固态相变评估.docVIP

1. 从热力学角度分析固态相变的主要特征并与液固相变进行比较。 答：从热力学角度来说，固态相变与液固相变相比，一些规律是相同的，其共同点是：相变驱动力都是新旧两相之间的自由能差；相变都包含形核与长大两个基本的过程。 而二者在相变特点上的区别在于固态相变的母相为固体，其具有确定形状、有较高切变强度、内部原子按点阵规律排列，并且不同程度地存在着成分不均匀的结构缺陷。相变以晶体为母相，必然与液固相变相比存在一系列新的特征。具体变现在以下几方面： (1) 相变驱动力来源于两相自由能之差，差值越大，越有利于转变的进行。 界面能增加额外弹性应变能：比体积差 界面能增加 额外弹性应变能：比体积差 扩散困难（新、旧相化学成分不同时） 相变阻力大 固态相变与固液相变相比，相变阻力更大是因为多出了一项应变能和扩散更难进行。 (2) 新相晶核与母相之间存在一定的晶体学位向关系；新相的某一晶面和晶向分别与母相的某一晶面、晶向平行。 (3) 惯习现象：新相沿特定的晶向在母相特定晶面上形成( 沿应变能最小的方向和界面能最低的界面 )。通过降低界面能和应变能而减小相变阻力是惯习现象出现的原因。 (4) 母相晶体缺陷促进相变：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。母相中存在缺陷，由于缺陷周围有晶格畸变，自由能较高，在此处形成同样大小的晶核比其他区域获得更大的驱动力，新相晶核往往优先在这些缺陷处形成。母相晶粒越细小，晶界越多，晶内缺陷越多，形核率越高，转变速度越快。 (5) 易出现过渡相：过渡相是一种亚稳定相，其成分和结构介于新相和母相之间。因为固态相比阻力大，原子扩散困难，尤其是当转变温度较低，新、旧相成分相差较远时，难以形成稳定相。过渡相是为了克服相变阻力而形成的一种协调性的中间转变产物。通常是现在母相中形成与母相成分接近的过渡相，然后在一定条件下由过渡相逐渐转变为自由能最低的稳定相。 2. 结合综合转变动力学曲线，从进行条件，组织形态特征，精细结构，相变机制，力学性能及其实际应用等方面，对比性的分析钢中的固态相变。 答：钢中的三种基本固态相变的对比： 内容 P转变 B转变 M转变 形成温度范围 高温 A1~550℃ 中温 550℃~Ms 低温 Ms点以下 转变上限温度 A1 Bs Ms 领先相 共析钢和过共析钢为Fe3C；亚共析钢为铁素体F。 铁素体F 无 形核部位 奥氏体晶界处 上B在A晶界处； 下B在A晶内。 过冷奥氏体晶内 转变机制 依靠碳原子扩散，形成局部的贫碳或富碳而促进相变的发生。 亚结构切变和碳原子扩散迁移共同促进相变发生，半扩散型相变。 转变温度低，扩散来不及进行，切变共格，无扩散型相变。 碳原子扩散 有碳原子扩散，为扩散型相变。 有碳原子扩散，半扩散型相变。 一般认为，没有碳原子的扩散，切变型相变。 铁及Me的扩散 有 无 无 等温转变完全性 完全 视温度而定 不完全 转变产物 F＋Fe3C F＋Fe3C 过饱和α’ 主要形态及亚结构 片状，一片较粗的铁素体加一片渗碳体；或粒状。 PF中几乎不存在碳，位错密度低，无孪晶。 上B为羽毛状，即条状铁素体和分布于其间的细杆状碳化物；下B为针状，渗碳体在针内析出。BF中有亚单元，位错密度高，有孪晶。 低碳钢中呈板条状M，亚结构为高密度位错；高碳钢中呈针状M，亚结构为层错或孪晶；超高碳钢种呈闪电状、蝶状或枣核状。 性能（强度、塑性） 强度低，但塑性好。F能够缓解应力集中。 上B硬而脆，下B强度、硬度高。 强度、硬度高，但塑性较差。 应用：GCr15系轴承钢的制备工艺为： 下料——锻造——球化退火——820~840℃油淬——150~200℃回火——最终材料表面硬度大于62 元素含量：GCr15与GCr15SiMn的C含量为0.95~1.05%，属于过共析钢，Cr含量为1.30~1.65%，而后者的Si、Mn含量较高。 合金元素作用：GCr15系轴承钢中的合金元素有Cr、Si和Mn。Cr的作用主要是提高钢的淬透性，钢种部分Cr溶于渗碳体中，增大其稳定性，使淬火加热时奥氏体晶粒不易长大；而溶于奥氏体中的Cr能够提高马氏体的回火稳定性。Cr的加入能够有效地使钢在热处理后获得较高的硬度、强度和耐磨性。对大型轴承钢件而言，Si、Mn的加入使淬透性进一步提高，适量的Si能提高钢的强度和弹性极限，淬火时不易产生开裂。 热处理方式及作用：GCr15系滚动轴承钢的热处理主要是球化退火、淬火和低温回火。 球化退火是预备热处理，其目的是获得粒状珠光体组织，使钢获得较低的硬度（HB207~229），以保证易于切削加工获得较高的表面质量，并为淬火作组织上的准备。球化退火一般将钢加热到