固态相变基础1.pptxVIP

温度保温加热冷却时间 金属热处理原理与工艺材料性能：使用性能、工艺性能决定性能：成分、组织、结构热处理：固相下加热(包括保温)、冷却，不改变(改 变)成分，改变组织、结构，从而改变性能热处理原理：热处理工艺：热处理的重要意义：课程内容：学习：理解概念，理论、实际结合第一编 热处理原理第一章 金属固态相变基础固态相变：固态金属加热、冷却中发生的各种相转变金属热处理：固态金属通过特定的加热和冷却，使之发生相、 组织转变，获得所需组织性能的一种工艺过程两者关系：金属固态相变是金属热处理的理论基础。第一节 金属固态相变的主要类型原子运动特点：扩散型相变和非扩散型相变平 衡 状 态：平衡相变和非平衡相变热 力 学：一级相变和二级相变?L???+ ?BA一、按相变过程中原子的运动特点分类1. 扩散型相变：相变借助原子热激活运动进行，原子运动大于原子间距。 长程扩散： 短程扩散：脱溶分解：由过饱和固溶体中析出新相的过程，???(? + ?)共析转变：冷却时一个固相(?)分解为结构不同的两个新相?和?混合物的相 变，? ?(? + ?) 钢在冷却时由奥氏体转变为珠光体(铁素体与渗碳体的混合物) 即属于共析转变。????+ ?BA有序化转变：是指固溶体组元原子从无序排列到有序排列的转变过程， ?(无序)???(有序)块状转变：新相的成分与母相一样，但晶体结构不同。例如，纯铁或低碳钢在一定的冷却速度下?相可以转变为与之具有相同成分而形貌 呈块状的?相。新相的长大是通过原子的短程扩散而实现的。 纯铁、铜锌等合金中发生块状转变。?多形性转变：纯金属中晶体结构的转 变，如纯铁中?????转变。这种 转变本身在生产上没有多少实际意 义，但以此转变为基础的Fe的固 溶体发生的固态相变是钢的热处理 的基础。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?→?1+?2 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，但通过扩散，最终使原 来的单相固溶体分解成两个 共格相。非扩散型相变：相变不需原子扩散，原子的运动不超过一个原子间距。 非扩散型相变是在足够快的冷却速度下(即淬火)由于原子没有时间进行扩散型相变引起的。钢淬火，转变产物称为马氏体，这种非扩散型相变则称为马氏体转变。 许多有色金属，如Ti-Ni、Cu-Zn-Si、Cu-Zn、Cu-Mn、Ni-Mn-Ga等合金系，也发生马氏体转变半扩散型相变:贝氏体转变：钢中还有一种介于马氏体转变和珠光体转变之间的转变。此 时铁原子扩散已经极其困难，但碳原子还能扩散，其转变产物也是? 相和碳化物的混合物，称为贝氏体，但形态和分布与珠光体不同。有 优异的强度和突出的韧性。? 二、按平衡状态分类平衡相变：缓慢加热、冷却，获得符合平衡状态图的平衡组织，多形性转变、 平衡脱溶转变、共析转变、有序化转变等。非平衡相变：加热或冷却很快，平衡相变被抑制，发生某些平衡状态图上 不能反映的转变并获得不平衡或亚稳态的组织，马氏体转变、 贝氏体转变、非平衡脱溶沉淀，伪共析转变属于非平衡相变。 就热处理工艺而言，非平衡相变具有更为重要的意义。三、按热力学分类 根据相变前后热力学函数的变化，可将固态相变分为一级相变和二级相变一级相变 相变时新旧两相的化学势相等，但一级偏微商不等的相变称设?代表旧相，?代表新相，?为化学势、T为温度、P为压力，则有 已知 所以S?≠S?，V?≠V?。 因此，在一级相变时，熵S和体积V将发生不连续变化，即一级相变有相变潜热和体积改变。材料的凝固、熔化、升华以及同素异构转变等均属于一级相变。几乎所有伴随晶体结构变化的金属固态相变都是一级相变。 ，，2，二级相变 相变时新旧两相的化学势相等，其一级偏微商也相等，即S?＝S?，V?＝V?，但二级偏微商不等， 说明在二级相变时，无相变潜热和体积改变，但比热、压缩系数和膨胀系数有突变。 材料的部分有序化转变、磁性转变以及超导体转变均属于二级相变。第二节 金属固态相变的基本特征 与液态金属结晶一样，其相变驱动力也来自新相与母相的自由能差，也通过形核与长大过程来完成。但因相变前后均为固态，故有以下几个特点。一、界面和界面能固/固相界面可按结构特点分为：共格界面：界面两侧的两个相的原子能一一对应，相互保持匹配。半共格界面：由于界面两侧的原子间距不同，界面上只有部分原子能够依 靠弹性畸变保持匹配，在不能匹配的位置将形成刃型位错。非共格界面：两相的原子间距差别太大，在界面上两侧原子不能保持匹 配。界面能：界面上原子排列的不规则性将导致界面能的升高，因此非共格界 面能最高，半共格界面次之，共格界面能最低。图1-2 固态相变界面结构示意图（a）共格界面 （b）半共格界面