材料固态相变复习.docVIP

PAGE \* MERGEFORMAT9 金属固态相变及应用 第一章 金属固态相变概论 1、固态相变：金属和陶瓷等固态材料在温度和压力改变时，其内部组织或结构会发生变化，即发生从一种状态到另一种状态的改变，这种转变称为固态相变。 按转变条件分类：平衡相变指在极缓慢加热或冷却条件下发生的能获得的符合平衡状态相图的平衡组织的相变。主要有同素异构转变、多形性转变、平衡脱溶沉淀、共析相变、包析转变、调幅分解、有序化转变。非平衡相变:伪共析相变、马氏体相变、贝氏体相变、不平衡脱溶沉淀、块状转变。 按原子迁移情况分类：扩散型相变：相变时，相界面的移动是通过原子近程或远程扩散而进行的相变称为扩散型相变。基本特点是： = 1 \* GB3 \* MERGEFORMAT ①相变过程中有原子扩散运动，相变速率受原子扩散速度所控制； = 2 \* GB3 \* MERGEFORMAT ②新相和母相得成分往往不同； = 3 \* GB3 \* MERGEFORMAT ③只有因新相和母相比容不同而引起的体积变化，没有宏观形状改变。无扩散型相变：相变过程中原子不发生扩散，参与转变的所有原子的运动是协调一致的相变称为非扩散型相变。一般特征是： = 1 \* GB3 \* MERGEFORMAT ①存在由于均匀切变引起的宏观形状改变，可在预先制备的抛光试样表面上出现浮突现象； = 2 \* GB3 \* MERGEFORMAT ②相变不需要通过扩散，新相和母相的化学成分相同； = 3 \* GB3 \* MERGEFORMAT ③新相和母相之间存在一定的晶体学位向关系； = 4 \* GB3 \* MERGEFORMAT ④某些材料发生非扩散相变时，相界面移动速度极快，可接近声速。 2、固态相变的主要特点： 相界面：共格界面：若两相晶体结构相同、点阵常数相等、或者两相晶体结构和点阵常数虽有差异，单存在一组特定的晶体学平面使两相原子之间产生完全匹配。此时，界面上原子所占位置恰好是两相点阵的共有位置，界面上原子为两相所共有，这种界面称为共格界面。当两相之间的共格关系依靠正应变来维持时，称为第一类共格；而以切应变来维持时，成为第二类共格。半共格界面：半共格界面的特点：在界面上除了位错核心部分以外，其他地方几乎完全匹配。在位错核心部分的结构是严重扭曲的，并且点阵面是不连续的。非共格界面：当两相界面处的原子排列差异很大，即错配度δ很大时，两相原子之间的匹配关系便不在维持，这种界面称为非共格界面；一般认为，错配度小于0.05时两相可以构成完全的共格界面；错配度大于0.25时易形成非共格界面；错配度介于0.05～0.25之间，则易形成半共格界面。界面能的主要因素：1两相界面上原子排列的不规则性将导致两相界面能升高；2新旧两相化学成分的改变引起的化学能的改变。 弹性应变能1金属固态相变时，因新相和母相的比容不同可能发生体积变化，导致弹性应变能增大。几何形状对因比容差而产生的应变能的影响：新相呈球状时应变能最大，呈圆盘（片）状时应变能最小，呈棒（针）状时应变能居中。2两相界面上的不匹配也会使弹性应变能增大。 金属固态相变时的相变阻力包括界面能和弹性应变能。当界面共格时，可以降低界面能但使弹性应变能增大。当界面不共格时，盘状新相的弹性应变能最低，但界面能较高；而球状新相的界面能最低，但弹性应变能却最大。固态相变时究竟是界面能还是弹性应变能起主导作用取决于具体条件。 晶体缺陷：金属固态相变时新相晶核总是优先在晶体缺陷处形成。因为晶体缺陷是能量起伏、结构起伏和成分起伏最大的区域。在这些区域形核时：1原子扩散激活能低，扩散速度快。2相变应力容易被松弛。3位错消失释放的部分能量可作为克服形成新相界面和相变应变所需的能量。4位错依附在新相界面上，构成半共格界面中位错的一部分，结果也会使系统自由能降低。 亚稳过渡区：由于过渡相在成分、结构上更接近于母相，两相间易于形成共格或半共格界面，以减少界面能，从而降低形核功，使形核易于进行。 位相关系：新相与母相常以低指数的、原子密度大而又彼此匹配较好的晶面相互平行，以降低界面能。 原子的迁移率：原子的迁移率低，扩散成为相变的控制因素。 惯习面：新相往往在惯习面上形成。惯习面的存在意味着新相和母相的原子排列很相近，能较好的匹配，有助与减少亮相间的界面能。 3、共格、半共格界面的长大机制为台阶机制、切变机制；非共格界面的长大机制为界面原子的扩散。 4、新相的长大速度取决于相界面的迁移速度，即向母相的迁移速度。新相的长大分为两种：一是新相形成时无成分变化，只有原子的近程扩散；二是新相形成时有成分变化，新相长大需要溶质原子的长程扩散。 第二章 钢中奥氏体的形成 奥氏体化：为了使钢件经热处理后获得所需要的组织和性能，大多数热处理工艺都需