合金元素对相变影响

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1.2 第1章_钢合金化概论-钢的强化和韧化

2、影响塑性的因素
溶质原子
↓ 韧性，间隙溶质原子 > 置换溶质原子。
晶粒度
第二相杂质
细晶既↑σS，又 ↑ 韧性 → 最佳组织因素。
K↓韧性。K 小、匀、圆、适量 → 工艺努力方向。
杂质往往是形变断裂的孔洞形成核心， → 提高钢的冶金质量是必须的。
3、改善钢韧性的途径
1.改善延性断裂的途径 2.改善解理断裂抗力的途径 3.改善沿晶断裂抗力的途径
锰对钢γ区的影响
铬对钢γ区的影响
3、对γ-Fe区的影响
A形成元素Ni、Mn等使γ-Fe区扩大→钢在室温下也为A体 — A钢； F形成元素Cr、Si等使γ-Fe区缩小→钢在高温下仍为F体 — 铁素体钢。
二、合金钢的加热A化
α+ Fe3C (或 K) →
γ
α→γ：需要Fe重组和 C扩散
Fe3C或K：需要溶解于γ
s 0 Ks d
著名的Hall-petch公式式中，d为晶粒直径，Ks为系数
1/ 2
机理
晶粒越细 → 晶界、亚晶界越多→ 有效阻止位错运动，产生位错塞积强化。
效果
↑钢的强度，又↑塑性和韧度这是最理想的强化途径.
3、第二相强化
表达式
P K P
1
机理
微粒第二相钉扎位错运动→强化效果主要有切割机制和绕过机制。在钢中主要是绕过机制。两种情况：回火时弥散沉淀析出强化，淬火时残留第二相强化。有效提高强度，但稍降低塑韧性。
效果
提高强度，降低塑韧性
固溶强化的规律
（ 1）溶质元素在溶剂中的饱和溶解度愈小，其固溶强化效果愈好。
置换元素对α-Fe屈服强度的影响
固溶强化的规律

第七章合金元素在钢中作用

4．常用钢种
40 40 4ZSiMn 低淬透性合金调质钢 Cr、 MnB、 38 40 中淬透性合金调质钢 CrMoAl、 CrNi 高淬透性合金调质钢 CrMnMo、 Cr Ni4WA 40 25 2
四、合金弹簧钢
1．弹簧性能特点
要求必须具有高的弹性极限，高的屈要求必须具有高的弹性极限，强比（Gs/50）高的疲劳强度（强比（Gs/50）高的疲劳强度（尤其是缺口疲劳强度）是缺口疲劳强度）及足够韧性。
4.合金元素对M相变温度也有影响 4.合金元素对M
大多数合金元素使Ms点下降大多数合金元素使Ms点下降
第二节合金钢的分类与编号
一、合金钢分类通用分类方法有 : 1．按合金元素的质量分数 2．按合金元素的种类分：铬钢、锰钢、铬镍按合金元素的种类分：铬钢、锰钢、钢、硅锰钼钒钢等 3．按主要用途分
建筑及工程用结构钢结构钢机械制造用结构钢工具钢特殊性能钢
二、合金钢的牌号
命名原则：由钢中碳的质量分数、命名原则：由钢中碳的质量分数、合金元素的种类和质量分数的组合来表示。来表示。当钢中合金元素的平均质量分数<1.5%钢号中只标出元素符量分数<1.5%钢号中只标出元素符不标明元素的平均质量分数。号，不标明元素的平均质量分数。 >1.5%、2.5%、3.5%在元素符当>1.5%、2.5%、3.5%在元素符号的后面相应标出2 ……。号的后面相应标出2、3、4……。
例：20crMnTi钢制造汽车变速箱 20crMnTi钢制造汽车变速箱齿轮工艺路线：齿轮工艺路线：锻造正火加工齿形局部镀铜（防渗碳）渗碳防渗碳）预冷淬火+ 预冷淬火+ 低温回火喷丸磨齿 20crMnTi汽车变速齿轮热处理工 20crMnTi汽车变速齿轮热处理工艺曲线及显微组织与力学性能。艺曲线及显微组织与力学性能。

合金元素在钢中的作用

1. 合金元素对钢性能的影响钢材中合金元素可以提高钢铁材料洁净度、均匀度、组织细度等影响材料性能，提高冶金行业资源、能源利用效率，实现节能、环保，促进钢铁行业可持续发展。

主要有以下几个方面：(1)结晶强化。

结晶强化就是通过控制结晶条件，在凝固结晶以后获得良好的宏观组织和显微组织，从而提高金属材料的性能。

它包括：(2)形变强化。

金属材料经冷加工塑性变形可以提高其强度。

这是由于材料在塑性变形后位错运动的阻力增加所致。

(3)固溶强化．通过合金化(加入合金元素)组成固溶体，使金属材料得到强化称为固溶强化。

(4)相变强化。

合金化的金属材料，通过热处理等手段发生固态相变，获得需要的组织结构，使金属材料得到强化，称为相变强化。

(5)晶界强化。

晶界部位的自由能较高，而且存在着大量的缺陷和空穴，在低温时，晶界阻碍了位错的运动，因而晶界强度高于晶粒本身；但在高温时，沿晶界的扩散速度比晶内扩散速度大得，晶界强度显著降低。

因此强化晶界对提高钢的热强性是很有效的。

硼对晶界的强化作用，是由于硼偏集于晶界上，使晶界区域的晶格缺位和空穴减少，晶界自由能降低；硼还减缓了合金元素沿晶界的扩散过程；硼能使沿晶界的析出物降低，改善了晶界状态，加入微量硼、锆或硼+锆能延迟晶界上的裂纹形成过程；此外，它们还有利于碳化物相的稳定。

(6)综合强化。

在实际生产上，强化金属材料大都是同时采用几种强化方法的综合强化，以充分发挥强化能力。

例如：1）固溶强化十形变强化，常用于固溶体系合金的强化。

2）结晶强化+沉淀强化，用于铸件强化。

3）马氏体强化+表面形变强化。

对一些承受疲劳载荷的构件，常在调质处理后再进行喷丸或滚压处理。

4）固溶强化+沉淀强化。

对于高温承压元件常采用这种方法，以提高材料的高温性能。

有时还采用硼的强化晶界作用，进一步提高材料的高温强度。

2.合金元素的存在形式根据合金元素与碳的作用不同，可将合金元素分为两大类：碳化物形成元素，它们比Fe具有更强的亲碳能力，在钢中将优先形成碳化物，依其强弱顺序为Zr、Ti、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe等，它们大多是过渡族元素，在周期表上均位于Fe的左侧；非碳化物形成元素，主要包括Ni、Si、Co、Al等，他们与碳一般不生成碳化物而固溶于固溶体中，或生成其它化合物如AlN，一般位于周期表的右侧。

钢的合金化原理

F钢，M钢，A钢和双相钢。
按化学成分分：碳素钢和合金钢；
按工艺特点分：铸钢, 渗碳钢, 易削钢等；
按质量等级分: 普通质量钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢。
2. 合金钢的编号方法
含碳量C：一般以平均含碳量的万分之几来表示。如 30CrMnA: 平均含碳量为0.30%； 60Si2Mn: 平均含碳量为0.60%。
一. 铁基固溶体
1. 置换（代位）固溶体 Ni, Co, Mn与γ-Fe形成无限固溶体。 Cr, V 与α-Fe形成无限固溶体。其它置换原子与γ- Fe或α- Fe形成有限固溶体。
2. 间隙固溶体间隙原子：B，C，N，O，H 间隙原子总是部分占据溶剂金属点阵的八面体或四面体间
按照M对Fe-M影响:
扩大γ相区使A3降低，A4升高。一般为奥氏体形成元素。
缩小γ相区：使A3升高，A4降低。一般为铁素体形成元素。
扩大γ相区分为两类：
1）开启γ相区
Mn, Ni, Co
Fe-Ni合金
2）扩大γ相区
有C，N，Cu等。如Fe-C相图，形成的扩大的γ相区，构成了钢的热处理的基础。
合金元素M
平均含量小于1.5%时，只标元素。如：20MnVB： 0.20%C, <1.5%Mn, <0.2%V, 微量B；
平均含量在 1.5-2.49 ％， 2.50-3.49 ％ …22.50-23.49 ％…应相应地写为 2, 3，… , 23；如 55Si2Mn: 0.55%C, 2%Si, <1.5% Mn 0Cr18Ni9Ti: <0.08%C, 18%Cr, 9%Ni, 少量Ti
Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu; Y, Zr, Nb, Mo; W, Ta, La系。

相变作业及答案

相变作业及答案第一章奥氏体的形成1．从热力学出发，合金相可能存在哪几种状态？试举例说明。

答：按照热力学第二定律，隔离体系中，过程自发的方向为自由能降低的方向。

可以判断，体系处于自由能最低的状态为稳定状态。

照此规律，合金相可以分下述三种状态：1）稳定相：在体系中处于自由能最低的相。

例如，在室温存在的铁素体，在910～1394℃存在的奥氏体等；2）亚稳相：在体系中处于自由能较低且与最低自由能位的相由能垒相分隔的相。

例如，在室温存在的渗碳体，马氏体等；3）不稳定相：在体系中处于自由能较低且与稳定相和亚稳相之间无能垒相分隔的相。

例如，过冷奥氏体等。

2．综述奥氏体的主要性能。

（200字以内）答：奥氏体是碳溶于r Fe中的间隙固溶体，碳的溶入，使点阵发生畸变，从而点阵常数增大；虽然，大多合金元素为置换型的，但由于二者的原子半径不等，从而亦引起点阵畸变，上述因素均使奥氏体得到强化。

在钢的各种组织中，A的比容最小，而线膨胀系数最大，且为顺磁性，根据这些性能不仅可以定量分析奥氏体量，测定相对开始点，而且可以用来控制热处理变形及制作功能元器件。

A的导热系数较小，仅比渗碳体大，为避免工件的变形，故不宜采用过大的加热速较低，易于塑性变形，故工件的塑性变形常常加热度。

由于奥氏体塑性好，σS到奥氏体单相区中进行。

C亚稳平衡图，说明加热时奥氏体的形成机理。

3．画出Fe-Fe3答：加热时，奥氏体的形成，是在固态下实现的相变，它属于形核长大型，是受扩散控制的。

1）奥氏体的形核（1）形核的成分、结构条件由Fe—Fe3C相图知，在A1温度C%0.0218 6.690.77结构体心立方复杂斜方面心立方可见，转变前的二相与转变产物不仅在成分上，而且在结构上都很大差异。

所以，奥氏体的形核需同时满足成分、结构及能量上的要求。

（2）形核的自由能判据珠光体转变为奥氏体时，体系总的自由能变化为其中为Ａ与Ｐ的自由能差为晶体缺陷处形核时引起的自由能降低为弹性应变能为产生新相后引入的界面能由热力学知，在Ａ１温度，＝０，而、、均为正植，并且仅仅依靠缺陷以及能量起伏提供的能量，并不能使，所以相变必须在一定的过热度下，使得，才能得。

合金元素对钢的影响43

3、增大回火脆性
回火脆性：在某些温度区间回火时，钢的硬度显著下降的现象。
消除方法：①快冷；②加入 Mo 或 W
合金钢的强化机制：
合金F 的固溶强化 M位错强化细晶强化（F、M晶粒度，P片间距↓）弥散强化（也称第二相（沉淀）强化）
六、结构钢中常用的合金元素及其作用
主加元素：Cr、Ni、Si、Mn 辅加元素：W、Mo、V、Ti、B
vtinbzr强烈阻碍a体晶粒长大wcrmo中等阻碍a体晶粒长大mnb促进a体晶粒长大2合金元素对过冷奥氏体转变的影响合金元素对c曲线的影响除co外几乎所有合金元素溶入奥氏体后都增大过冷奥氏体的稳定性使c曲线右移即提高钢的淬透性
第三节合金元素对钢的影响
为什么要加入合金元素？
一、碳钢的局限性 1.淬透性低 2.强度和屈强比低 3.高温强度差 4.不能满足特殊性能的要求
☆ Co、Ni等部分非碳化物形成元素能增大C的扩散速度，使奥氏体形成速度加快。
☆ Al、Si、Mn等合金元素对奥氏体形成速度影响不大。
⑵对奥氏体晶粒大小的影响
➢除Co、Ni以外，绝大多数合金元素，特别是强碳化物形成元素由于形成合金渗碳体和特殊碳化物，更难溶入奥氏体中，并且阻碍奥氏体晶界的移动和奥氏体晶粒的长大，起到细化晶粒的作用。 ➢V、Ti、Nb、Zr强烈阻碍A体晶粒长大 ➢W、Cr、Mo中等阻碍A体晶粒长大 ➢Mn、B促进A体晶粒长大
使共晶转变点E 左移 → 钢中出现Ld ' 。
3、对共析转变温度A1的影响扩大A相区的元素使铁碳合金相图中共析转变温度A1下降；缩小A相区的元素则使其上升，并都使共析反应在一个温度范围内进行。
四、合金元素对钢热处理的影响
1、合金元素对加热时相变的影响

相变原理课后习题

1 分析固态相变的动力和阻力。

动力：体系自由能差阻力：1.两相表面能产生界面能2.界面原子同时受到两相的制约，原子所处的位置要偏离其平衡位置，产生额外应变能。

2 讨论固态相变新相形状的影响因素。

3 比较扩散型相变和非扩散型相变的特点。

1以共析钢为例，说明奥氏体的形成过程，并讨论为什么在铁素体相消失的瞬间，还有部分渗碳体未溶解?共析钢在加热和冷却过程中经过A 1线时，发生珠光体与奥氏体间的相互转变，奥氏体形成时系统总自由能变化为只有当温度高于A 1时，珠光体向奥氏体转变的驱动力才能克服界面能，奥氏体才能自发形成。

所以，奥氏体形成必须要有一定的过冷度。

奥氏体的形成过程是由碳含量和点阵结构不同的两个相转变为另一种点阵结构的均匀相，包括C 原子的扩散重新分布和Fe 原子由体心立方向面心立方的点阵重构。

1。

奥氏体的形核形核部位：铁素体和渗碳体两相界面上，以及珠光体团边界处。

2.奥氏体晶核长大，碳在奥氏体中扩散，也在铁素体中扩散。

3. 剩余碳化物溶解4.奥氏体均匀化由于：奥氏体向铁素体中的长大速度比向渗碳体中的长大速度快很多，渗碳体剩余。

2奥氏体的晶粒度由几种表示方法？并讨论影响奥氏体晶粒度的影响因素。

起始晶粒度；实际晶粒度；本质晶粒度。

1 加热温度和保温时间的影响随加热温度升高奥氏体晶粒长大速度提高。

当加热温度较低时，保温时间对奥氏体晶粒大小影响不大；当加热温度较高时，初期保温时间奥氏体晶粒长大速度较大，随后逐渐降低。

加热温度较高时，保温时间应当缩短，才能保持较小的奥氏体晶粒。

eS V G G G G ∆+∆+∆=∆2 加热速度的影响加热速度提高，奥氏体形成温度提高，形核率和长大速率都提高，但形核率和长大速率之比增大，所以起始晶粒细小。

如果保温时间过长，由于起始晶粒小，温度高，晶粒长大速度快，所以只有快速加热、短时保温才能获得细小的实际奥氏体晶粒。

3 钢中碳含量的影响：在一定的碳含量范围内，随碳含量的增加，碳原子和铁原子的扩散速度提高，促进奥氏体晶粒长大；但碳含量过高，二次渗碳体不能全部溶解，形成第二相质点，阻碍奥氏体晶粒长大。

影响珠光体动力学的因素

影响珠光体动力学的因素：(1) 碳含量的影响①亚共析钢先共析铁素体的孕育期增长C%珠光体转变的孕育期增长②过共析钢在完全奥氏体化时，C%↑↑渗碳体的形核率↑先共析渗碳体析出的孕育期↓析出速度↑P转变孕育期↓不完全奥氏体化时，组织为A＋残余碳化物促进P形核和晶体长大P转变孕育期↓转变速度↑（2）合金元素的影响除Co以外，只要合金元素溶入奥氏体中，均使钢的TTT 曲线右移；除Ni、Mn以外，常用合金元素使鼻尖温度移向高温。

①合金元素自扩散的影响一般认为，当转变温度较高以及合金元素含量较高时，转变一开始就能形成特殊碳化物（即使仍形成渗碳体型碳化物，也是溶有合金元素的合金渗碳体），即合金元素在转变一开始就通过扩散进行了再分配，而合金元素的扩散系数远远小于碳的扩散系数，使珠光体的转变速度大大减慢。

②合金元素对碳扩散的影响大多数合金元素降低碳在奥氏体中的扩散系数，使珠光体转变速度减慢。

而Co则提高碳在奥氏体中的扩散系数，使珠光体转变加速。

③合金元素对γ→α转变的影响合金元素可改变γ→α转变的速度，如Co提高了γ→α转变的转变速度，加速珠光体的转变。

合金元素对相变临界点的影响在相同转变温度下，加入合金元素将改变过冷度，从而影响珠光体转变速度。

⑤合金元素对γ/α界面移动的拖拽作用在亚共析钢中，Mn、Mo聚集在γ/α相界面处，起到阻止界面移动的拖拽作用，从而降低了先共析铁素体的长大速度，也降低了珠光体的形成速度（3）加热温度和保温时间的影响增加A中碳和合金元素的含量加热温度升高→P转变孕育期↑保温时间延长A成分越均匀，A晶粒越粗大→P形核部位↓推迟P转变（4）奥氏体晶粒度的影响单位体积内的晶界面积↑，P形奥氏体晶粒越细小核部位增多，促进P转变。

促进先共析铁素体和先共析渗碳体析出。

（5）应力和塑性变形的影响对奥氏体施加拉应力或进行塑性变形，将造成晶体点阵畸变和位错密度增高，有利于碳和Fe原子的扩散及晶体点阵重构，促进珠光体的形核和晶体长大，加速珠光体的转变。

元素对合金的影响

②碳化物形成元素，如锰、铬、钨、钼等。这类元素一部分以原子状态进入固溶体中，另一部分形成置换式合金渗碳体,如(Fe，Mn)3C、(Fe，Cr)3C等,如果含量超过一定限度（除锰以外），又将形成各自的碳化物,如(Fe，Cr)7C3、(Fe，W)6C等。
③ 不形成碳化物元素，如硅、铝、铜、镍、钴等。这类元素一般以原子状态存在于奥氏体、铁素体等固溶体中。合金元素中一些比较活泼的元素，如铝、锰、硅、钛、锆等，极易和钢中的氧和氮化合，形成稳定的氧化物和氮化物，一般以夹杂物的形态存在于钢中。锰、锆等元素也和硫形成硫化物夹杂。钢中含有足够数量的镍、钛、铝、钼等元素时能形成不同类型的金属间化合物。有的合金元素如铜、铅等，如果含量超过它在钢中的溶解度，则以较纯的金属相存在。钢的性能取决于钢的相组成，相的成分和结构，各种相在钢中所占的体积组分和彼此相对的分布状态。
[编辑本段]合金钢的分类
一般分类
合金钢种类很多，通常按合金元素含量多少分为低合金钢（含量＜5％），中合金钢（含量5％～10％），高合金钢（含量＞10％）；按质量分为优质合金钢、特质合金钢；按特性和用途又分为合金结构钢、不锈钢、耐酸钢、耐磨钢、耐热钢、合金工具钢、滚动轴承钢、合金弹簧钢和特殊性能钢（如软磁钢、永磁钢、无磁钢）等。在钢中除含铁、碳和少量不可避免的硅、锰、磷、硫元素以外，还含有一定量的合金元素，钢中的合金元素有硅、锰、钼、镍、硌、矾、钛、铌、硼、铅、稀土等其中的一种或几种，这种钢叫合金钢。各国的合金钢系统，随各自的资源情况、生产和使用条件不同而不同，国外以往曾发展镍、硌钢系统，我国则发现以硅、锰、钒、钛、铌、硼、铅、稀土为主的合金钢系统合金钢在钢的总产量中约占百分之十几，一般是在电炉中冶炼的按用途可以把合金钢分为8大类，它们是：合金结构钢、弹簧钢、轴承钢、合金工具钢、高速工具钢、不锈钢、耐热不起皮钢，电工用硅钢。调质钢 1．中碳型合金钢，合金元素含量较低；2．强度较高；3．用于高温螺栓、螺母材料等。弹簧钢 1含碳量比调质钢高；2经调质处理，强度较高抗疲劳强度较高；3用于弹簧材料。滚动轴承钢 1高碳型合金钢，合金含量较高；2具有高而均匀的硬度和耐磨性；3用于滚动轴承。合金工具钢量具钢 1高碳型合金钢，合金元素含量较低；2具有高的硬度和耐磨性，机加工性能好，稳定性好；3用于量具材料。特殊性能钢不锈钢 1低碳高合金钢；2抗腐蚀性好；3用于抗腐蚀、部分可做耐热材料。耐热钢 1低碳高合金钢；2耐热性能好；3用于耐热材料、部分可做抗腐蚀材料。低温钢 1低碳合金钢，根据耐低温程度合金元素有高有低；2抗低温性好；3用于低温材料（专用钢为镍钢）。

铝合金的相变温度

铝合金的相变温度引言铝合金是一种重要的结构材料，具有低密度、高强度和良好的刚性等优点，被广泛应用于航空航天、汽车制造和建筑等领域。

在铝合金的制备过程中，相变温度是一个重要的参数，对合金的组织结构和性能有着重要影响。

本文将深入探讨铝合金的相变温度及其影响因素。

二级标题1：铝合金的相变类型铝合金的相变类型主要包括固溶相变、析出相变和再结晶相变。

三级标题1：固溶相变固溶相变是指固溶体中溶质原子在固溶体晶格中的扩散和溶解过程。

铝合金的固溶相变通常发生在高温下，通过加热使固溶体中的溶质原子溶解到基体晶格中，形成固溶体溶液。

三级标题2：析出相变析出相变是指在固溶体中，溶质原子从固溶体中析出形成新的相的过程。

铝合金的析出相变通常发生在固溶体冷却过程中，通过降温使固溶体中的溶质原子析出，形成析出相。

三级标题3：再结晶相变再结晶相变是指在固态下，晶粒的再排列和再结晶的过程。

铝合金的再结晶相变通常发生在高温下，通过加热使固态铝合金晶粒再排列和再结晶，获得新的晶粒结构。

二级标题2：影响铝合金相变温度的因素铝合金的相变温度受多个因素的影响，主要包括合金元素、合金化处理和冷却速度等。

三级标题1：合金元素合金元素是影响铝合金相变温度的关键因素之一。

不同的合金元素对铝的晶格结构和相变温度有不同的影响。

例如，添加镁元素可以提高铝的固溶相变温度，使铝合金具有更好的强度和耐热性能。

三级标题2：合金化处理合金化处理是通过加热和冷却等工艺手段改变铝合金的组织结构和相变温度。

常见的合金化处理包括固溶处理和时效处理。

固溶处理通过加热使固溶体中的溶质原子溶解到基体晶格中，改变铝合金的相变温度。

时效处理通过在固溶处理后加热和冷却，使析出相形成，进一步改变铝合金的相变温度。

三级标题3：冷却速度冷却速度是影响铝合金相变温度的重要因素之一。

快速冷却可以抑制相变的发生，使铝合金保持固溶态或高温析出相的状态。

慢速冷却则有利于相变的发生，使铝合金形成析出相或再结晶相。

固态相变原理习题集答案

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。

Ti-Ni基形状记忆合金综述

Ti-Ni基形状记忆合金综述摘要形状记忆合金是现代一种新型功能材料,本文介绍了Ti-Ni基记忆合金的的相关重要概念，并且详细介绍了Ti-Ni基合金的相变与性能特点及其影响因素，同时对其应用做了一定的描述。

关键词：Ti-Ni基形状记忆合金、功能材料、性能、影响、应用1 前言形状记忆合金是70年代开发韵新型功能材料，其中Ti-Ni合金已在航天器件、仪表、控温及医疗机具上的应用，有希望在能源工业中发挥作用。

新的形状记忆材料和一些新的用途正在不断地开拓中。

形状记忆合金及台媳陶瓷的记忆材料都由马氏体相变爰其逆相变导致形状记忆效应。

目前在总结以往工作的基础上，对形状记忆效应的机制作些理论分析，对形状记忆材料的发展作科学的展望，开拓设计形状记忆材料的思路。

TiNi形状记忆合金(SMA)在医学领域的使用在提高人类生活质量方面发挥了巨大的作用。

然而，钛合金植入人体后，在体液中不可避免地会发生腐蚀。

腐蚀不仅会降低金属材料的力学和机械性能，甚至会导致值入失效，而且，溶入体液的Al、V、Ni离子对周围组织会产生一定的副作用，严重的则引发组织病变或癌变。

因此，医用材料的耐蚀性研究对于保障其在人体的安全使用具有十分重要的现实意义。

80年代初，经历了将近20年的时间，科学研究工作者们终于突破了TiNi合金研究中的难点。

从那以后，形状记忆合金成了许多国家的热门学科，多次出现形状记忆合金学术会议的与会者暴满，甚至不得不临时变更会场。

在形状记忆合金研究方面所发表的论文数很快跃居马氏体相变研究领域之最。

不仅如此，形状记忆合金在工业界也开始受到了极大的重视。

形状记忆合金在应用开发中申请的专利已逾万件。

在市场上付诸实际应用的例子已有上百种。

应用所涉及的领域极其广泛，包括电子、机械、宇航、运输、建筑、化学、医疗、能源、家电以及日常生活用品等，几乎涉及产业界的所有领域。

2 相关概念2.1 形状记忆效应一般金属材料收到外力作用后，首先发生弹性变形，达到屈服点，金属就产生塑性变形，应力消除后就产生了永久变形。

钛合金的固态相变

钛合金的固体相变简介钛属于ⅣB族元素，原子序数为22，它在地壳中的丰度为0.6%，是地壳中储量较丰富的元素之一，在金属元素中仅次于铝、铁、镁，占第四位。

钛自其发现到发展至如今已经过了200多年的历史，从工业价值、资源寿命和发展前景来看，钛仅次于铁、铝，被称为正在崛起的第三金属。

与其他材料相比，钛具有下列优异的性能。

（1）钛的密度小、强度高、比强度大。

钛的密度为4.51g·cm-3，仅为铁的57.4%，铜的50.7%，不到铝的两倍，强度却比铝大三倍。

钛合金的比强度是常用工业合金中最大的，为不锈钢的3.5倍，是铝合金的1.3倍，是镁合金的1.7倍，所以钛是航空航天工业必不可少的结构材料。

（2）耐蚀性能优异。

由于钛能在表面形成致密的钝性氧化膜，所以钛在海水、湿氯气、亚氯酸盐及次氯酸盐溶液、硝酸、铬酸、金属氯化物、硫化物、除草酸和大于10%的甲酸外的有机酸、5%以下的硫酸、盐酸、磷酸等很多腐蚀性介质中不被腐蚀。

钛在海水中可保持5年不锈蚀，耐蚀性远远超过不锈钢（3）耐热性能好。

钛的耐热性能好，通常铝在150℃，不锈钢在310℃即失去了原有的较高的力学性能，而钛合金在500℃左右仍保持良好的力学性能，有些钛合金的工作温度可高达600℃。

（4）低温性能好。

某些钛合金的强度随温度的降低而提高，但仍然保持很好的塑性，在–200℃下仍有较好的延性及韧性。

（5）钛具有良好的生物相容性。

医疗用钛合金骨骼、关节，血管支架等等，具有不锈钢等所没有的对人体无排异性的性能[5]。

（6）钛具有无磁性。

在20粤斯特条件下，其磁导率为1.00005~1.0001H·m-1，在很强大的磁场中也不会被磁化。

（7）除此之外，钛还有很多其他优异性能，如吸氢功能，能与铌合成超导合金，与镍合成记忆合金等。

钛的主要相及其结构纯钛在固态下有两种同素异构体，常温下以密排六方(hcp)晶格结构存在，称之为α钛。

hcp单元晶胞如图1-1左图所示，在室温下点阵常数a=0.295nm，c=0.468nm。

合金元素对Ni_(41)Ti_(44)Cu_7Zr_8合金相变及力学性能的影响

力
仪（ＸＲＤ，ＤＭＡＸ — ＲＢ），扫描电子显微镜（ＳＥＭ，Ｚｅｉｓｓ
ＳＵＰＲＡ５５）及透射电子显微镜（ＴＥＭ，ＪＥＭ２０００）对
样品的微观组织结构进行分析。透射电镜试样首先利
影响
分别以１（原子分数）的Ｓｉ、Ｈｆ、Ｃｏ、Ａ１、Ｖ、Ｆｅ代
替ＮｉＴｉＣｕＺｒ合金中的Ｎｉ元素，研究不同元素对
合金的力学性能的影响。图１（ａ）为包括Ｂａｓｅｄａｌｌｏｙ
张中艳，吴渊，王辉，刘雄军，吕昭平
（北京科技大学新金属材料国家重点实验室，北京１０００８３）摘要：合金元素影响ＮｉｌＴｉＣｕ７Ｚｒ８形状记忆合和Ｖ）以及Ｎｉ１ＴｉＣｕ７Ｚｒ８Ｆｅ（ｚ一１１、３），分别简称为Ｂａｓｅｄａｌｌｏｙ、Ｓｉｌ、Ｈｆ１、Ｃｏｌ、Ａ１１、Ｖ１、Ｆｅｌ、Ｆｅ３合金，上述成分均以原子分数表示。所用原料纯度均
薄片，机械打磨至约５Ｏｍ后采用电解双喷获得所需
薄区，所用双喷液配比为（ＨＮＯ。）：，ｚ（ＣＨＯＨ）一１
１引言
ＮｉＴｉ基合金由于其优异的形状记忆性能和超弹性性能、良好的力学性能、耐腐蚀性和生物相容性以及高阻尼特性ｕ。ｊ，引起材料界和工程界的广泛重视。第三元素加入对ＮｉＴｉ合金的形状记忆性能特别是相变温度会产生显著影响，可将它们分为３类：一类使相变温度降低，如Ａ１＿ｌ８］、ＣｒＥ、Ｃｏｔ和ＦｅＥ。。等；另一类提高相变温度，如Ｐｄ： ” ］、ＡｕＥ ” ］、ｐｔ［ ” ］、ＨｆＥ、ＺｒＥ２１，２２］等；此外，Ｃｕ元素对相变温度影响不大，但是能改变相变顺序，使相变滞后变窄ｌ＿２。综上所述，在第三元素对近等原子比的ＮｉＴｉ合金的形状记忆性能特别是相变

钢的合金化基础

在钢中碳化物相对稳定性的顺序如下：
Hf > Zr > Ti > Ta > Nb > V > W > Mo > Cr > Mn > Fe > Co > Ni
强碳化物形成元素它所形成的碳化物比较稳定，其溶解温度较高，溶解速度较慢，析出和聚集长大速度也较低；弱碳化物形成元素的碳化物稳定性较差，很容易溶解和析出，并有较大的聚集长大速度。
特点：1.这些碳化物是中强碳化物形成元素形成的碳化物；
型 2. rc/rMe >0.59 引起点阵畸变，形成复杂点阵类
（3）渗碳体（正交点阵） M3C型： Fe3C，（FeCr）3C，（FeMn）3C等
特点：当合金元素含量很少时，合金元素将不能形成自己特有的碳化物，只能置换渗碳体中的Fe原子，称为合金渗碳体。
硼、锆、铌、钽、硫属于此类合金元素。
铁素体形成元素易优先分布于铁素体中。
合金元素改变奥氏体区的位置
随Cr含量增加，SE 向左上移，SG向左上移，使γ区逐渐缩小。
• 缩小A相区的元素（Cr，W，Mo，V， Ti，Si等）使S点左移，A3线上升；
铬对奥氏体相区的影响
合金元素对特征点S、E的影响
奥氏体形成元素使A1、 A3点下移，使得奥氏体温度下降；铁素体形成元素使A1、A3点上移，热处理时加热温度应该提高。
1.1.2 按与C相互作用（亲和力大小）分类
• 非碳化物形成元素 Ni，Cu，Si，Al，P等
• 碳化物形成元素
Hf，Zr，Ti，Ta，Nb，Cr，W，Mn，Fe
最强
中强
弱
1.1.3 按对奥氏体层错能的影响分类
2．硫（S）和磷（P） S：在固态铁中的溶解度极小， S和Fe能形成FeS，并易于形成低熔

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。

铝中合金元素和杂质对性能的影响

铝合金熔铸工艺及常见的缺陷一、铸造概论在铸造合金中，铸造铝合金的应用最为广泛，是其他合金所无法比拟的，铝合金铸造的种类如下：由于铝合金各组元不同，从而表现出合金的物理、化学性能均有所不同，结晶过程也不尽相同。

故必须针对铝合金特性，合理选择铸造方法，才能防止或在许可范围内减少铸造缺陷的产生，从而优化铸件。

1、铝合金铸造工艺性能铝合金铸造工艺性能，通常理解为在充满铸型、结晶和冷却过程中表现最为突出的那些性能的综合。

流动性、收缩性、气密性、铸造应力、吸气性。

铝合金这些特性取决于合金的成分，但也与铸造因素、合金加热温度、铸型的复杂程度、浇冒口系统、浇口形状等有关。

(1) 流动性流动性是指合金液体充填铸型的能力。

流动性的大小决定合金能否铸造复杂的铸件。

在铝合金中共晶合金的流动性最好。

影响流动性的因素很多，主要是成分、温度以及合金液体中存在金属氧化物、金属化合物及其他污染物的固相颗粒，但外在的根本因素为浇注温度及浇注压力（俗称浇注压头）的高低。

实际生产中，在合金已确定的情况下，除了强化熔炼工艺（精炼与除渣）外，还必须改善铸型工艺性（砂模透气性、金属型模具排气及温度），并在不影响铸件质量的前提下提高浇注温度，保证合金的流动性。

(2) 收缩性收缩性是铸造铝合金的主要特征之一。

一般讲，合金从液体浇注到凝固，直至冷到室温，共分为三个阶段，分别为液态收缩、凝固收缩和固态收缩。

合金的收缩性对铸件质量有决定性的影响，它影响着铸件的缩孔大小、应力的产生、裂纹的形成及尺寸的变化。

通常铸件收缩又分为体收缩和线收缩，在实际生产中一般应用线收缩来衡量合金的收缩性。

铝合金收缩大小，通常以百分数来表示，称为收缩率。

①体收缩体收缩包括液体收缩与凝固收缩。

铸造合金液从浇注到凝固，在最后凝固的地方会出现宏观或显微收缩，这种因收缩引起的宏观缩孔肉眼可见，并分为集中缩孔和分散性缩孔。

集中缩孔的孔径大而集中，并分布在铸件顶部或截面厚大的热节处。

分散性缩孔形貌分散而细小，大部分分布在铸件轴心和热节部位。

合金元素富集对金相法测定相变温度的影响

合金元素富集对金相法测定相变温度的影响
材料合金的相变温度是其物理性能的重要指标，是其热加工工艺和使用条件选择的重要依据。

随着钢铁和特种合金的复合组分和金属结构单位，以及元素集中区和边界等，其相变温度也受到相应的影响。

元素重整是对合金元素浓度分布和分布密度的改变，元素重整是通过材料中心介质选择和汇集使金属构型转变而实现的，因此随着元素集中区的形成，相变温度也受到影响。

由于金属构型的变化和金属元素的富集对相变温度的影响有着直接的关系，因此金相法测定相变温度也受到了影响。

首先，当元素富集时，形成的元素集中区的热力学特性被改变，这随着温度的升高也会发生变化，进而影响相变温度的变化率；另外，由于元素核心影响着熔溶度，因此熔溶度也会发生改变，一般情况下要求熔溶度在一定范围内，因此相变温度也会受到影响。

其次，金相实验反映了元素集中区的分布和形状，由于元素的分布和形状关系到金属基体的稳定性、弱键稳定性、答案怨怼情节等，因此金属的结构异质性程度将直接影响金相法测定相变温度的变化率和准确性；同时元素富集还会产生一定的热压缩、热膨胀和热弛豫等行为，进而影响金相法测定相变温度的测量准确性。

最后，它也会影响母料和合金的晶界穿透能力，因为晶界越紧密，晶界穿透能力就越低，从而影响相变温度的测量精度。

总之，元素富集对金相测定的相变温度有着直接的影响，其程度取决于元素本身的分布类型、富集率以及金属的晶界穿透能力。

因此，在金相法测定相变温度时，要充分考虑到元素富集的影响，以提高测量精度，保证测试结果的可靠性。