1、第一章第一章 金屬固態相變基礎金屬固態相變基礎1.1 1.1 金屬固態相變概論金屬固態相變概論1.1.1 金屬固態相變分類金屬固態相變分類 是指在緩慢加熱或冷卻緩慢加熱或冷卻時所發生的能獲得符合平衡狀態圖的平衡組織平衡組織的相變。一、轉變條件分類：平衡相變和非平衡相變一、轉變條件分類：平衡相變和非平衡相變同素異構轉變平衡脫溶沉淀共析轉變調幅分解有序化轉變代表性平衡相變1 1、平衡轉變、平衡轉變同素異構轉變：同素異構轉變： 純金屬在溫度和壓力改變時，由一種晶體結構轉變為另一種晶體結構的過程稱為同素同素異構轉變。異構轉變。多形性轉變多形性轉變: 若在固溶體中發生這種結構的轉變，則稱為多形性轉變多形

2、性轉變。如鋼在冷卻時由奧氏體中析出先共析鐵素體的過程 。平衡脫溶沉淀：平衡脫溶沉淀：在緩慢冷卻條件緩慢冷卻條件下，由過飽和固溶體中析出過剩相（或第二相）的過程稱為平衡脫溶沉淀。特點：特點：1、新相的成分和結構始終與母相的不同；2、母相不會消失。3、鋼在冷卻時，由奧氏體析出二次滲碳體的過程。 共析轉變：共析轉變：合金在冷卻時，由一個固相分解為兩個不同固相的轉變稱為共析相變共析相變（或珠光體型轉變），如：+；反之，如果合金加熱時所發生的相反轉變稱為逆共析相逆共析相變變，如：+ 。調幅分解：調幅分解：某些合金在高溫下具有均勻單相固溶體，但冷卻到某一溫度范圍時可分解成為與原固溶體結構相同原固溶體結構相

3、同但成分不同成分不同的兩個微區，這種轉變稱為調幅分解。特特 點：點：1、在轉變初期形成的兩個微區之間并無明顯界面和成 分突變；2、通過上坡擴散，最終使原來的均勻固溶體變成不均 勻固溶體。有序化轉變：有序化轉變：固溶體中，各組元原子在晶體點陣中的相對位置由無序到有序無序到有序（指長程有序）的轉變稱為有序化轉變。 在Cu-Zn、Cu-Au、Mn-Ni、Fe-Ni、Ti-Ni等許多合金系中都可發生這種有序化轉變。 若加熱或冷卻速度很快，平衡相變將被抑制平衡相變將被抑制，固態材料可能發生某些平衡狀態圖上不能反映的轉變并獲得被稱為不平衡或亞穩態的組織，這種轉變稱為非平衡相變。偽共析相變馬氏體相變貝氏體相

4、變非平衡脫溶沉淀代表性的非平衡相變2 2、非平衡轉變、非平衡轉變Fe-C相圖的偽共析區偽共析相變：偽共析相變： 接近共析點成分的Fe-C合金，過冷到共析點以下發生共析轉變的過程。 鐵素體和滲碳體的相對量隨奧氏體的含碳量而變，故稱為偽共析體。馬氏體轉變：馬氏體轉變： 若進一步提高冷卻速度，鋼中奧氏體只能以不發生原不發生原子擴散、不引起成分改變子擴散、不引起成分改變的方式，通過切變方式由點陣改組為點陣來實現點陣的改組，這種轉變稱為馬氏體相變，其成分與母相奧氏體相同。貝氏體相變：貝氏體相變： 珠光體轉變和馬氏體轉變溫度范圍之間，鐵原子不能擴散，碳原子尚具有一定的擴散能力，這種非平衡相變稱為貝氏體相變

5、（或稱為中溫轉變）。 轉變產物是相與碳化物的混合組成的非層片狀組織，稱其為貝氏體。不平衡脫溶沉淀：不平衡脫溶沉淀： 在不平衡狀態下，過飽和固溶體中析出新相的轉變。二、熱力學分類：一級相變和二級相變二、熱力學分類：一級相變和二級相變新舊兩相的化學勢相等，化學勢的一階偏微分不相等。 PPTTTTPPSTPVPT1 1、一級相變、一級相變特特 點點：1、在一級相變時，熵S和體積V將發生不連續變化，即一級相變有相變潛熱和體積改變。2、材料的凝固、熔化、升華以及同素異構轉變等均屬于一級相變。3、幾乎所有伴隨晶體結構變化的固態相變都是一級相變。一級相變：一級相變：新舊兩相的化學勢相等，但化學勢的一階偏微分

6、不相等。 相變時新舊兩相的化學勢相等，且化學勢的一級偏微商也相等，但化學勢的二級偏微商不等的相變稱為二級相變。21PPTT21TTPP21PPTT222212TTPP222212PTPT2212PPCT22比比 熱熱TP22壓縮系數壓縮系數PT2膨脹系數膨脹系數2 2、二級相變、二級相變特特 點：點：1、無相變潛熱和體積改變，只有比熱CP、壓縮系數K和膨脹系數的不連續變化。2、相變時無熱效應和體積效應。3、材料的部分有序化轉變、磁性轉變以及超導體轉變均屬于二級相變。二級相變：二級相變：相變時新舊兩相的化學勢相等，且化學勢的一級偏微商也相等，但化學勢的二級偏微商不等的相變稱為二級相變。三、按原子

7、遷移情況：擴散型和非擴散型三、按原子遷移情況：擴散型和非擴散型 相變時，相界面的移動是通過原子近程或遠程擴散而進行的相變。如同素異構轉變、多晶型轉變，脫溶型相變、共析型相變、調幅分解和有序化轉變等等。特特 點：點：（1）相變過程中有原子擴散運動，相變速率受原子擴散速度所控制；（2）新相和母相的成分往往不同；（3）只有因新相和母相比容不同而引起的體積變化，沒有宏觀形狀改變。 1 1、擴散型相變、擴散型相變 相變過程中原子不發生擴散，參與轉變的所有原子的運動是協調一致的相變稱為非擴散型相變，也稱為“協同型”轉變。 非擴散型相變時原子僅作有規則的遷移以使點陣發生改組。遷移時，相鄰原子相對移動距離不超

8、過一個原子間距，相鄰原子的相對位置保持不變。2 2、非擴散型相變、非擴散型相變特點：特點：（1）存在由于均勻切變引起的宏觀形狀改變，可在預先制備的拋光試樣表面上出現浮突現象。（2）相變不需要通過擴散，新相和母相的化學成分相同。（3）新相和母相之間存在一定的晶體學位向關系。（4）某些材料發生非擴散相變時，相界面移動速度極快，可接近聲速。四、按相變方式：有核相變和無核相變四、按相變方式：有核相變和無核相變 通過形核-長大方式進行的。新相晶核可以在母相中均勻形成，也可以在母相中某些有利部位優先形成。大部分的固態相變均屬于有核相變。1 1、有核轉變、有核轉變 相變時沒有形核階段,以固溶體中的成分起伏為開端，通過成分起伏形成高濃度區和低濃度區，但兩者之間沒有明顯的界限，成分由高濃度區連續過渡到低濃度區。 以后依靠上坡擴散使濃度差逐漸增大，最后導致由一個單相固溶體分解成為成分不同而點陣結構相同的以共