材料物理讲稿第4章

1、通过适当的加热和冷却处理可控制相变通过适当的加热和冷却处理可控制相变控控制结构制结构控制性能。控制性能。The sum of all those protions of a material system which are identical in chemical composition and physical state, and are separated from the rest of the system by a distinct interface called the phase boundary. 化学组成和物理状态相同，并以称作相界面的化学组成和物理状态相同，并以称作

2、相界面的特殊界面和体系的其余部分分开的物质体系所特殊界面和体系的其余部分分开的物质体系所有部分之和。有部分之和。(朗文清华英汉双解科技大词典）朗文清华英汉双解科技大词典）均匀：化学成分和性质在给定的范围内连续变均匀：化学成分和性质在给定的范围内连续变化，没有突变。化，没有突变。相变是自然界中普遍存在的现象。相变过程中不同的新旧相之间的界面。相变过程中不同的新旧相之间的界面。错配度错配度m很小很小共格界面；共格界面；m增大，弹性应变增大，弹性应变增大，界面上产生一些位错降低弹性应变能增大，界面上产生一些位错降低弹性应变能半共格界面；半共格界面；m再大再大非共格界面。非共格界面。界面能来自界面原子

3、排列不规则导致的能量升界面能来自界面原子排列不规则导致的能量升高和新、旧相的化学成分改变引起的化学能。高和新、旧相的化学成分改变引起的化学能。一般认为：一般认为：m0.05，完全共格，界面能约，完全共格，界面能约0.1J/m20.05m0.25，半共格，界面能，半共格，界面能0.25，非共格，界面能约，非共格，界面能约1.0J/m21 相界面相界面为降低界面能，新旧两相晶体之间往往存在一为降低界面能，新旧两相晶体之间往往存在一定的位向关系定的位向关系常以低指数的原子密度大而常以低指数的原子密度大而又匹配较好的晶面互相平行。又匹配较好的晶面互相平行。例：同素异构转变例：同素异构转变 450C -

4、Co (hcp, A3)Co (fcc, A1)存在位向关系：存在位向关系：3A1A0001/1113A1A0211/1102 位向关系位向关系 固态相变时，新相往往在母相的一固态相变时，新相往往在母相的一定结晶面上开始形成，这个晶面称为惯习面。定结晶面上开始形成，这个晶面称为惯习面。例：亚共析钢的魏氏组织（针状例：亚共析钢的魏氏组织（针状铁素体铁素体+珠光体）珠光体）3 惯习面惯习面针状铁素体针状铁素体都沿奥氏体都沿奥氏体111面析出，面析出，相互平行相互平行111 面即面即惯习面惯习面新、旧相比容不同，新相形成时的体积变化受周新、旧相比容不同，新相形成时的体积变化受周围母相约束，不能自由胀

5、缩而产生应变，系统额围母相约束，不能自由胀缩而产生应变，系统额外增加应变能。外增加应变能。固态相变的阻力除界面能外，还增加了应变能固态相变的阻力除界面能外，还增加了应变能一项，因此形核要在较大的过冷（热）度下才一项，因此形核要在较大的过冷（热）度下才能发生。能发生。4 应变能应变能新相的形新相的形状取决于状取决于界面能和界面能和应变能的应变能的比：比：应变能小：应变能小：球状球状应变能增应变能增加：针状加：针状应变能再应变能再增加：盘增加：盘状状缺陷是母相中的不稳定因素，有利于相变发生、缺陷是母相中的不稳定因素，有利于相变发生、新相形成和长大。新相形成和长大。5 晶体缺陷对固态相变的影响晶体缺

6、陷对固态相变的影响原因：原因：缺陷处能量高，可为新相形成提供驱动力（能量缺陷处能量高，可为新相形成提供驱动力（能量起伏）；起伏）；缺陷处原子排列不规则，可能有局部与新相的结缺陷处原子排列不规则，可能有局部与新相的结构相近（结构起伏）；构相近（结构起伏）；缺陷处可能有元素偏聚，局部可能更接近新相的缺陷处可能有元素偏聚，局部可能更接近新相的化学组成（成分起伏）。化学组成（成分起伏）。缺陷处原子排列不规则，促进原子扩散，有利于缺陷处原子排列不规则，促进原子扩散，有利于相变时新相生核、长大。相变时新相生核、长大。若新、旧相成分不同，则相变一般通过某些组若新、旧相成分不同，则相变一般通过某些组元的扩散才

7、可进行。元的扩散才可进行。若新、旧相成分相同，则相变原子重排一般也若新、旧相成分相同，则相变原子重排一般也要通过原子自扩散。要通过原子自扩散。液态：液态：D10-7cm2/sec固态：固态：D10-710-8cm2/天，扩散慢得多天，扩散慢得多 固态相变很少按平衡相图转变固态相变很少按平衡相图转变例：共析钢：例：共析钢：缓慢冷却：奥氏体缓慢冷却：奥氏体珠光体（扩散型相变，珠光体（扩散型相变，平衡相变）平衡相变） 快速冷却：奥氏体快速冷却：奥氏体马氏体（非扩散型相变，马氏体（非扩散型相变，非平衡相变，亚稳相）非平衡相变，亚稳相）6 扩散对固态相变的影响扩散对固态相变的影响新旧相的化学位相等，但其

8、一阶偏导不同的相变新旧相的化学位相等，但其一阶偏导不同的相变TTPPPPTT,一级相变：一级相变：V V ，S S 由于由于 知知STVPPT,即一级相变前后熵和体积都呈不连续变化即一级相变前后熵和体积都呈不连续变化,相变时相变时有相变潜热和体积突变。有相变潜热和体积突变。1 按热力学分类按热力学分类一级相变一级相变由前面叙述知，对二级相变：VV ，SSPPTTTTPPTTPP2222PPTT2222PTPT22即相变时无熵变和体积变化。二级相变二级相变相变使热容、压缩系数、热膨胀系数均发生不连续变化。其中CP为定压热容TCTSTPPP2为压缩常数TTTPVVkkVPVP1,22其中为热膨胀系

9、数PPTVVVTVPT1,2其中所以对二级相变有,kkCCPP这一特点此处不给出严格证明。T T + + 浓 度 浓 度 二级相变：两平衡相的成分总相同T T + + 浓 度 浓 度 一级相变：只有在相图的极大和极小点处新、旧相的成分才相同两种相变的特点两种相变的特点扩散型相变：相变过程中伴随着原子的扩散，扩散型相变：相变过程中伴随着原子的扩散，相变过程受原子扩散控制。相变过程受原子扩散控制。非扩散型相变：相变过程中无原子扩散。非扩散型相变：相变过程中无原子扩散。半扩散型相变：相变过程中有原子扩散，相变半扩散型相变：相变过程中有原子扩散，相变部分受原子扩散控制。部分受原子扩散控制。2 按按原子

10、迁移情况原子迁移情况分类分类1同素异构转变同素异构转变 一级扩散型一级扩散型2脱溶（析出）一级扩散型脱溶（析出）一级扩散型3共析共析一级扩散型一级扩散型4包析包析一级扩散型一级扩散型5马氏体转变马氏体转变一级非扩散型一级非扩散型6块状体转变块状体转变一级半扩散型一级半扩散型7贝氏体转变贝氏体转变一级半扩散型一级半扩散型8调幅分解调幅分解一级扩散型一级扩散型9有序化转变一级或二级扩散型有序化转变一级或二级扩散型10磁性转变磁性转变 二级非扩散型二级非扩散型11超导转变超导转变 二级非扩散型二级非扩散型3 常见固态相变的分类常见固态相变的分类可知可知 dG=VdP-SdTV：体积，：体积，P：压强

11、：压强恒压下有恒压下有 dG=-SdT0ddSTG新、旧相的体积自由能差新、旧相的体积自由能差 G 为相变的驱动力。为相变的驱动力。T0G G S S ， 曲线曲线斜率不同，在斜率不同，在T0温度相交温度相交T T0时时 G 0由自由能由自由能 G=H-TSH：热焓，：热焓，T：绝对：绝对温度，温度，S：熵：熵同质异形转变的过程包括形核长大同质异形转变的过程包括形核长大形核为非均匀形核，一般在晶界优先发生形核为非均匀形核，一般在晶界优先发生晶界处：晶界处：能量起伏：能量高，晶界消失则能量降低。提供能量起伏：能量高，晶界消失则能量降低。提供克服相变阻力（界面能和弹性应变能）的能量。克服相变阻力（

12、界面能和弹性应变能）的能量。结构起伏：结构不规则，可能有局部的原子排列结构起伏：结构不规则，可能有局部的原子排列按新相的规则。按新相的规则。长大：新相吞噬旧相，直至互相接触。长大：新相吞噬旧相，直至互相接触。定义：由一个固相同时析出另外两个新固相的定义：由一个固相同时析出另外两个新固相的相变。相变。 对应概念：对应概念：共晶：由液相中同时结晶出两个固相的相变。共晶：由液相中同时结晶出两个固相的相变。 L 对二元系对二元系f=2-3+1=0三相共存时，三相共存时，温度和各相的成分温度和各相的成分都固定都固定共析反应共析反应 三相共存三相共存三相平衡的自由能成分曲线三相平衡的自由能成分曲线公切线法

13、则：有公切线法则：有公切线，切点决公切线，切点决定三相的成分。定三相的成分。 T () + + + A B B% Fe-Fe3C相图的低相图的低温部分温部分珠光体珠光体(P)：铁素体铁素体( )和 渗 碳 体和 渗 碳 体(Fe3C)的机的机械混合物。械混合物。反应式：反应式： 形核部位：原奥氏体晶界形核部位：原奥氏体晶界原因：成分起伏、结构起伏、能量起伏原因：成分起伏、结构起伏、能量起伏珠光体在原奥氏珠光体在原奥氏体晶界处形核体晶界处形核(100倍）倍）1 形核形核2 长大过程长大过程高温，过冷度小，相高温，过冷度小，相变驱动力小，转变慢变驱动力小，转变慢低温，扩散系低温，扩散系数小，转变慢

14、数小，转变慢中温，中温，转变快转变快中温转变快，中温转变快，C曲线，鼻子曲线，鼻子最早在钢中发现最早在钢中发现淬火（马血淬火）。淬火（马血淬火）。Since the ancient Greeks, the structural transformation in steel has been used to harden sword by rapid cooling. The underlying physics was first seriously explored by Martens in the later 19th century, and because of his work,

15、 the diffusionless structural phase transitions in steel and other materials have become known as martensitic transformations. Kai Kadau et. al., Science, 2002, 296: 1681-1684古希腊也已利用，古希腊也已利用，19世纪末起系统研究世纪末起系统研究以德国学者马丁的名字命名（以德国学者马丁的名字命名（Martensite，M）至今每年国际国内有会至今每年国际国内有会钢中定义：碳在钢中定义：碳在-Fe中的过饱和固溶体，是一中的过饱

16、和固溶体，是一种单相的亚稳组织。种单相的亚稳组织。马氏体的概念已远远不局限于钢，马氏体的概念已远远不局限于钢，Ti，Ni，陶陶瓷甚至固态瓷甚至固态N中都有马氏体转变中都有马氏体转变如何定义？如何定义？现在：晶体通过协同型的无扩散切变机制转变现在：晶体通过协同型的无扩散切变机制转变得到的产物。得到的产物。实验现象：抛光的表面相变后局部凸起或凹陷。实验现象：抛光的表面相变后局部凸起或凹陷。预刻直线划痕相变后为连续的折线。预刻直线划痕相变后为连续的折线。1 切变共格和表面浮凸切变共格和表面浮凸 不变平面 相变后自由表面 切 变 相变前自由表面 切变后原子只作小距离的移动，切变共格使两相切变后原子只作

17、小距离的移动，切变共格使两相保持一定的位向关系，并有惯习面保持一定的位向关系，并有惯习面惯习面：不畸变面惯习面：不畸变面尺寸、形状、位向未发尺寸、形状、位向未发生变化的面生变化的面相界面相界面位向关系：位向关系：K-S关系：关系：111A/(110)M, A/M西山关系：西山关系：111A/(110)M, A/M随含碳量不同，晶胞膨胀程度不同，位向随含碳量不同，晶胞膨胀程度不同，位向关系不同。关系不同。2 具有一定的位向关系和惯习面具有一定的位向关系和惯习面证据：证据：切变共格的机理。切变共格的机理。相变前后成分不变。相变前后成分不变。快速，快速，Fe-C, Fe-Ni合金，合金，-20 -1

18、95C之间，之间，0.050.5 s，即完成转变。即完成转变。低温：低温：Li-Mg合金，合金， -200C以下转变。以下转变。3 无扩散性无扩散性4 有大量的晶体缺陷有大量的晶体缺陷5 可逆性可逆性6 不完全性不完全性原因：体积改变引起的应力形成很大的相变阻原因：体积改变引起的应力形成很大的相变阻力，使转变停止。力，使转变停止。 变温转变 爆发转变 等温转变到某一温度Ms开始形成，随温度降低马氏体量增加，到某一温度Mf转变结束，但转变不完全。1 马氏体转变的动力学的特点马氏体转变的动力学的特点按形核长大方式，将马氏体转变动力学分三类。晶核瞬时形成晶核瞬时形成(较大的晶坯形成较大的晶坯形成),

19、 并以高达并以高达2000m/s的速度长大，的速度长大，(0.55) 10-7s即长大完毕，与母相的即长大完毕，与母相的共格关系破坏。降温形成新晶核共格关系破坏。降温形成新晶核(较小晶坯形成）较小晶坯形成）2 变温生核，恒温瞬时长大变温生核，恒温瞬时长大Ms以下瞬时形成，等温时马氏以下瞬时形成，等温时马氏体量不增加，降温才增加。体量不增加，降温才增加。Fe-C-Ni合金的马合金的马氏体转变氏体转变曲线曲线部分部分Ms0 C的合金，的合金， Ms以下大量晶核瞬时形以下大量晶核瞬时形成，随后降温长大，成，随后降温长大，10-310-4s即完成一次爆发。即完成一次爆发。爆发时甚至可能伴有响声。爆发时

20、甚至可能伴有响声。Ms以下生核，瞬时长大，但与母相的共格关系以下生核，瞬时长大，但与母相的共格关系未破坏，降温时还可继续伸长、加厚，同时还未破坏，降温时还可继续伸长、加厚，同时还可以形成新晶核。可以形成新晶核。3 变温生核，变温长大变温生核，变温长大Ms以下随时间延长，有新马氏体晶核产生，马以下随时间延长，有新马氏体晶核产生，马氏体量增大，氏体量增大，C曲线曲线Fe-23.2%Ni-3.62%Mn合金等温马氏体的合金等温马氏体的C曲线曲线4 等温马氏体等温马氏体解释：自催化作用：一片马氏体形成，产生引起解释：自催化作用：一片马氏体形成，产生引起更多马氏体片生核的条件更多马氏体片生核的条件生核速

21、率随时间增生核速率随时间增高；到一定程度，奥氏体减少且被已形成的马氏高；到一定程度，奥氏体减少且被已形成的马氏体分隔，生核速率降低。体分隔，生核速率降低。随时间延长，随时间延长，先快后慢先快后慢鼻温最快鼻温最快1 马氏体转变的驱动力和阻力马氏体转变的驱动力和阻力奥氏体和奥氏体和马氏体的马氏体的自由能自由能温度曲线温度曲线TT0， G=G-G T0， G=G -G0，逆逆转变的驱动力。转变的驱动力。体积畸变能包含体积畸变能包含切变改变晶体结构的能量，切变改变晶体结构的能量，马氏体邻近基体的弹性变形能量。马氏体邻近基体的弹性变形能量。马氏体内的储存能：形成位错、孪晶的能量升高马氏体内的储存能：形成

22、位错、孪晶的能量升高等。等。体积畸变可能很大，即相变阻力很大，需要很体积畸变可能很大，即相变阻力很大，需要很大的驱动力，很大的过冷度大的驱动力，很大的过冷度Ms一般很低。一般很低。例：共析碳钢，例：共析碳钢， A温度（平衡相图上奥氏体稳温度（平衡相图上奥氏体稳定存在的最低温度）为定存在的最低温度）为727C，但但Ms是是230C左右，比左右，比A低得多。低得多。现象：奥氏体在现象：奥氏体在Ms以上塑性变形，诱发马氏体以上塑性变形，诱发马氏体转变，使马氏体转变开始温度上升到转变，使马氏体转变开始温度上升到Md。Fe-Ni合金合金Md， Ad和和T0的关系的关系2 形变诱发马氏体形变诱发马氏体Md

23、为可获得形变马氏为可获得形变马氏体的最高温度。在体的最高温度。在Md以上温度塑性变形不以上温度塑性变形不能诱发马氏体相变。能诱发马氏体相变。马氏体在马氏体在As以下塑性以下塑性变形，诱发奥氏体转变形，诱发奥氏体转变，使奥氏体转变开变，使奥氏体转变开始温度降低到始温度降低到Ad。形变诱形变诱发马氏发马氏体的热体的热力学条力学条件件在在T1T0，化化学驱动力机学驱动力机械驱动力也足械驱动力也足够引发相变够引发相变在在Ms，化学驱动力恰好提化学驱动力恰好提供足够的相变驱动力供足够的相变驱动力 G 变形方式合适，机械驱动力达到变形方式合适，机械驱动力达到 G，不需，不需要化学驱动力，要化学驱动力，Md

24、达到达到T0？目前找不到这样的变形方式目前找不到这样的变形方式低碳钢中存在：低碳钢中存在：惯习面惯习面(111) 或或(225) 一个奥氏体晶粒转化一个奥氏体晶粒转化为若干板条群，群内为若干板条群，群内为为0.15-0.20 m宽的宽的板条。板条。100m0.03%C-2%Mn钢的板条马氏体1 板条马氏体板条马氏体1m0.03%C-2%Mn钢板条马氏体的亚结构钢板条马氏体的亚结构在高碳钢在高碳钢中存在，中存在，惯习面惯习面(225) 或或(259) 1.2%C钢的片状马氏体（有明显中脊）钢的片状马氏体（有明显中脊）2 片状马氏体片状马氏体亚结构：孪晶亚结构：孪晶1.25m奥氏体奥氏体(A, ,

25、 fcc)马氏体马氏体(M, , bct体心正方）体心正方）Bain提出：提出：fcc就是轴比就是轴比c/a1.414的的bct。实际马氏体的轴比为实际马氏体的轴比为1.081.00，这只要，这只要c缩短缩短20%左右，左右，a伸长伸长14%左右即可做到。左右即可做到。1 Bain模型模型MA 111/011(111)A/(011)M， ，符合符合K-S关系关系成功和不足：可解释晶格转变和位向关系，但不成功和不足：可解释晶格转变和位向关系，但不能解释宏观切变和惯习面（不畸变面）能解释宏观切变和惯习面（不畸变面）2 K-S模型模型(111) 沿沿 第一次切变第一次切变112 切变切变，使，使 角

26、由角由60变到变到7030 ，即成，即成体心立方（有碳时切变体心立方（有碳时切变9，变成体心正方）变成体心正方） 。110)2(11沿微小调整，使微小调整，使晶面间距与实晶面间距与实验符合验符合成功与不足：可解释点阵的变化和K-S关系，也能解释浮凸现象，但浮凸大小的计算值与实测值相差很大。惯习面：理论： (111)实测： (111)， (225)，(259) 。G-T关系：关系：Fe-22%Ni-0.8%C合金，惯习面合金，惯习面(259) 111A/(110)M 差差1, A/M 差差2第一次切变：第一次切变： (259) 均匀切均匀切变，产生宏观变形（浮凸），变，产生宏观变形（浮凸），确定

27、惯习面。结构与马氏体确定惯习面。结构与马氏体不同，一组晶面间距和原子不同，一组晶面间距和原子排列与排列与(112)相同。相同。切变后微调，使晶面间距切变后微调，使晶面间距与实验符合。与实验符合。3 G-T模型模型第二次切变第二次切变:在在 (112)面面的的 方向发生方向发生1213的的不均匀切变，不影响浮凸不均匀切变，不影响浮凸111成功和不足：成功和不足：可解释点阵变可解释点阵变化、位向关系、化、位向关系、惯习面、宏观惯习面、宏观变形。变形。不能解释示惯不能解释示惯习面不变形。习面不变形。Fe-30wtNi和和Au-47.5wtCd合金的电阻温度曲线合金的电阻温度曲线1 热弹性马氏体热弹性

28、马氏体FeNi: As-Ms420KAuCd: As-Ms16K界面共格是否被破界面共格是否被破坏，取决于相变驱坏，取决于相变驱动力（过冷度）动力（过冷度）过冷度小，马氏体过冷度小，马氏体片小，共格不破坏，片小，共格不破坏，降温后可继续长大。降温后可继续长大。过冷度大，大片的过冷度大，大片的马氏体使周围奥氏马氏体使周围奥氏体塑性变形，共格体塑性变形，共格破坏。破坏。奥氏体马氏体的界面共格奥氏体马氏体的界面共格相变过程：相变过程：到到Ms点，瞬间形点，瞬间形核，爆发式长大，核，爆发式长大，长大过程中新相长大过程中新相与母相保持共格与母相保持共格界面，到共格破界面，到共格破坏时长大停止。坏时长大停

29、止。继续降温，新马继续降温，新马氏体晶核生成，氏体晶核生成，马氏体量增加。马氏体量增加。Fe-32.5%Ni合金的马氏体部合金的马氏体部分转变（分转变（350倍，黑色为马氏倍，黑色为马氏体，白色为奥氏体）体，白色为奥氏体）逆转变，不是马氏体片收缩，而是奥氏体重新生逆转变，不是马氏体片收缩，而是奥氏体重新生核，把马氏体分割成小块。核，把马氏体分割成小块。Fe-32.5%Ni合金合金380C加热的马氏体逆转变加热的马氏体逆转变 相变过程：到时相变过程：到时Ms过冷度小过冷度小，瞬瞬间形核，爆发式长大；新相母相仅发生弹性变形，间形核，爆发式长大；新相母相仅发生弹性变形，母相与新相始终保持共格界面；继

30、续降温，马氏母相与新相始终保持共格界面；继续降温，马氏体片可持续长大，马氏体量增加。体片可持续长大，马氏体量增加。降温，马氏体片长大降温，马氏体片长大升温，马氏体片缩小，马氏体量减少（逆转变）升温，马氏体片缩小，马氏体量减少（逆转变）热弹性马氏体：与母相始终保持共格关系，可随热弹性马氏体：与母相始终保持共格关系，可随温度升高、降低而长大、缩小的马氏体。温度升高、降低而长大、缩小的马氏体。非热弹性马氏体：瞬间长大至极限尺寸，使母相非热弹性马氏体：瞬间长大至极限尺寸，使母相发生塑性变形而破坏与母相界面共格的马氏体。发生塑性变形而破坏与母相界面共格的马氏体。热弹性马氏体和非热弹性马氏体热弹性马氏体和

31、非热弹性马氏体热滞小，新相母相始终共热滞小，新相母相始终共格，完全可逆格，完全可逆逆相变可恢复到原来的点阵结逆相变可恢复到原来的点阵结构和位向。构和位向。现象：金属花为例现象：金属花为例概念：一定形状的合金在某种条件下经任意变形，概念：一定形状的合金在某种条件下经任意变形，然后改变温度超过该种材料的某一临界点时又恢然后改变温度超过该种材料的某一临界点时又恢复原来形状的现象。复原来形状的现象。形状记忆合金形状记忆合金(SMAShape memory alloy):具有具有形状记忆效应的合金。形状记忆效应的合金。如如Cu-Al-Ni，Au-Cd，Ni-Ti，Cu-Al，Cu-Al-Mn，Cu-Zn

32、，Cu-Zn-Au等等。2 形状记忆效应形状记忆效应单程：单程：母相奥氏体（母相奥氏体（ ）成型）成型（直）（直）冷却转变为冷却转变为 马氏马氏体体外加应力使马氏体外加应力使马氏体塑性变形（弯）塑性变形（弯）升温，逆相变（升温，逆相变（ ）同时恢复原状。同时恢复原状。(a)母相（奥氏体）成型；母相（奥氏体）成型；(b)降温到降温到Mf以下形成马以下形成马氏体，宏观不变形；氏体，宏观不变形；(c),(d)施加外力，使能量有利施加外力，使能量有利的马氏体吞噬其他变体长大，产生宏观变形；的马氏体吞噬其他变体长大，产生宏观变形；(e) 加热到加热到Af以上，发生逆相变，恢复母相形状。以上，发生逆相变，

33、恢复母相形状。形状记忆的机理（单晶为例）形状记忆的机理（单晶为例）Ti-Al合金SMA宇航天线3 SMA3 SMA的应用的应用自组装结构件：天线，自锁螺帽，管接头。自组装结构件：天线，自锁螺帽，管接头。热敏装置：自动开关窗，控温阀。热敏装置：自动开关窗，控温阀。热能机械能转换装置：热能机械能转换装置：“永动机永动机”（自动轮，（自动轮，自动电机：科技馆）。自动电机：科技馆）。“智能智能”装置：爬虫。装置：爬虫。生物材料：牙托，人造骨骼。生物材料：牙托，人造骨骼。已经有商业生产。已经有商业生产。1 上贝氏体（高温贝氏体）上贝氏体（高温贝氏体）羽毛状羽毛状大致平行的铁素体板条杆状渗碳体杆状渗碳体上

34、贝氏体的亚结构也是高密度的缠结位错上贝氏体的亚结构也是高密度的缠结位错 50m2 下贝氏体（低温贝氏体）下贝氏体（低温贝氏体）针状针状针（铁素针（铁素体片）体片）细片状或颗粒状碳化物，与细片状或颗粒状碳化物，与下贝氏体针成下贝氏体针成5560角角下贝氏下贝氏体的亚体的亚结构：结构：也是位也是位错，密错，密度比上度比上贝氏体贝氏体高。未高。未发现孪发现孪晶。晶。0.54%C的的Cr-Ni钢以钢以0.006oC/s速度速度冷却形成的下贝氏体（一万倍）冷却形成的下贝氏体（一万倍）特征：特征：C形，与形，与珠光体分珠光体分开，有转开，有转变的温度变的温度上限上限Bs2、有温度上限、有温度上限Bs(难于

35、测定），转变不完全。难于测定），转变不完全。3、贝氏体形成时也依靠切变与母相共格，产生、贝氏体形成时也依靠切变与母相共格，产生表面浮凸。表面浮凸。4、贝氏体中铁素与母相有一定位向关系：、贝氏体中铁素与母相有一定位向关系： 上贝氏体惯习面为上贝氏体惯习面为(111) ，K-S和西山关系。和西山关系。 下下贝氏体惯习面为贝氏体惯习面为(225) ，K-S关系。关系。5、贝氏体中的碳化物分布种类都与温度有关：、贝氏体中的碳化物分布种类都与温度有关： 上贝氏体：碳化物在铁素体之间，为渗碳体上贝氏体：碳化物在铁素体之间，为渗碳体 下贝氏体：碳化物在铁素体内，为渗碳体和下贝氏体：碳化物在铁素体内，为渗碳体

36、和 碳化物碳化物6、贝氏体中的渗碳体也与母相或铁素体有一、贝氏体中的渗碳体也与母相或铁素体有一定的位向关系。定的位向关系。,111/010 ,011/100 ,)211/()001(CFeCFeCFe333下贝氏体：下贝氏体：,011/010 ,554/100 ,)252/()001(CFeCFeCFe333例如：上贝氏体：例如：上贝氏体：可以确定：两个基本过程：切变共格、浮凸、位向关系马氏体型转变温度高时碳化物大，低时小有碳扩散1 上贝氏体形成机制上贝氏体形成机制领先相铁素体领先相铁素体铁素体向铁素体向奥氏体中奥氏体中排碳，形排碳，形成渗碳体成渗碳体 扩散慢，渗扩散慢，渗碳体为短杆碳体为短杆

37、状，不能连状，不能连成片成片 扩 散 慢 ，扩 散 慢 ，碳在铁素体碳在铁素体中残留，有中残留，有过饱和度过饱和度先形成铁素体片，温度低，碳只能在铁素体中短先形成铁素体片，温度低，碳只能在铁素体中短程扩散，在某些晶面偏聚后形成碳化物，成行排程扩散，在某些晶面偏聚后形成碳化物，成行排列，且与铁素体针成一定角度。列，且与铁素体针成一定角度。2 下贝氏体形成机制下贝氏体形成机制定义定义1：过冷奥氏体中温区分解的针状产物。：过冷奥氏体中温区分解的针状产物。定义定义2：非层片状的共析产物。：非层片状的共析产物。定义定义3：贝氏体转变是这样的转变：点阵改组是：贝氏体转变是这样的转变：点阵改组是通过协调的原

38、子运动或相关的个别原子跃迁进通过协调的原子运动或相关的个别原子跃迁进行的，原始点阵通过马氏体切变成为新点阵，行的，原始点阵通过马氏体切变成为新点阵，转变速度受扩散较快的组元的原子扩散所控制。转变速度受扩散较快的组元的原子扩散所控制。至今无定论至今无定论现象：现象：体积温度液相晶相TmTgTg：玻璃化转变温度对金属金属玻璃过冷液体急冷，原子来不及规则急冷，原子来不及规则重排，冷至重排，冷至Tm以下以下过冷液体，亚稳相。过冷液体，亚稳相。凝固体积突变凝固体积突变玻璃冷至某一温度曲线斜冷至某一温度曲线斜率变化，即热膨胀系率变化，即热膨胀系数变化数变化生成另一生成另一种结构种结构非晶相非晶相技术上技术上Tg并不很容易确定：并不很容易确定：体积温度液相晶相Tm过冷液体玻璃Tg过冷液体和非晶态固体的体积温度关系不是两相交的直线。Tg有一范围，随冷却速度的变化而变化。区别：温度越低，粘度越大，当粘度超过一定值时，原子难以相对运动，便可当成固体。Tg