金属热处理原理与工艺课件第一章金属热处理4.ppt

1.5固态相变概述 2. 位向关系 共格和半共格界面时，两相间有一定的位向关系。 位相关系和惯习面是两个不同的概念： 惯习面是指的与新相主平面或主轴平行的旧相晶面；位相关系指的是新相、旧相某些低指数晶面、晶向的对应平行关系。 3. 应变能 共格界面应变能最大，非共格界面表面能最大。 1. 均匀形核（固态相变中均匀形核的可能性极小） 自由能变化： 临界形核功： 均匀形核率： (2)位错形核 三种形式： 1)位错线上形核，位错消失，降低形核功。 2)位错不消失，依附于新相晶界，补偿失配。 3)溶质原子在位错线上偏聚，促进形核。 (3)空位及空位集团 空位促进溶质原子扩散，提供形核驱动力，空位 群凝聚成位错促进形核。 长大方式：扩散、切变 扩散型相变新相的长大过程： 界面控制（新相生成时无成分变化），扩散控制（新相生成时有成分变化） 生长速率 受相界面控制的生长速率 * * 1.5.1固态相变的一般特征 固态相变的定义： 固体材料的组织、结构在温度、压力、成分改变时所发生的转变统称为固态相变。 固态相变的根本动力： 新相与旧相的自由焓差。 大多数固态相变是通过形核和长大完成的，驱动力同样是新相和母相的自由焓之差。阻力: 界面能和应变能 1. 相界面 （1）共格界面 （2）半共格界面 （3）非共格界面 固态相变的特点 惯习现象 固态相变的产物可以是颗粒状，也可是是针状或者片状。观察结果表明：针状新相的长轴以及片状新相的主平面，常平行于旧相的某一晶面，这类晶面叫做惯习面。 惯习面可以看做新旧相的主要界面。 * 新相沿特定的晶向在母相特定晶面上形成。 ?  惯习方向 （母相） 惯习面 ?  原因：沿应变能最小的方向和界面能最低的界面发展。 4. 温度的影响 温度从两个方面影响固态相变：热力学和动力学。 5. 缺陷影响 新相极易在缺陷处非均匀形核。 1.5.2固态相变的形核 2.非均匀形核（能量条件） 固态相变均匀形核的可能性很小，非均匀形核（依靠晶体缺陷）是主要的形核方式。 （1）晶界形核 非均匀形核概率： 晶核最易在界隅形成，其次在界棱，最后是界面。 新相 非共格界面 晶界 共格或半共格界面 晶粒1 晶粒2 晶界形核示意图 只有晶界两侧界面都不共格时，晶核才类似球形。通常新相在大角度晶界形核时，一侧可能与母相具有一定的取向关系形成平直的共格或半共格界面，以降低界面能、减少形核功；另一侧必为非共格界面，为减少相界面面积，故呈球冠状。 1.5.3晶核的长大 晶核长大类型 成分不变协同型长大 成分不变非协同型长大 成分改变协同型长大 成分改变非协同型长大 前两类无需溶质原子扩散，长大速度仅与界面点阵重构过程有关，故晶核长大速度很快。 对于冷却过程中发生的相变，当相变温度较高时原子扩散速率较快，但过冷度和相变驱动力较小，晶核长大速率的控制因素是相变驱动力；相变温度较低时，过冷度和相变驱动力较大，原子的扩散速率将成为晶核长大的控制因素。 晶核长大控制因素 受扩散控制的长大速率 固态相变速率决定于新相的形成速率和长大速率。 1.5.4相变动力学 相变动力学通过具体描述相变微观机制、转变途径、转变速率以及一些物理学参量对相变的影响，从而得到相变量与时间的关系。 相变热力学和动力学是密不可分的。 本章小结： 通过热处理可以改变相的组织结构，从而改变金属的力学和工艺性能。通过热处理可以改变固溶体中溶质原子的质量分数（固溶强化）、晶粒和亚晶粒大小（细晶强化）、位错密度的高低（位错强化）以及第二相的性质（可变形不可变形）、数量、形状（球、片、针、棒、块）、大小和分布（均匀和不均匀、晶内和晶界）。这些组织特征决定了金属的性能。 就最终热处理工艺而言，通常的热处理是：低碳钢采用渗碳加淬火再加低温回火；中碳钢采用淬火加高温或中温回火；高碳钢采用淬火加低温回火。 合金元素对组织产生影响主要表现在：1.影响原子扩散、碳化物的溶解和析出过程（如提高淬透性、回火稳定性等）；2.影响晶粒长大；3.影响其它原子的分布（如抑制第二类回火脆性）。 *