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1、钢的热处理原理 Metals Heat Treatment Processing & Principles,参考文献： 胡光立，谢希文编著，钢的热处理，西北工业大学出版社 戚正风 主编，金属热处理原理，机械工业出版社 安运铮 主编，热处理工艺学，机械工业出版社 金属热处理学报 JISI 金属学报 R W K Honeycombe, Microstructure and Properties, 1981,绪论 INTRODUCTION,相和相变 Phase & Phase Transformations 相变的分类 Types of Phase Transformations 金属及合金中的相变
2、 Phase Transformation in Metals & Alloys,1. Phase & Phase Transformations,相：任何物质都是由原子、分子、离子或分子团组成的，构成物质的这一体系，可以是均匀的，也可以是非均匀的，其中，均匀的部分即称为相。 稳定相: 对于一定的热力学条件，只有当某相的自由能位最低时，该相才是稳定的且处于平衡态 亚稳相: 若某相的自由能虽然并不处于最低，然而与最低自由能态具有能垒相分隔，则该相为亚稳相 非稳定相：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。,相变：在均匀一相或几个混合相内，出现具有不
3、同成分或不同结构（包括原子、离子或电子的位置或为向）或不同组织形态或不同性质的相，称为相变。 当温度、压力或任何其它作用在该体系上的电场、磁场发生变化时，体系的自由能将缓慢而连续地变化。 只有当体系自由能的变化与相的结构的变化（包括原子、离子或电子的位置或位向）发生关系时，则发生了相变,2.Types of Phase Transformations 2.1按热力学分类:一级相变和二级相变,一级相变,具有体积和熵（及焓）的突变: 焓的突变表明在一级相变过程中，有相变潜热的吸收或释放，从而可以应用热膨胀仪来测量一级相变的开始点。发生体积、熵及焓的突变，也说明这些热力学函数在相变点不能按泰勒级数展
4、开。,，,二级相变,不能由两相的体积、熵及焓的的变化分析二级相变 为材料的等温压缩系数 为材料的等压膨胀系数,，,，,，,，,2.2按相变方式分类Gibbs分类法,形核长大型：始于程度大而范围小的相起伏，已相变区与未相变区以相界面相分隔。钢中的相变，大多为形核长大型相变。 连续型：始于程度小而范围大的相起伏，由于相起伏的程度小，故母相中到处可以形核。典型的相变如spinodal decomposition（增幅分解）。,2.3按原子的迁动程度分类,扩散型相变相变过程受控于原子（或离子）的扩散，即相变的速度取决于原子的扩散速度。 无扩散型相变相变过程不存在原子（或离子）的扩散，或虽存在扩散，但不
5、是相变所必需的，或不是相变的主要过程。,3 金属及其合金中的相变,无扩散型： 连续型w相变 形核长大型马氏体相变 扩散型 ： 连续型： 连续有序化 Spinodal分解 形核长大型：,形核长大型,新相成分改变： （长程扩散长大） 非均匀相变： 胞状相变珠光体相变 非连续沉淀 均匀相变： 界面控制： 共格G.P.区 非共格连续沉淀 扩散控制： 共格：贝氏体相变 相间沉淀,新相成分不改变： 热激活界面控制： 非共格：再结晶 块状相变 半共格有序化 非热激活迁动位错： 共格孪生 半共格倾动晶界,3.1平衡转变,同素异晶转变: 纯金属在温度压力变化时，由一种晶体结构转变为另一种结构的过程称为同素异晶转
6、变。 平衡脱溶转变 : 单一的固溶体, 冷至固溶度曲线MN以下温度时，相又将逐渐析出，这一过程称为平衡脱溶沉淀。其特点是新相的成分和结构始终与母相的不同；随着新相的析出，母相的成分和体积分数将不断变化，但母相不会消失。钢在冷却时，二次渗碳体的析出，即属这种相变。,可发生脱溶转变的合金,共析转变 增幅分解 :由一种高温固溶体，冷至某一温度范围，分解为两种与原固溶体结构相同，而成分不同的微区的转变称为增幅分解，可用反应式表示为。其特点是：新形成的微区之间并无明显的界面和成分的突变，但通过上坡扩散，最终使一均匀固溶体变为一不均匀固溶体。 有序化转变 :固溶体中，各组元的相对位置从无序过渡到有序的过程，称为有序化转变,3.2非平衡转变,伪共析转变 马氏体相变 块状转变 ：纯铁或低碳钢，在一定的冷速下奥氏体可以转变为与母相成分相同而形貌呈块状的相。 贝氏体相变 非平衡脱溶转变 ：,Fe-Fe3C相图的左下角,