第一章 固态相变

1、固态相变固态相变教学课件教学课件 授课教师：周芳l金属固态相变的基础金属固态相变的基础l钢中奥氏体的形成钢中奥氏体的形成l珠光体转变珠光体转变l马氏体相变马氏体相变l贝氏体相变贝氏体相变l钢中的回火转变钢中的回火转变l合金的脱溶沉淀与时效合金的脱溶沉淀与时效固态相变的主要内容固态相变的主要内容一、固态相变的定义一、固态相变的定义 金属和陶瓷等固态材料在温度和压力改变时，其内部组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，即发生一种相状态到另一种相状态的织或结构会发生变化，即发生一种相状态到另一种相状态的转变，这种转变称为固态相变。转变，这种转变称为固态相变。金属固态相变

2、基础金属固态相变基础二、研究固态相变的意义二、研究固态相变的意义 通过研究固态相变的原理，掌握材料的固态相变的规律，就通过研究固态相变的原理，掌握材料的固态相变的规律，就可以采取措施（加热和冷却）控制固态相变过程以获得所预期可以采取措施（加热和冷却）控制固态相变过程以获得所预期的组织和结构，从而使之具有所预期的性能，最大限度地发挥的组织和结构，从而使之具有所预期的性能，最大限度地发挥现有金属材料的潜力，开发新型材料。现有金属材料的潜力，开发新型材料。金属固态相变基础三、学习固态相变应有的理论基础三、学习固态相变应有的理论基础 掌握掌握材料科学基础材料科学基础中晶体结构、铁碳相图中晶体结构、铁碳

3、相图及及物理化学物理化学中的等有关知识。中的等有关知识。热处理的定义热处理的定义: :金属固态相变基础 将材料加热到相变温度将材料加热到相变温度以上发生相变，再冷却发以上发生相变，再冷却发生相变的工艺过程。通过生相变的工艺过程。通过这个相变与再相变，材料这个相变与再相变，材料的内部组织发生了变化，的内部组织发生了变化，因而性能产生变化。因而性能产生变化。金属固态相变基础热处理三大要素热处理三大要素n加热：加热：热处理第一个阶段。不同材料，加热工艺和加热温热处理第一个阶段。不同材料，加热工艺和加热温度不同。加热分为两种，一种是在临界点度不同。加热分为两种，一种是在临界点A1以下的加热，以下的加热

4、，此时不发生组织变化。另一种是在此时不发生组织变化。另一种是在A1以上的加热，目的是以上的加热，目的是为了获得均匀的奥氏体组织，这一过程称为为了获得均匀的奥氏体组织，这一过程称为奥氏体化奥氏体化。n保温：保温：目的是要保证工件热透，防止脱碳、氧化等。保温目的是要保证工件热透，防止脱碳、氧化等。保温时间和介质的选择与工件的尺寸和材质有直接的关系。一时间和介质的选择与工件的尺寸和材质有直接的关系。一般工件越大，导热性越差，保温时间就越长。般工件越大，导热性越差，保温时间就越长。n冷却：冷却： 热处理的最终阶段，也是热处理最重要的一个阶热处理的最终阶段，也是热处理最重要的一个阶段。钢在不同冷却速度下

5、可以转变为不同的组织。段。钢在不同冷却速度下可以转变为不同的组织。金属固态相变基础金属固态相变基础 钢的临界温度：钢的临界温度：平衡临界温度：平衡临界温度：加热临界温度：加热临界温度：冷却临界温度：冷却临界温度：A1、 A3、 AcmAc1、Ac3、AccmAr1、Ar3、Arcm金属固态相变基础热处理热处理整整 体体热处理热处理表表 面面热处理热处理退火退火;正火正火;淬火淬火;回火回火表面淬火表面淬火 化学热处理化学热处理感应淬火感应淬火火焰淬火火焰淬火渗碳渗碳; 渗氮渗氮碳氮共渗碳氮共渗热处理的主要目的热处理的主要目的: :改变钢的性能。改变钢的性能。热处理的应用范围热处理的应用范围:

6、:整个制造业。整个制造业。热处理的分类热处理的分类激光淬火激光淬火金属固态相变基础金属固态相变基础四、本门课程学习的主要内容和要求四、本门课程学习的主要内容和要求五、考核方式五、考核方式平时成绩（出勤、回答问题等）平时成绩（出勤、回答问题等）0.3+期末成绩期末成绩0.7金属固态相变基础金属固态相变概论一、金属固态相变的主要分类一、金属固态相变的主要分类l按热力学分类（一级相变和二级相变）按热力学分类（一级相变和二级相变）（1）一级相变）一级相变 由由1相转变为相转变为2相时，相时，G1=G2，12，但化学位的一阶偏，但化学位的一阶偏导数不等，即有：导数不等，即有：PPTT21TTPP21ST

7、PVPT0 S0 V一级相变有热效应（一级相变有热效应（相变潜热相变潜热）与体积效应，从而可）与体积效应，从而可用热膨用热膨胀仪测量一级相变的开始点胀仪测量一级相变的开始点，材料的凝固、熔化、升华、同素异，材料的凝固、熔化、升华、同素异构转变也均为一级相变。几乎所有伴随晶体结构变化的金属固态构转变也均为一级相变。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。相变都是一级相变。 （2）二级相变：由）二级相变：由1相转变为相转变为2相时，不仅相时，不仅G1=G2，1=2，且，且化学位的一阶偏导数相等，但化学位的二阶偏导数不等化学位的一阶偏导数相等，但化学位的二阶偏导数不等:PPTT22221

8、2TCTSTPPP220PCTTPP222212VPVVVPTT220PTPT2212VTVVVPTP20金属固态相变概论 Cp 等压比热（热容），等压比热（热容）， 等温压缩系数，等温压缩系数， 等压膨胀系数等压膨胀系数 二级相变时没有熵和体积改变，只二级相变时没有熵和体积改变，只有热容、压缩系数和膨胀系数的改变。有热容、压缩系数和膨胀系数的改变。 有序有序- -无序转变、无序转变、 磁性转变、超导态转变属于二级相变。磁性转变、超导态转变属于二级相变。金属固态相变概论l按平衡状态图分类（平衡转变和非平衡转变）按平衡状态图分类（平衡转变和非平衡转变）平衡转变平衡转变同素异构转变和多形性转变平衡

9、脱溶沉淀共析转变包析转变调幅分解有序化转变金属固态相变概论非平衡转变非平衡转变伪共析相变马氏体相变贝氏体相变非平衡脱溶沉淀非平衡转变非平衡转变金属固态相变概论l按原子迁移情况分类（扩散型相变和无扩散型相变）按原子迁移情况分类（扩散型相变和无扩散型相变）扩散型相变：相变依靠原子近程或远程扩散而进行，也称扩散型相变：相变依靠原子近程或远程扩散而进行，也称“非非 协同型协同型”转变。转变。非扩散型相变：相变过程中原子不发生扩散，参与转变的所有非扩散型相变：相变过程中原子不发生扩散，参与转变的所有 原子运动是协调一致的。原子只作有规则的迁原子运动是协调一致的。原子只作有规则的迁 移以使晶体点阵发生改组

10、，原子迁移范围有限移以使晶体点阵发生改组，原子迁移范围有限 不超过一个原子间距。如淬火马氏体相变。不超过一个原子间距。如淬火马氏体相变。金属固态相变概论l按相变方式分类（有核相变和无核相变）按相变方式分类（有核相变和无核相变）金属固态相变概论1）有核相变：形核）有核相变：形核-长大方式。长大方式。2）无核相变：）无核相变：金属固态相变概论金属固态相变概论二、金属固态相变的特点二、金属固态相变的特点 1 1、相界面：根据界面上新旧两相原子在晶体学上匹配程度的、相界面：根据界面上新旧两相原子在晶体学上匹配程度的不同，可分为共格界面、半共格界面和非共格界面。不同，可分为共格界面、半共格界面和非共格界

11、面。金属固态相变概论金属固态相变概论金属固态相变概论2 2、新旧相之间存在位向关系与惯习面、新旧相之间存在位向关系与惯习面 金属在固态相变时新相与母相之间往往存在一定的位向关金属在固态相变时新相与母相之间往往存在一定的位向关系，而且新相往往在母相上一定的晶面上开始形成，这个晶面系，而且新相往往在母相上一定的晶面上开始形成，这个晶面称为称为惯习面惯习面。 当新相与母相之间为共格或半共格界面时必然存在一定的位向关系；若无一定位向关系，则两相界面必定为非共格界面。但有时虽然两相之间存在位向关系，但也未必都具有共格或半共格界面。金属固态相变概论3、相变阻力大（增加了弹性应变能）、相变阻力大（增加了弹性

12、应变能） 弹性应变能的来源：弹性应变能的来源：新相与母相间存在比容差；新相与母相间存在比容差； 两相界面上的不匹配而引起的。两相界面上的不匹配而引起的。 另外，弹性应变另外，弹性应变能的大小与新相的能的大小与新相的形状有关：形状有关：金属固态相变概论 固态相变的阻力由界面能和弹性应变能两部分组成。固态相变的阻力由界面能和弹性应变能两部分组成。界面共格时：会降低界面能，但使弹性应变能增大；界面共格时：会降低界面能，但使弹性应变能增大；界面不共格时：界面不共格时： 盘（片）状新相的弹性应变能最低，但盘（片）状新相的弹性应变能最低，但 界面能较高；界面能较高； 球状新相的界面能最低，但弹性应变能球状

13、新相的界面能最低，但弹性应变能 最大。最大。过冷度大时：临界晶核尺寸很小，单位体积新相的界面面积很大，此时界面能起主导作用。两相易取共格方式以降低界面能，从而降低总的形核功，易于形核；过冷度很小时：临界晶核尺寸较大，界面能不起主导作用，易形成非共格界面。此时若两相比容差别较大，弹性应变能起主导作用，则形成盘（片）状新相以降低弹性应变能；若两相比容差别较小，弹性应变能作用不大，则形成球状新相以降低界面能。金属固态相变概论4、晶体缺陷的影响、晶体缺陷的影响 当母相中存在晶界、亚晶界、空位及位错等各种晶体缺陷。当母相中存在晶界、亚晶界、空位及位错等各种晶体缺陷。 缺陷附近缺陷附近点阵畸变点阵畸变储存

14、畸变能储存畸变能提供形核的额外能量提供形核的额外能量加速转变加速转变在固态相变中，从能量观点来看：在固态相变中，从能量观点来看：大大小小形核功形核功均匀形核均匀形核 空位形核空位形核 位错形核位错形核 晶界非均匀形核晶界非均匀形核金属固态相变概论（5）过渡相形成和原子的扩散）过渡相形成和原子的扩散过渡相过渡相母相母相新相新相晶体结构或成分与母相较晶体结构或成分与母相较接近的、自由能比母相稍接近的、自由能比母相稍低的、亚稳定的低的、亚稳定的可能可能如果新相与母相如果新相与母相的成分、结构差的成分、结构差异较大异较大新相与母相之间新相与母相之间只能形成高能量只能形成高能量的非共格界面。的非共格界面

15、。界面能和形核功界面能和形核功较大。较大。形成过渡相成为减少相变阻力的重要途径之一。形成过渡相成为减少相变阻力的重要途径之一。金属固态相变概论综上所述，固态相变具有如下共同特点：综上所述，固态相变具有如下共同特点：1、相变阻力大，相变的发生需要较大的过冷度；、相变阻力大，相变的发生需要较大的过冷度；2、新相与母相之间存在一定的晶体学位向关系，导致、新相与母相之间存在一定的晶体学位向关系，导致新相的组织对母相有一定的遗传性；新相的组织对母相有一定的遗传性；3、母相的晶体缺陷可增加形核能量，同时可加快扩散、母相的晶体缺陷可增加形核能量，同时可加快扩散过程，有利于新相晶体的生长，对相变起促进作用；过

16、程，有利于新相晶体的生长，对相变起促进作用；4、扩散过程对相变的影响较大，扩散不但成为固态相、扩散过程对相变的影响较大，扩散不但成为固态相变的控制因素，在温度较低时还可能改变转变的类型，变的控制因素，在温度较低时还可能改变转变的类型，如从扩散型改变为非扩散型；如从扩散型改变为非扩散型；5、易出现过渡相，有些反应不能进行到底，过渡相可、易出现过渡相，有些反应不能进行到底，过渡相可以长期保留。以长期保留。金属固态相变热力学一、金属固态相变的热力学条件一、金属固态相变的热力学条件1. 相变驱动力相变驱动力:在固态相变中新旧两相的自由能差和新相自由在固态相变中新旧两相的自由能差和新相自由 能较低。能较

17、低。相变热力学条件相变热力学条件自由能自由能 G是系统的一个特征函数，设是系统的一个特征函数，设H为焓，为焓，S为熵，为熵，T为绝为绝对温度，则有：对温度，则有：GHTSdGdHTdSSdTTdSdHdW对对T求求G的一阶，有：的一阶，有：对于可逆过程：对于可逆过程： 固态相变过程中只引起轻微的体积变化，可忽略。则固态相变过程中只引起轻微的体积变化，可忽略。则dW=0，TdS=dH，因此，因此dG=-SdT。vGST 由于由于S S总为正值，所以总为正值，所以vGT总为负值。总为负值。即：即：G总是随总是随T的增加而降低。的增加而降低。G对对T求二阶导数：求二阶导数：22VVGSTT 恒为恒为

18、正值正值为负值，意味着自由能为负值，意味着自由能G G和温度和温度T T的特性曲的特性曲线总是凹面向下。线总是凹面向下。金属固态相变热力学金属固态相变热力学GT0T1T2TGG自由能与温自由能与温度的关系图度的关系图2、相变势垒、相变势垒 相变时改组晶格所必须相变时改组晶格所必须克服的原子间引力。克服的原子间引力。G状态状态GgIII 表征相变能垒也可以表征相变能垒也可以用激活能用激活能Q表示。表示。金属固态相变热力学晶体中原子通过两种方式来获得附加的能量：晶体中原子通过两种方式来获得附加的能量：l 原子的热振动的不均匀性，个别原子可能具有很高原子的热振动的不均匀性，个别原子可能具有很高的热振

19、动能量；的热振动能量；l 机械应力。机械应力。二、金属固态相变的形核二、金属固态相变的形核金属固态相变形核金属固态相变形核 + + 长大长大1 1、均匀形核、均匀形核 在均匀形核过程中形核的驱动力亦是新旧两相的自由能在均匀形核过程中形核的驱动力亦是新旧两相的自由能差，而形核的阻力差，而形核的阻力除界面能外还增加了一项弹性应变能除界面能外还增加了一项弹性应变能。金属固态相变热力学VGVGSV 新相与母相间的单位体积自由能差新相与母相间的单位体积自由能差界面能界面能弹性应变能弹性应变能驱动力驱动力阻力阻力 若生成的新相晶核为球形（半径为若生成的新相晶核为球形（半径为r) 时，可以推导出新时，可以推

20、导出新相的临界晶核半径和形核功，其分别为：相的临界晶核半径和形核功，其分别为：32163()WGvGv 由上式可知，当界面能和弹性应变能增大时，临界晶核由上式可知，当界面能和弹性应变能增大时，临界晶核半径半径rc和形核功和形核功W都增高。都增高。vcGr2金属固态相变热力学同样，可以用以下公式表征相变时的形核率：同样，可以用以下公式表征相变时的形核率：expQWInvkT过冷度的增大，过冷度的增大，rc和和W都减小，新相形核几率增大，都减小，新相形核几率增大，新相晶核数量增多，相变容易发生。新相晶核数量增多，相变容易发生。 只有在一定的温度滞后条件下系统才可能发生相变。只有在一定的温度滞后条件

21、下系统才可能发生相变。n为单位体积母相中的原子数为单位体积母相中的原子数为原子振动频率为原子振动频率Q为扩散激活能为扩散激活能W为形核功为形核功金属固态相变热力学2、非均匀形核、非均匀形核当新相晶核在母相缺陷处形成时，系统的自由能变化为：当新相晶核在母相缺陷处形成时，系统的自由能变化为：GVGvSVGd 母相中缺陷所提供的能量母相中缺陷所提供的能量金属固态相变热力学界隅界隅界棱界棱界面界面a、在晶界处形核、在晶界处形核金属固态相变热力学 从能量的角度来说，界隅提供的能量最大，界棱次之，界从能量的角度来说，界隅提供的能量最大，界棱次之，界面最小。但从所占的体积百分数来说，界面反而最大，而界面最小

22、。但从所占的体积百分数来说，界面反而最大，而界隅最小。综合考虑两种因素，晶界不同位置非均匀形核率隅最小。综合考虑两种因素，晶界不同位置非均匀形核率I 可写为：可写为： 其中，其中，i=0,1,2,3分别表示界隅形核、界棱形核、界面形核、分别表示界隅形核、界棱形核、界面形核、均匀形核。均匀形核。Ai为在晶界不同位置形核的形核功与均匀形核的形为在晶界不同位置形核的形核功与均匀形核的形核功之比值，核功之比值，A0A1A2A3=1。kTWAkTQLnIiiexpexp3金属固态相变热力学 设设为母相，为母相，为新相，则晶界形核时系统自由能的为新相，则晶界形核时系统自由能的总变化可表示为：总变化可表示为

23、：GVGvSVS 1SGVGvVSS 为减小晶核表面积，降低界面能，非共格形核时各界为减小晶核表面积，降低界面能，非共格形核时各界面均呈球冠形。界面、界棱和界隅上的非共格晶核分别呈面均呈球冠形。界面、界棱和界隅上的非共格晶核分别呈双凸透镜片、两端尖的曲面三棱柱体和球面四面体等形状。双凸透镜片、两端尖的曲面三棱柱体和球面四面体等形状。金属固态相变热力学l对界面形核，由界面张力平衡可知，界面能存在以下关系：对界面形核，由界面张力平衡可知，界面能存在以下关系：其中令其中令/332116max3SSWGGv 2cos2cos金属固态相变热力学若晶核为双球冠形，若晶核为双球冠形，R R为曲率半径，则有：

24、为曲率半径，则有：)cos1 (sin2222RRS)cos1 (42RS)211 (41)cos1 (41SS根据形核功公式，可知：根据形核功公式，可知：时，01SSW=0。042122142 所以，当在界面形核时，只要所以，当在界面形核时，只要 ，形核不再需要外，形核不再需要外界的能量补充。界的能量补充。2 金属固态相变热力学对于界棱形核，对于界棱形核，3无能量障碍。无能量障碍。从结果来看，界隅形核的能量障碍最小，然从结果来看，界隅形核的能量障碍最小，然而界隅能否成为优先形核位置，还要看过冷度大小。而界隅能否成为优先形核位置，还要看过冷度大小。同理：界隅形核时：同理：界隅形核时：322晶界

25、促进形核是利用晶界自身的能量为形核提供驱动力晶界促进形核是利用晶界自身的能量为形核提供驱动力金属固态相变热力学b. 位错形核位错形核位错促进形核位错促进形核位错线消失所位错线消失所释放能量成为释放能量成为形核驱动力形核驱动力位错线不消失，通位错线不消失，通过降低界面的应变过降低界面的应变能而促进形核能而促进形核位错线本身位错线本身作为短程扩作为短程扩散的通道而散的通道而促进形核促进形核位错通过分位错通过分解形成扩展解形成扩展位错而促进位错而促进形核形核溶质原子在位错溶质原子在位错线上偏聚，达到线上偏聚，达到新相形成所需的新相形成所需的成分起伏成分起伏金属固态相变热力学c. 空位形核空位形核空位

26、促进形核空位促进形核加速溶质加速溶质原子扩散原子扩散聚集成位错聚集成位错利用自身的能量为形核利用自身的能量为形核提供驱动力提供驱动力金属固态相变热力学1.依赖于溶质在母相中作长程扩散依赖于溶质在母相中作长程扩散2.不需要有传质过程，界面附近的原子不需要有传质过程，界面附近的原子只需作短程扩散只需作短程扩散三、金属固态相变的晶核长大三、金属固态相变的晶核长大1、新相的长大机制、新相的长大机制新相成分新相成分母相成分母相成分需结构改变需结构改变需原子迁移需原子迁移新相成分新相成分母相成分母相成分需结构改变需结构改变无需原子迁移无需原子迁移金属固态相变热力学 实际合金中，新相晶核与母相形成完全共格界

27、面实际合金中，新相晶核与母相形成完全共格界面的情况极少，通常所见的是形成半共格和非共格界的情况极少，通常所见的是形成半共格和非共格界面。面。l半共格界面的迁移半共格界面的迁移 半共格界面具有较低的界面能，在长大过程中界半共格界面具有较低的界面能，在长大过程中界面往往保持平面。面往往保持平面。 金属固态相变热力学切变协同型长大切变协同型长大马氏体相变的表面倾动示意图马氏体相变的表面倾动示意图（1）协同型（切变）长大机制）协同型（切变）长大机制：通过半共格界面上母：通过半共格界面上母相一侧原子的切变来完成。相一侧原子的切变来完成。特点特点：大量原子有规律地沿某一方向作小于一个原子间：大量原子有规律

28、地沿某一方向作小于一个原子间距的迁移，并保持原来的相邻关系不变。距的迁移，并保持原来的相邻关系不变。金属固态相变热力学晶核以台阶方式长大示意图晶核以台阶方式长大示意图半共格界面的可能结构半共格界面的可能结构b平截面平截面b阶梯截面阶梯截面（2）台阶式长大：通过阶梯状晶界面上位错的滑移运动，使）台阶式长大：通过阶梯状晶界面上位错的滑移运动，使晶界的台阶发生侧向迁移，从而使界面沿晶界的台阶发生侧向迁移，从而使界面沿其法线方向推进。其法线方向推进。金属固态相变热力学l 非共格界面的迁移非共格界面的迁移台阶式非共格界面：母相原子从母相台阶端台阶式非共格界面：母相原子从母相台阶端部向新相台阶上转移，致使

29、部向新相台阶上转移，致使新相台阶发生侧向移动。新相台阶发生侧向移动。非协同型长大：非协同型长大：界面处原子排列紊乱，原子界面处原子排列紊乱，原子的移动不是协同的，无一定的移动不是协同的，无一定先后顺序，相对位移不等，先后顺序，相对位移不等，其相邻关系也可能变化。其相邻关系也可能变化。界界面上的原子形成一个无规则面上的原子形成一个无规则排列的过渡层，母相原子不排列的过渡层，母相原子不断地以非协同方式向新相转断地以非协同方式向新相转移。移。金属固态相变热力学2、新相的长大速度、新相的长大速度 新相的长大速度取决于相界面的移动速度。新相的长大速度取决于相界面的移动速度。 对于无扩散型相变（协同型转变

30、），无需传质过程和对于无扩散型相变（协同型转变），无需传质过程和原子调整位置的过程，通常可以在短时间内完成；原子调整位置的过程，通常可以在短时间内完成； 对于扩散型相变，界面迁移需借助于原子的扩散，长对于扩散型相变，界面迁移需借助于原子的扩散，长大速度较慢。大速度较慢。扩散型相变扩散型相变新相形成时无成分变化新相形成时无成分变化（短程扩散）（短程扩散）新相形成时有成分变化新相形成时有成分变化（长程扩散）（长程扩散）受界面扩散所控制受界面扩散所控制受扩散速度所控制受扩散速度所控制金属固态相变热力学（1）无成分变化的新相长大）无成分变化的新相长大（由母相（由母相转变为新相转变为新相） 若若g表示表

31、示相中的一个原子相中的一个原子越过相界跳到越过相界跳到相上所需的激活相上所需的激活能（能（短程扩散短程扩散），则振动原子中），则振动原子中能够具有这一激活能的概率为能够具有这一激活能的概率为exp(- g/kT)。若原子的振动频。若原子的振动频率为率为0，则，则相中的原子能够越过相中的原子能够越过相界跳到相界跳到相上的频率相上的频率为：为：kTgexp0kTgGexp0同理：同理：金属固态相变热力学过冷度很大时：过冷度很大时：kTguexp0kTGkTguexp1exp0 原子从原子从相跳到相跳到相的净跳跃频率为：相的净跳跃频率为：=。若原若原子跳跃一次的距离为子跳跃一次的距离为，每当相界上有

32、一层原子从，每当相界上有一层原子从相跳到相跳到相后，相后， 相便增厚相便增厚 ，则，则单位时间内单位时间内相的长大速度为：相的长大速度为：此时，此时，u 随温度降低而增大。随温度降低而增大。 kTgTGkuexp0过冷度很小时，过冷度很小时，此时，此时，u 随温度降低呈指数减小。随温度降低呈指数减小。金属固态相变热力学（2）有成分变化的新相长大）有成分变化的新相长大%Cx%CxCCuuCCCC)(tx)(tx00 新相长大速度受控于原子新相长大速度受控于原子的扩散速度、浓度梯度和相的扩散速度、浓度梯度和相界面上的平衡浓度差。界面上的平衡浓度差。0 xxCCCDu金属固态相变动力学一、金属固态相

33、变的速率一、金属固态相变的速率 研究的主要内容是恒温条件下相研究的主要内容是恒温条件下相变量和时间的关系，即恒温条件下变量和时间的关系，即恒温条件下相变形核率和晶核长大速度的问题。相变形核率和晶核长大速度的问题。约翰梅尔方程：约翰梅尔方程：433exp1tIGX 相变动力学曲线呈相变动力学曲线呈“S”形；形； TTT曲线呈曲线呈“C”形；形； 有孕育期，转变温度较高时，孕有孕育期，转变温度较高时，孕育期很长；育期很长； “鼻点鼻点”温度时孕育期最温度时孕育期最短；温度低于短；温度低于“鼻点鼻点”温度时，孕育温度时，孕育期又逐渐增大。期又逐渐增大。金属固态相变动力学二、钢中过冷奥氏体转变动力学二

34、、钢中过冷奥氏体转变动力学 1. 过冷奥氏体等温转变动力学过冷奥氏体等温转变动力学冷却至临界点（冷却至临界点（A3或或A1）以下仍）以下仍未转变的奥氏体称为未转变的奥氏体称为过冷奥氏体过冷奥氏体。金属固态相变动力学2. TTT曲线的基曲线的基本类型本类型金属固态相变动力学3. TTT曲线的影响因素曲线的影响因素（1）奥氏体化学成分的影响）奥氏体化学成分的影响 A.碳含量碳含量 奥氏体中碳含量越高，奥氏体中碳含量越高，C曲线右移。曲线右移。 亚共析钢中，随碳含量的上升，亚共析钢中，随碳含量的上升，C曲线右移；曲线右移； 过共析钢中，随碳含量的上升，过共析钢中，随碳含量的上升，C曲线左移；曲线左移； 因此，共析钢的因此，共析钢的C曲线离纵轴最远，共析钢的过冷曲线离纵轴最远，共析钢的过冷A最稳定。最稳定。 除除Co、Al以外，合金元素以外，合金元素均使均使C曲线右移，即增加过曲线右移，即增加过冷奥氏体的稳定性。冷奥氏体的稳定性。B. 合金元素的影响合金元素的影响金属固态相变动力学（2）奥氏体晶粒尺寸的影响）奥氏体晶粒尺寸的影响 珠光体