沉淀、共析转变、有序化、块状转变、同素异构转变6非扩散型：M转变1.3金属固态相变的主要特点基本特点：È固态相变阻力大È原子迁移率低È非均匀形核派生特点：È低温相变时出现亚稳相È新相有特定形状È相界面È位向关系È存在惯习面新相有特定形状析出物的形状由相变中比体积（比容差）应变能和界面能的共同作用。
新相与母相保持弹性联系时，相同体积的晶核比较，新相呈片状的比体积应变能最小，针状次之，球状最大。
若过冷度很大，r*很小，界面能居主要地位，两相间易形成共格或半共格界面以降低表面能，同时应变能的降低使新相倾向于形成盘状（或薄片状）若过冷度很小时，r*较大，界面能居次要地位，两相间易形成非共格界面以降低应变能，若两相比容差很小，新相倾向于形成球状以降低界面能；若两相比容差较大，则倾向于形成针状以兼顾界面能和应变能相界面界面能居中界面能最小界面能最大位向关系为了减少界面能，新相与母相之间往往存在一定的晶体学关系，它们常以原子密度大而彼此匹配较好的低指数晶面相互平行来保持这种位向关系。
1 金属固态相变概论
(5) 不平衡脱溶转变(时效)
在等温条件下，由过饱和固溶体中析出第 二相的过程。
析出相为非平衡亚稳相。 举例：低碳钢和铝、镁等有色合金中会发
生这种转变。
固态相变总结
所发生的变化：结构；成分；有序化程度。 结构变化(一种变化)：同素异构转变、多
第1章 金属固态相变概论
本章主要内容
固态相变的类型及特点 经典形核理论及长大机制 相变动力学 扩散及非扩散型相变
1.0 概论
金属固态相变：固态金属(包括纯金属和合 金)在温度和压力改变时，组织和结构发生 变化的统称。
固态相变理论是施行金属热处理的理论依 据和实践基础。
固态相变的应用
固态相变的分类
(2) 按相变方式分类 有核相变(形核—长大型)：形核和长大。始
于程度大而范围小的相起伏，已相变区与未 相变区以相界面相分隔。钢中的相变大多为 形核—长大型相变。 无核相变(连续型)：无形核阶段。始于程度 小而范围大的相起伏，由于相起伏的程度小， 故母相中到处可以形核。如增幅分解。
利用其理化性能(功能材料)
相变储能材料 温控材料 薄膜材料
提高材料力学性能(结构材料) Nhomakorabea属热处理
固态相变的分类
(1) 按相变过程中原子迁移情况 扩散型：依靠原子的长距离扩散；相界面非
共格。如P、A转变，Fe，C都可扩散。 非扩散型：母相原子有规则地、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M转 变，Fe，C都不扩散。 半扩散型：既有切变，又有扩散。如B转变， Fe切变，C扩散。
特点：(a) 不需要形核，新形成的两个微 区之间无明显的界面和成分的突变，分解 速度快；(b) 通过上坡扩散实现成分变化。
第一章 金属固态相变概论资料
彼此衔接的，界面上的原子为两者➢共0.0有5<。但<0是.2理5 想--的----完半全共共格格界界面面，只有在孪晶
界，且孪晶界即为孪晶面时才可能➢存>在0.。25
------ 非共格界面
（2）半共格相界 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。
完全共格相界
弹性畸变共格相界
半共格相界
非共格相界
2 惯习面和位向关系
• 新相往往在母相的一定晶面上形成，该晶面即称 为惯习面。 习马面氏。体在奥氏体的(111)γ上形成， (111)γ既是惯
• 惯习面可能是原子移动最小距离就能形成新相的 面。
• 新相和母相之间的晶面和晶向往往存在一定的位 向关系，以减小两相间的界面能。
1 2
特点 ：
新形成的微区之间无明显的界 面和成分的突变；
通过上坡扩散，最终使均匀固 溶体变为不均匀固溶体。
无需驱动力，且进行的速度极
快。
二、 非平衡转变
1. 伪共析转变 铁素体和渗碳
体的相对量随奥氏 体的含碳量而变， 故称为伪共析体。
2. 马氏体相变
经无扩散过程形成的、与母相成分相同的一种 组织。
• 具有不同结构的两相之间的分界面称为“相界”。 • 按结构特点，相界面可分为：
➢ 共格相界 ➢ 半共格相界 ➢ 非共格相界
式中a 和b分别表示相界面两侧的 相和相
（1）共格相界
的点阵常数，且a ＞a 。
所谓"共格"是指界面上的原子➢同时< 位0.0于5 两相晶--格---的- 共结格点界上面，即两相的晶格是
金属与合金中的固态相变
金属与合金中的固态相变金属与合金是人类社会中不可或缺的材料，它们广泛应用于各个领域，如建筑、交通、电子、医疗等。
在金属与合金的制备和应用过程中，固态相变是一个重要的现象。
本文将从金属与合金的角度出发，介绍固态相变的基本概念、分类和应用。
一、基本概念固态相变是指物质在固态下，由于温度、压力等条件的改变，发生晶体结构、晶格常数、原子排列等方面的变化。
固态相变可以分为两类：一类是一级相变，即物质在相变时伴随着热量的吸收或释放，如冰的融化和凝固；另一类是二级相变，即物质在相变时不伴随着热量的吸收或释放，如铁的铁磁相变。
二、金属中的固态相变金属是一类具有良好导电性、导热性和延展性的材料，其固态相变主要包括晶格常数的变化、晶体结构的变化和相变温度的变化。
晶格常数的变化是指金属在相变时晶格常数的改变。
例如，铁在加热至910℃时，其晶格常数由室温下的2.87Å增加至3.64Å，发生了由体心立方晶系向面心立方晶系的相变。
晶体结构的变化是指金属在相变时晶体结构的改变。
例如，铝在加热至660℃时，从面心立方晶系转变为体心立方晶系。
相变温度的变化是指金属在相变时相变温度的改变。
例如，铜在加热至1083℃时，发生由面心立方晶系向液态的相变。
三、合金中的固态相变合金是由两种或两种以上金属或非金属元素组成的材料，其固态相变主要包括共晶反应、共析反应和析出反应。
共晶反应是指两种或两种以上金属或非金属元素在一定比例下，同时熔化并形成共晶组织。
例如，铜和锡的共晶温度为227℃，共晶组织为铜锡共晶。
共析反应是指合金中的一种元素在一定温度下先于其他元素析出。
例如，铝和铜的共析温度为548℃，共析组织为铝铜共析。
析出反应是指合金中的一种元素在一定温度下从固溶体中析出。
例如，钢中的碳在加热至一定温度时，从固溶体中析出形成铁素体。
四、应用固态相变在金属与合金的制备和应用中具有重要的作用。
例如，通过控制金属的固态相变，可以改变其力学性能、磁性能、导电性能等，从而满足不同领域的需求。
金属固态相变概论及热力学
晶体中的缺陷：位错、空位、间隙原子、晶界等 缺陷处的特点：有大的能量、结构、成份起伏
形核功大小依次为： 均匀形核空位形核位错形核晶界形核
5、原子的扩散
随着过冷度增大，相变驱动力增大，相变速度增大，但 原子扩散能力减小。
三 金属固态相变的形核
1、金属固态相变的热力学条件 1.1、相变的驱动力（相变的热力学条件）
格方式以降低界面能，从而降低总的形核功，易于 形核。 6）过冷度小时界面能不起主导作用，易形成非共格界 面。
2、位相关系和惯习面（共格、半共格）
惯习面：在母相上开始形成新相的一定晶面。 表示：以母相的晶面指数。 结构：晶面上新相和母相原子排列相近，界面能小。
两相中存在着保持平行关系的密排晶面和晶向
新相与母相成分相同时：界面迁移通过点阵切变完成， 不需原子扩散，激活能为零，新相长大速度极快。 如马氏体相变。
新相与母相之间存在一定的晶体学位相关系时，长大时仍 保持此关系。
（1）半共格界面的迁移：
界面能较低，长大过程中界面为平面，机制有：
a.切变机制：以均匀切变方式进行的协同型长大，属无
扩散型相变，导致表面倾动。 特点：大量原子有规则的沿某一方向作小于一个原子间 距的迁移，并保持原有的相邻关系不变。
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时，两相原子之间的匹 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。
结论： 1）金属固态相变时，两相之间将产生界面能和弹性应
变能。 2）金属固态相变的相变阻力：界面能和弹性应变能； 3）两相界面共格时，界面能最小、弹性应变能最大； 4）新相呈球状时，界面能最低，应变能最大。 5）过冷度大时，临界晶核尺寸很小，两相界面易取共
第一章__金属固态相变基础
一、相变分类
3. 按原子迁移情况分类 （1）扩散型相变 温度足够高、原子活动能力足够强、时间足够长 情况下发生的相变。 特点： 相变过程有原子扩散，相变速率受原子扩散速度控制；
新、旧相成分不同； 新、旧相比容不同引起体积变化，但宏观形状不变。 如：同素异构转变、脱溶转变、共析转变、调幅分解、 有序化转变、珠光体转变等
化学势一级偏微商相等
化学势二级偏微商不等
因此：无相变潜热和体积变化，而比热、压缩系数、膨胀系 数是变化的。如材料有序化转变、磁性转变、超导转变等。
一、相变分类
2.按平衡状态图分类
(1)平衡相变
同素异构转变和多形性转变 纯金属 固溶体
纯金属在温度和压力改变时，由一种晶体结构转变为 另一种晶体结构的过程称为同素异构转变。 在固溶体中发生的同素异构转变称为多形性转变。
冷却时：γ→α+Fe3C 共析相变 加热时：α+Fe3C→γ 逆共析型相变
调幅分解
某些合金在高温下具有均匀单相固溶体，但 冷却到某一温度范围时可分解成为与原固溶体结 构相同但成分不同的两个微区，如α→α1+α2，这 种转变称为调幅分解。
调幅分解的特点
在转变初期形成的两个微区之间并无明 显界面和成分突变，但是通过上坡扩散，最 终使原来的均匀固溶体变成不均匀固溶体。
1.1 金属固态相变概述
一、相变分类
1.按热力学分类 (1)一级相变 对新、旧相α和β，有： μα=μβ Sα≠ Sβ Vα≠Vβ 说明一级相变有相变潜热和体积变化。 材料凝固、熔化、升华、同素异构转变均为一级相变。 固态相变大部分为一级相变。
1.1 金属固态相变概述
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 。
1-2固态相变的分类
¾ 界面控制的扩散型相变
纯金属的多型性转变：只有晶体结构的变化，没 有成分的变化。新相的形成仅需要旧相的原子越 过界面，形成新相，是依靠原子自扩散完成的。 例如纯铁的奥氏体-铁素体转变。
¾ 体扩散控制的扩散型相变
这种相变中，由于新相的化学成分与母相不同， 相界面的迁移除了受界面机制控制外，还必须满 足溶质原子重新分布的要求。因此，界面的迁移 需要溶质原子在母相晶格中长程扩散。
• 定义：合金经高温固溶处理后，在室温或加热到 某一温度等温，过饱和固溶体中脱溶析出新相的 过程，称为不平衡脱溶。
¾ 块状相变
• 钢和合金中的块状转变也是一种不平衡转变。 如，在冷却速度足够快时，γ相可能通过块状相 变的机制转变为α相。
• 块状相变与马氏体转变不同，新相形态、界面结 构不同于马氏体。块状相变时，新相与旧相的交 界面处原子有短距离的扩散，转变产物呈块状。
¾ 同素异构转变
• 定义：纯金属在温度、压力改变时，由一种晶体 结构转变为另一种晶体结构的过程，称为同素异 构转变。
• 如锰，不同温度下，具有α-Mn、β-Mn、γ-Mn、 δ-Mn；铁在不同温度下，具有α-Fe、γ-Fe、 δ-Fe等晶体结构。钛、钴、锡等金属也都具有同 素异构转变。
¾ 多型性转变
按热力学分类，可分为一级相变和二 级相变。
按原子的迁移特征分类，可分为扩散 型相变和无扩散型相变。
按相变的平衡状态分类
平衡转变
定义：在极为缓慢的加热或冷却的条件下获得符 合状态图的平衡组织的相的转变，属于平衡转变。
平衡转变有以下七种：纯金属的同素异构转变； 多型性转变；共析转变；包析转变；平衡脱溶； 调幅分解；有序化转变。
¾ 调幅分解
• 定义：某些合金在高温时形成单相的均匀的固溶 体，缓慢冷却到某一温度范围内时，通过上坡扩 散，分解为两个固相，其结构与原固溶体相同， 但成分不同，是成分不均匀的固溶体，这种转变 称为调幅分解。
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。
1.2金属固态相变的分类
Fe-C相图左下角和伪共析区示意图
1.2.2 钢中的马氏体相变
将奥氏体以较大的冷却速度过冷到低温 区，奥氏体以无扩散方式发生转变，即 在Ms点以下发生马氏体转变。得到马氏 体组织。 应当指出：在有色金属和非金属陶瓷中 也存在马氏体相变。
1.2.3 贝氏体转变
钢中的奥氏体过冷到中温区，在珠光体 和马氏体转变温度之间，发生贝氏体转 变。形成以贝氏体铁素体为基体，其上 分布着渗碳体，或ε－碳化物，或残留奥 氏体等相的组织形貌。（详见贝氏体转 变一章） 应当指出：在有色金属及合金中也存在 贝氏体相变。
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。
1.1.2多形性转变
定义：固溶体的同素异构转变称为多形性转变。 纯金属中溶入溶质元素形成固溶体时，也发生 同素异构转变。如奥氏体是碳及合金元素溶入 γ-Fe的固溶体。奥氏体能转变为α－铁素体、 δ-铁素体。 同素异构转变和多形性转变是固态相变的主要 类型，是固态相变复杂多变的根源之一。
1.1.3共析转变
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。
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
金属固态相变原理Principleofsolid-statephasetransformation
有碳原子扩散而铁原子不扩散的不平衡转变
5. 不平衡脱溶沉淀(non-equilibrium pricipitation )
在不平衡状态下，过饱和固溶体中析出新相的转变。（时效）
金属固态相变原理
三、按原子迁移情况分类
1、扩散型相变：非协同型转变
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。 基本特点：①相变过程依赖原子的扩散；②新相与母相成分不同；
→12
上坡扩散
富溶质原子1与贫溶质原子2
6）有序化转变 各组元的相对位置从无序→有序 金属固态相变原理
二、不平衡转变 (non-equilibrium transformation)
快速加热或冷却----平衡转变受到抑制----发生某些在相图上不能反映的 不平衡（亚稳）组织 1. 伪共析(pseudo-eutectoid)转变 由成分偏离共析成分的过冷固溶体形成的
貌似共析体的组织转变。
组成相的相对量由A的碳含量而变。 2. 马氏体(martensite)转变 无扩散的共格切变型相变。 结构： 成分与A相同
金属固态相变原理
二、不平衡转变
3. 块状(massive)转变
冷却速度不够快-----形成相的形状是不规则的块，与母相的成分相
同、 与母相的界面是非共格的、无扩散相变。
§1-4 固态相变时的晶核长大
一、新相长大机理
实质：界面向母相方向的迁移 界面过程：界面附近原子调整位置使晶核得以长大的过程。
1、半共格界面的迁移
1）切变长大：如马氏体转变 协同型长大、位移式长大、无扩散 2）台阶式长大：界面上的位错沿滑移面滑移位错随界面移动 2、非共格界面的迁移非协同型长大、扩散型相变
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第四章马氏体相变
4.4马氏体相变动力学
a
4.4.1降温 瞬时形核、 瞬时长大
b
4.4.2等温 形核、瞬
时长大
c
4.4.3自触 发形核、 瞬时长大
d
4.4.4表面 马氏体相
变
第四章马氏 体相变
4.5钢中马氏体的晶体结 构
a
4.5.1马氏体点阵常 数和碳含量的关系
4.5.2马氏体的点 阵结构及其畸变
5.1贝氏体相变的基本特征和组织 形态
1
5.1.1贝氏体相变的基本特征
2
5.1.2钢中贝氏体的组织形态
第五章贝氏体相变
5.2贝氏体相变机制
01
5.2.1恩金 贝氏体相变
假说
02
5.2.2柯俊 贝氏体相变
假说
03
5.2.3贝氏 体的形成过
程
第五章贝氏体相变
5.3贝氏体相变动力学及其影响因素
0 1 5.3.1贝氏体等温相变动力学 0 2 5.3.2贝氏体相变时碳的扩散 0 3 5.3.3影响贝氏体相变动力学的因素
1.3.1金属固态相变的速率 1.3.2钢中过冷奥氏体转变动 力学
one
02
第二章钢中奥氏体的形成
第二章钢 中奥氏体 的形成
2.1奥氏体的组织特征 2.2奥氏体的形成机制 2.3奥氏体形成动力学 2.4奥氏体晶粒长大及其控制
第二章钢中奥氏体的形成
2.1奥氏体的组织特征
2.1.1奥氏体形成的 温度范围
2.1.2奥氏体的组织 和结构
2.1.3奥氏体的性能
第二章钢中奥氏体的形成
2.2奥氏体的形成机制
2.2.1奥氏 体形核
1
2.2.2奥氏 体晶核长大
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。
金属固态相变
金属固态相变一、概论1.基本概念相：金属或合金中结构相同、成分和性能均一并以界面相互分开的组成部分。
固态相变：固态金属或合金中固态相之间的转变。
2.分类：（1）转变条件：平衡转变：同素异构转变、多形性转变、共析转变、包析转变、平衡脱溶沉淀、调幅分解、有序化转变。
非平衡转变：伪共析转变、马氏体转变、贝氏体转变、不平衡脱溶沉淀、块状转变。
（2）原子迁移特征：扩散型相变、无扩散型相变。
（3）热力学：一级相变、二级相变。
（4）相变方式：形核-长大型相变、无核相变。
3.特点（1）根据新相和母相原子在相界面上的晶体学匹配程度，形成具有晶体学特征的相界面。
基本条件：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有差异，但在某一组特定的晶体学平面可使两相原子之间产生完全匹配。
共格晶面：界面上原子所占位置恰好是两相点阵的共有结点位置，两相在界面上的原子可以一对一地相互匹配。
δ<0.05。
第一类共格（正应变），第二类共格（切应变）。
界面能最小，应变能最大。
半共格晶面：在界面上两相原子部分保持匹配。
0.05<δ<0.25。
非共格晶面：两相界面处的原子排列差异很大，即错配度大，其原子连半共格关系也不能维持。
δ>0.25。
界面能最大，应变能最小。
错配度：两相界面上原子间距的相对差值。
δ=Δa/a（2）弹性应变能和界面能一起成为相变阻力。
弹性应变能：①共格应变能：固态相变时新相与母相界面上的原子由于要强制地实行匹配，以建立共格或半共格联系，在界面附近区域将产生应变能。
（共格最大，半共格次之，非共格为0。
）。
②比体积差应变能：由于新相和母相的比体积不同，新相形成时的体积变化将受到周围母相的约束而产生的弹性应变能。
（圆盘状最小，针状次之，球状最大。
）。
界面能：①界面上原子排列的不规则性造成能量的增加。
②新旧两相化学成分的改变引起的化学能改变。
（3）原子的迁移率低。
10-12-10-11cm·s-1。
金属固态相变原理
金属固态相变原理金属固态相变是指金属在温度、压力等条件下发生晶体结构和性质的变化。
金属固态相变原理是金属材料学中的重要内容，对于理解金属材料的性能和应用具有重要意义。
首先，我们来看一下金属固态相变的分类。
金属固态相变可以分为两类，一类是在固态下发生的晶体结构的变化，另一类是在固态下发生的晶体结构和相的变化。
晶体结构的变化包括晶格参数、晶胞体积和晶体形态的变化，而晶体结构和相的变化则包括晶体结构和晶体相的变化。
其次，金属固态相变的原理在于金属原子在不同温度、压力等条件下的排列方式发生变化。
金属原子在晶体中的排列方式决定了金属的性能和行为。
当金属原子的排列方式发生变化时，金属的性能和行为也会发生相应的变化。
因此，了解金属固态相变的原理对于控制金属材料的性能具有重要意义。
金属固态相变的原理还涉及到热力学和动力学的知识。
热力学是研究热平衡状态和热平衡过程的科学，而动力学是研究物体运动规律的科学。
金属固态相变的原理可以通过热力学和动力学的知识来解释和理解。
热力学可以揭示金属固态相变的原因和条件，而动力学可以揭示金属固态相变的过程和速率。
金属固态相变的原理对于金属材料的加工、热处理和应用具有重要意义。
通过控制金属固态相变的条件和过程，可以改变金属材料的结构和性能，从而实现对金属材料的调控和优化。
金属固态相变的原理也为金属材料的设计和制备提供了重要的理论基础。
总之，金属固态相变原理是金属材料学中的重要内容，对于理解金属材料的性能和应用具有重要意义。
通过深入研究金属固态相变的原理，可以更好地掌握金属材料的性能调控和应用技术，从而推动金属材料领域的发展和进步。
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1.1.5平衡脱溶
在高温相中固溶了一定量合金元素，当温度降低时溶解 度下降，在足够缓慢冷却的条件下，过饱和固溶体将析出新 相，此过程称为平衡脱溶。 新相的析出，母相的成分和体积分数不断变化。新相的 成分、结构与母相不同。例如，奥氏体中析出二次渗碳体， 就属于这种转变。
1.1.6调幅分解
定义： 某些合金在高温时形成单相的均匀的固溶体, 缓慢冷却到某一温度范围内时,通过上坡扩散, 分解为两相,其结构与原固溶体相同,但成分 不同,是成分不均匀的固溶体,这种相变称为 调幅分解. 用反应式α α1+α2表示。
1.1.1同素异构转变
定义：纯金属在温度、压力改变时，由一种晶 体结构转变为另一种晶体结构的过程，称为同 素异构转变。 如，锰，不同温度下，具有α-Mn、β-Mn、γMn、δ-Mn；铁在不同条件下，具有α-Fe、 γ-Fe、δ-Fe、 ε-Fe等晶体结构。 钛、钴、锡等金属也都具有同素异构转变。
2.按原子迁移特征分类
固态相变发生相的晶体结构的改造或化学成分 的调整，若原子的迁移造成原有原子的邻居关 系的破坏，则属扩散型相变。 反之，若不破坏原有原子的邻居关系，每次原 子位移不超过一个原子间距，成分不改变，则 为无扩散型相变。
3．按热力学分类
相变的热力学分类是按温度和压力对自由焓的 偏导函数在相变点（To ，Po ）的数学特征，将相变 分为一级相变、二级相变或更高级的相变。 当温度升、降到临界点T0 时，将发生α⇌β相 变。如果外界条件使这一转变成为一个似静过程， 则两相的自由焓及化学位均相等，即：μα=μβ ， G α= G β。 如果，相变时的化学位的一级偏导数不等，则 称为一级相变。
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。
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
说明：二级相变时，没有体积和熵的突 变，即没有体积的胀缩及潜热的释放或 吸收。 但压缩系数k，等压热容Cp，膨胀系数α 有突变。有序转变等为二级相变。
Fe-C相图左下角和伪共析区示意图
1.2.2 钢中的马氏体相变
将奥氏体以较大的冷却速度过冷到低温 区，奥氏体以无扩散方式发生转变，即 在Ms点以下发生马氏体转变。得到马氏 体组织。 应当指出：在有色金属和非金属陶瓷中 也存在马氏体相变。
1.2.3 贝氏体转变
钢中的奥氏体过冷到中温区，在珠光体 和马氏体转变温度之间，发生贝氏体转 变。形成以贝氏体铁素体为基体，其上 分布着渗碳体，或ε－碳化物，或残留奥 氏体等相的组织形貌。（详见贝氏体转 变一章） 应当指出：在有色金属及合金中也存在 贝氏体相变。
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。
1.2非平衡转变
在非平衡加热或冷却条件下,平衡转 变受到抑制,将发生平衡图上不能反映的 转变类型,获得不平衡组织或亚稳状态的 组织. 钢中及有色合金中都能发生不平衡 转变. 如钢中发生的马氏体相变,贝氏体相 变等。
1.2.1 伪共析转变
定义：某些成分的钢，当奥氏体以较快的速度冷却时， 奥氏体被过冷到ES线和GS线的延长线以下时，如图1-1所示。 这时奥氏体同时满足析出铁素体和渗碳体的条件，将同时析 出铁素体和渗碳体。这一过程称为伪共析转变。
定义：冷却时，固溶体同时分解为两个不同 成分和结构的相的固态相变称为共析转变。 用反应式γ α+β表示。 如钢中的共析分解：A F+ Fe3C。是两相 共析共生的过程。 反过来则称为逆共析： F+ Fe3C A
1.1.4包析转变定义：冷却时由两个固相合并转变为一 个固相的固态相变过程称为包析转变。 用α+β γ表示。 在Fe-B系中，于910℃发生γ+Fe2B α 的 包 析 反 应 。 此 外 ， 在 Mg—Zn 系 、 Cu—Zn系合金中也有包析转变。 与包晶转变不同。δ＋L A
钢中各相的比体积
对于过冷奥氏体转变为马氏体、贝氏体、珠光体，体积都 是膨胀的。表1-2列举了碳素钢中奥氏体、铁素体、渗碳 体、马氏体等各相比容不同，奥氏体在向珠光体、贝氏体、 马氏体转变时，比容均增大，体积均膨胀，如表1-3所示。
1.1.2多形性转变
定义：固溶体的同素异构转变称为多形性转变。 纯金属中溶入溶质元素形成固溶体时，也发生 同素异构转变。如奥氏体是碳及合金元素溶入 γ-Fe的固溶体。奥氏体能转变为α－铁素体、 δ-铁素体。 同素异构转变和多形性转变是固态相变的主要 类型，是固态相变复杂多变的根源之一。
1.1.3共析转变
1.2金属固态相变的分类
按相变的平衡状态可以分为平衡相变和 非平衡相变； 按热力学分类，可分为一级相变和二级 相变； 按原子的迁移特征分类，可分为扩散型 相变和无扩散型相变。
1、按相变的平衡状态分类
1.1平衡转变 定义：在极为缓慢的加热或冷却的条件 下获得符合状态图的平衡组织的相。属 于平衡转变。平衡转变有以下七种。