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1 金属固态相变的基本规律 1

1.1 金属固态相变的分类 1

1.1.1 相变按平衡状态分类 1

1.1.2 按原子迁移特征分类 3

1.1.3 按热力学分类 4

1.2 金属的多型性是固态相变的根源 5

1.2.1 金属的多型性 5

1.2.2 铁的多型性转变 6

1.3 相变的驱动力和阻力 8

1.3.1 相变驱动力 8

1.3.2 相变阻力 9

1.4 形核 12

1.4.1 均匀形核 12

1.4.2 非均匀形核 14

1.5 新相的长大规律 18

1.5.1 成分不变协同型转变长大 19

1.5.2 成分不变非协同型转变长大 19

1.5.3 成分改变的非协同型转变的长大 20

1.5.4 应用举例——钢中奥氏体约晶核长大 23

1.6 相变动力学 24

1.6.1 形核率 24

1.6.2 Johnson-Mehl方程 26

1.6.3 Avrami方程 26

1.6.4 动力学曲线和等温转变图 26

1.7 析出相的聚集和组织的粗化 27

1.7.1 弥散析出相的聚集长大 27

1.7.2 条片状组织的粗化 28

1.7.3 片状珠光体的粗化——球化 28

1.7.4 晶粒粗化及防止粗化措施 29

1.7.5 粗化应用实例——退火软化机理 31

复习思考题 34

参考文献 35

2 钢中的奥氏体 36

2.1 奥氏体的组织结构和性能 36

2.1.1 奥氏体组织 36

2.1.2 奥氏体的晶体结构 36

2.1.3 奥氏体的性能 38

2.2 奥氏体形成机理 38

2.2.1 奥氏体形成的热力学条件 38

2.2.2 奥氏体晶核的形成 39

2.2.3 奥氏体晶核的长大 40

2.3 奥氏体等温形成动力学 41

2.3.1 共析碳素钢奥氏体等温形成动力学 41

2.3.3 连续加热时奥氏体形成的TTA曲线 42

2.3.2 亚共析碳素钢的等温TTA曲线 42

2.3.4 奥氏体的形核率和长大速度 43

2.3.5 影响奥氏体形成速度的因素 44

2.4 连续加热时奥氏体的形成特征 46

2.4.1 相变是在一个温度范围内完成的 46

2.4.2 奥氏体成分不均匀性随加热速度增大而增大 46

2.4.3 奥氏体起始晶粒随着加热速度增大而细化 47

2.5 奥氏体晶粒长大及控制 47

2.5.1 奥氏体晶粒长大现象 47

2.5.2 奥氏体晶粒长大机理 48

2.5.3 硬相微粒对奥氏体晶界的钉扎作用 49

2.5.4 影响奥氏体晶粒长大的因素 50

2.6 非平衡组织加热时奥氏体的形成 51

2.6.1 针形奥氏体的形成 51

2.6.4 粗大奥氏体晶粒的遗传性及防止措施 52

2.6.3 影响非平衡组织加热转变的因素 52

2.6.2 球形奥氏体的形成 52

复习思考题 54

参考文献 55

3 珠光体共析分解 56

3.1 珠光体的物理本质及其组织形态 56

3.1.1 珠光体的物理本质 56

3.1.2 珠光体的组织形态 57

3.2 钢中珠光体的共析分解机理 59

3.2.1 珠光体形成的热力学 59

3.2.2 珠光体分解机理 59

3.2.3 位向关系 62

3.2.4 珠光体晶核的长大 62

3.3 钢中粒状珠光体的形成 64

3.3.2 片状珠光体的低温退火 65

3.3.1 特定条件下过冷奥氏体的分解 65

3.3.3 高温回火 66

3.4 动力学图 67

3.4.1 珠光体形核率及长大速度 67

3.4.2 过冷奥氏体等温转变C-曲线 67

3.4.3 退火用TTT图 70

3.4.4 连续冷却转变动力学图——CCT图 72

3.4.5 退火用TTT图、CCT图在退火软化中的作用 74

3.5 影响共析分解的内在机制 74

3.5.1 奥氏体固溶碳量的影响 74

3.5.2 奥氏体状态的影响 74

3.5.3 合金元素的影响 75

3.5.4 系统整合的作用 77

3.6.1 相间沉淀产物的形态 79

3.6.2 相间沉淀机理 79

3.6 钢中的相间沉淀 79

复习思考题 81

参考文献 82

4 马氏体相变 83

4.1 绪言 83

4.2 马氏体相变的特征、判据及定义 84

4.2.1 马氏体相变的基本特征 84

4.2.2 马氏体相变的判据 86

4.2.3 马氏体相变及马氏体的定义 86

4.3 马氏体相变的分类 87

4.3.1 按相变驱动力分类 87

4.3.2 按马氏体相变动力学特征分类 87

4.4 马氏体相变热力学 92

4.4.1 Fe-C合金马氏体相变热力学条件 93

4.4.2 相变驱动力和相变阻力的热力学运算 94

4.4.3 求纯铁的马氏体点Ms 95

4.4.4 钢的马氏体点Ms 96

4.5 马氏体的组织形态及物理本质 97

4.5.1 钢中马氏体物理本质 97

4.5.2 低碳体心立方马氏体(小于0.2) 97

4.5.3 体心正方马氏体(大于0.2%～1.9%C) 98

4.5.4 Fe-M系合金马氏体 101

4.5.5 有色合金马氏体 103

4.6 马氏体的形核 106

4.6.1 位错圈相界面模型 107

4.6.2 应变核胚模型 107

4.6.3 层错形核及长大模型 107

4.7 马氏体相变晶体学的经典模型 108

4.7.1 马氏体相变的K-S切变模型 108

4.7.2 马氏体相变的G-T模型，均匀切变和非均匀切变 112

复习思考题 113

参考文献 114

5.1 贝氏体相变理论研究进展和学术论争 115

5.1.1 对贝氏体相变基本特征的共识 115

5 贝氏体转变 115

5.1.2 贝氏体相变争论的焦点 116

5.1.3 争论将会统一在“切变-扩散整合机制”这一整体认识上 119

5.2 钢中贝氏体的形貌及亚结构 119

5.2.1 上贝氏体形貌 120

5.2.2 下贝氏体形貌 121

5.2.3 工业用钢中的贝氏体组织 122

5.2.4 贝氏体形貌的多样性 123

5.2.5 贝氏体组织中的精细亚结构 123

5.2.6 粒状组织 125

5.2.7 魏氏组织 125

5.3.1 贝氏体相变热力学 126

5.3 贝氏体相变热力学和动力学简介 126

5.3.2 贝氏体相变动力学 128

5.4 关于贝氏体相变机制 131

5.4.1 孕育期的预相变 131

5.4.2 钢中贝氏体相变时碳的扩散 132

5.4.3 贝氏体相变的形核 133

5.4.4 贝氏体长大机制 133

5.5 有色合金中的贝氏体 135

5.5.1 Cu-Zn系合金中的贝氏体 136

5.5.2 Ag-Cd合金中的贝氏体 136

5.5.3 U-Cr合金中的贝氏体 136

5.6 贝氏体相变的过渡性 137

5.6.1 中温转变是过冷奥氏体转变的中间过渡环节 137

5.6.2 上贝氏体转变和珠光体分解的联系与区别 138

5.6.3 下贝氏体转变和马氏体相变的联系与区别 140

5.6.4 贝氏体组织形貌的过渡性 141

复习思考题 142

参考文献 142

6 马氏体的回火转变 144

6.1 Fe-C马氏体的回火 145

6.1.1 新鲜马氏体在低温回火时性能的变化 145

6.1.2 碳原子偏聚 147

6.1.3 θ-Fe3C的过渡相 148

6.1.4 平衡的6-Fe3C 151

6.2 合金马氏体的回火 152

6.2.1 Fe-M-C马氏体脱溶时的平衡相 152

6.2.2 Fe-M-C马氏体脱溶时的(温度、时间)贯序 153

6.3 回火时α相的变化 155

6.3.1 马氏体的分解 155

6.3.2 α相物理状态的变化 156

6.4 合金钢马氏体的回火二次硬化 159

6.4.1 回火二次硬化现象 159

6.4.2 二次硬化机理 160

复习思考题 162

参考文献 162

7 脱溶及时效 164

7.1 概述 164

7.1.1 固溶和脱溶 164

7.1.2 脱溶的分类 165

7.2 脱溶热力学 166

7.3 有色合金中的脱溶过程 167

7.3.1 Al-Cu合金的脱溶 167

7.3.2 晶体缺陷对脱溶的影响 172

7.4 合金脱溶(时效)时性能的变化 174

7.5.1 概述 175

7.5 低碳钢的脱溶 175

7.5.2 Fe-N系过饱和α固溶体的脱溶 176

7.5.3 低碳钢的时效动力学 177

7.5.4 含铜低碳钢的脱溶 178

复习思考题 180

参考文献 181

8 钢中相变产物的力学性能 182

8.1 珠光体的力学性能 183

8.1.1 珠光体的力学性能 183

8.1.2 铁素体加珠光体的力学性能 184

8.2 马氏体的力学性能 185

8.2.1 马氏体的强度和硬度 185

8.2.2 马氏体的韧性 186

8.2.3 马氏体相变超塑性 187

8.3.1 贝氏体的强度和硬度 188

8.3 钢中贝氏体的力学性能 188

8.3.2 贝氏体的塑性和韧性 189

8.3.3 粒状贝氏体的力学性能 189

8.4 淬火钢回火时力学性能的变化 190

8.4.1 回火工艺对力学性能的影响 191

8.4.2 回火转变产物的性能特点 192

8.4.3 回火脆性 193

复习思考题 194

参考文献 194

9 金属系统及相变的复杂性 195

9.1 金属及合金是复杂系统 195

9.1.1 金属及合金系统 195

9.1.2 系统的特征 196

9.2 金属及合金是整合系统 196

9.2.3 相变动力学问题 197

9.2.2 整体大于部分之总和 197

9.2.1 金属及合金是整合系统不是混合系统 197

9.3 非线性相互作用 198

9.3.1 相变临界点的非线性问题 199

9.3.2 珠光体片间距与过冷度呈非线性关系 200

9.3.3 合金元素对珠光体长大速度的影响是非线性的 201

9.3.4 力学性能的非线性问题 201

9.4 科学概念的复杂性 201

9.4.1 奥氏体 202

9.4.2 马氏体 202

9.4.3 贝氏体 202

9.4.4 珠光体 203

9.4.5 马氏体的回火组织 203

9.5 相变的复杂性和性能的多样性 203

9.5.1 固态相变的复杂性 203

9.6.1 固态相变自组织的条件 204

9.5.2 金属及合金的性能的多样性 204

9.6 钢中相变的自组织 204

9.6.2 钢中的相变过程是自组织的 205

9.6.3 珠光体分解的自组织 206

9.6.4 无扩散型马氏体相变的自组织 206

9.6.5 贝氏体转变的自组织 207

复习思考题 209

参考文献 209

附录 211

附录1 化学元素名称英汉对照表(按英文字母顺序排列) 211

附录2 化学元素名称英汉对照表(按原子序数顺序排列) 214

附录3 希腊字母表 216

附录4 罗马数字与阿拉伯数宇对照表 217

附录5 构成十进倍数和分数单位的国际单位制SI词头 218

专业术语(汉英对照)索引 219