热处理工艺学课件--第01章 金属固态相变概论.ppt

1、第一章 金属固态相变概论,引言,固态相变：固态金属（纯金属、合金）在温度和压力改变时，组织结构发生的变化 掌握固态相变规律，即可采取措施（控制加热、冷却等，即热处理范畴）控制相变过程以获得预期的组织，使其具有预期的性能,相和相变,相：结构相同、成分和性能均一并以界面相互分开的组成部分。 从晶体学角度看，同一相的原子排列形式相同 只有当某相的自由能最低时，该相才是稳定的，且处于平衡态； 若某相的自由能并不处于最低，但是与最低自由能态之间有能垒相分隔，则该相处于亚稳态； 若不存在这种能垒，则体系处于非稳定态，这种状态是不稳定的，它一定会转变为平衡态或亚稳态转变是自发的。,相和相变（续）,相变：在均

2、匀一相或几个混合相内，出现具有不同成分、或不同结构、或不同组织形态、或不同性质的相，称为相变。 也就是相与相之间的转变 组织：微观形貌图像 宏观组织 微观组织 电子显微组织,1-1 金属固态相变的主要类型,一、平衡转变 缓慢加热或冷却时所发生的能获得平衡组织的相变 纯金属的同素异构转变 多形性转变（固溶体的同素异构转变） 平衡脱溶沉淀 共析转变 包析转变 调幅分解 有序化转变,二、不平衡转变 加热、冷却速度过快，平衡转变受抑制，发生不平衡转变，得到亚稳组织） 铁碳合金中的不平衡转变 伪共析转变 马氏体转变 贝氏体转变 块状转变 不平衡脱溶沉淀,三、固态相变的特征 结构变化 同素异构转变、多形性

3、转变、马氏体转变 成分变化 调幅分解 有序程度变化 有序化转变 一般为结构与成分均变化 共析转变、贝氏体转变、包析转变,1-2 金属固态相变的分类,按热力学分类：一级相变（有热效应、体积效应。大多为一级相变）、二级相变（无明显热、体积效应，如磁性转变） 按原子迁移情况分类：扩散型相变、无扩散型相变 按相变方式分类：有核转变（成核、长大）、无核转变（调幅分解）,1-3 金属固态相变的一般特征,一、界面及惯习面 新、旧固相之间存在界面，按错位度分为共格、半共格和非共格, 0.25：非共格,反映了新旧相之间的适应性,共格,半共格,非共格,惯习面：为降低界面能，新相在母相一定晶面上形成，该晶面称为惯习

4、面，用母相的晶面指数表示。如共析钢中马氏体的主平面恒与奥氏体的225或259面平行 二、位向关系 为了减小界面能，新旧相的位相、低指数晶面彼此平行。 新旧相共格（半共格）：必然存在一定晶体学位相关系 新旧相存在位相关系：不一定共格（半共格）,三、弹性应变能 固态相变 比容变化 体积变化 旧相约束 新相不能自由胀缩 弹性应变能 体积应变能、强行匹配达成的弹性应变能,四、晶体缺陷的影响 晶体内存在不同缺陷：空位、位错、晶界 缺陷附近 点阵畸变 储存畸变能 提供形核的额外能量 加速转变 缺陷对固态相变起促进作用,强行匹配达成的弹性应变能Es,大,小,共格 半共格 非共格,固态相变阻力：界面能、弹性应

5、变能,1-4 固态相变的形核,一、均匀形核 驱动力：新旧相自由焓差值 阻力：界面能、应变能,系统自由焓总增值：,临界形核功：,固态下，Q较大，相变应变能进一步加大了形核所需功，所以I十分小 均匀形核一般形核率低，不为固态相变形核的主要形式 固态中存在大量缺陷 储存畸变能 提供形核能量 能促进形核 非均匀形核为固态相变的主要形核方式,形核率：,二、非均匀形核 （一）晶界形核 界面、界棱、界隅,:边界厚度；L：晶粒平均尺寸,体积分数,形核率：,形核功：,i0，1，2，3（界隅、棱、面、均匀形核） A0A1A2A31 晶界形核功与均匀形核功之比,被吞食的旧相界面总面积,新相晶格表面积,旧相晶界单位面

6、积界面能 新、旧相界面单位面积界面能,当,时,界面 界棱 界隅,形核功为零，即无需再补充能量；无能量障碍,影响优先形核位置的因素,从能量障碍分析 界隅界棱界面 从过冷度T影响分析 T Gv G* T Gv G* 所有位置均无障碍，从贡献的角度看，界面界棱界隅 T Gv G* 先界隅、次界棱，后界面,（二）位错形核 位错促进形核 围绕位错形核位错消失释放畸变能 对于半共格晶核原位错可补偿错配的界面位错降低形核能量 位错处通常引起成分偏聚易于满足成分要求 （三）空位及空位集团 空位对脱溶沉淀起促进作用，其机制有待进一步研究,1-5 晶核的长大,一、长大过程 传质过程：满足成分条件 界面过程：满足结构条