1 金属固态相变概论概论

固态相变总结
(1) 共析碳钢 平衡转变：珠光体组织，硬度约为HRC23； 快速冷却：马氏体组织，硬度达HRC60以上。 (2) Al-4%Cu合金 平衡组织：抗拉强度仅为150MPa； 不平衡脱溶沉淀：抗拉强度可达350MPa。 改变加热与冷却条件，使之发生某种转变继而
获得某种组织，则可在很大程度上改变材料的 性能。
贝氏体：由铁素体和渗碳体组成的非层片 状组织。
(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
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)
金属热处理
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。
一级 相变
二级 相变
1
T P
2
T P 1 T P 2
T P
1
P T
2
P T
1
P T
2
P T
2 T 2
P
S CP T P T
2 P2
T
V V V V P T
2 TP
V V V V T P
21
T 2
P
形性转变、马氏体转变、块状转变等； 成分变化(一种变化)：调幅分解； 结构和成分变化(两种变化)：共析转变、
贝氏体转变、脱溶沉淀等。
固态相变总结
同一种材料在不同条件下可发生不同的相 变，从而获得不同的组织和性能。
温度：敏感，易控制，成为控制固态相变 的主要因素(热处理炉)；
压力：不易控制，不敏感(等压)。
1.2 金属固态相变的主要特点
固态相变的分类
4) 按平衡状态分类 平衡相变：同素异构转变、多形性转变、
平衡脱溶沉淀、共析转变、调幅分解、有 序化转变。 非平衡相变：伪共析转变、马氏体转变、 块状转变、贝氏体转变、不平衡脱溶沉淀。
1.1 金属固态相变的主要类型
1.1.1 平衡转变 (1) 同素异构转变和多形性转变 同素异构转变：纯金属在温度和压力变
举例：Fe-C合金、铜合金、钛合金。
(3) 块状转变
定义：在一定的冷速下奥氏体转变为与母 相成分相同而形貌呈块状的α相的过程。
特点：通过原子的短程扩散使非共格相界 面在母相中推移。
举例：纯铁、低碳钢、Cu-Zn、Cu-Ga合 金中存在。
(4) 贝氏体相变
当奥氏体过冷至珠光体转变与马氏体转变 温度范围之间(中温)，Fe原子不能扩散， C原子可以扩散，从而转变为贝氏体。
举例：A中析出Fe3CII，F中析出Fe3CIII。
(3) 共析转变
定义：合金在冷却时，由一个固相同时分 解为两个不同的固相的转变。
反应式：γ→α+β。 举例：钢在冷却时由A转变为P(F和Fe3C)。
(4) 调幅(或增幅)分解
定义：过饱和固溶体在一定温度下分解成 与原固溶体结构相同、成分不同的两个相 的过程。
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
化时，晶体结构发生变化。如Fe、Ti、 Co、Sn等。 多形性转变：固溶体在温度和压力变化 时，晶体结构发生变化。如钢在加热时 F向A的转变，冷却时A向F的转变。
(2) 平衡脱溶沉淀
定义：高温过饱和固溶体缓慢冷却过程中 析出第二相的过程。
特点：(a) 新相的成分和结构始终与母相 的不同；(b) 母相不会消失。
22
T 2
P
21 P 2
T
22 P 2
T
2 1 TP
22 TP
固态相变的分类
(3) 按热力学函数变化 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。
1.1.2 不平衡转变
(1) 伪共析转变 接近共析点成分的合金，过冷到共析点以
下发生共析转变的过程。 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) 马氏体转变
定义：钢在快冷时，若能避免其发生扩散 型转变，则将无需原子的扩散，以一种切 变共格的方式实现点阵改组，而转变为与 母相成分相同的一种组织。
固态相变的分类
(3) 按热力学函数变化分类 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。
(3) 按热力学函数变化分类
相变 类型
T P S
P T V
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。
反应式：α→α1+α2。
(5) 有Байду номын сангаас化转变
定义：固溶体(包括以中间相为基的固溶 体)中，各组元原子的相对位置从无序到 有序(指长程有序)的转变过程。
举例：Cu-Zn、Au-Cu、Mn-Ni、Fe-Ni、 Ti-Ni等合金中均可发生这种转变。