固態(tài)相變?cè)肀究粕?研究生總復(fù)習(xí)參考課件

固態(tài)相變?cè)砑皯?yīng)用——黃岡秘笈張貴鋒大連理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院固態(tài)相變?cè)砑皯?yīng)用張貴鋒大連理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院《固態(tài)相變?cè)砑皯?yīng)用》張貴鋒，黃昊主編冶金工業(yè)出版社，2011.11特點(diǎn)：簡(jiǎn)明扼要，通俗易懂，思路清晰，層次分明，重點(diǎn)突出《固態(tài)相變?cè)砑皯?yīng)用》特點(diǎn)：簡(jiǎn)明扼要，通俗易懂，思路清晰，層變

變化的條件？如何變化或變化的規(guī)律？變化的結(jié)果？變變化的條件？專業(yè)基礎(chǔ)課專業(yè)課

兩個(gè)基本點(diǎn)

一個(gè)中心：性能基本點(diǎn)一：開發(fā)新材料基本點(diǎn)二：最大限度地挖掘現(xiàn)有材料的潛力專業(yè)基礎(chǔ)課專業(yè)課兩個(gè)基本點(diǎn)一個(gè)中心：性能基本點(diǎn)一：開發(fā)新材料性能的決定因素

材料的性能由內(nèi)因和外因共同決定，外因是變化的條件，內(nèi)因是變化的依據(jù)，外因通過(guò)內(nèi)因而起作用。外因：材料所處的外部環(huán)境；內(nèi)因：材料內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。材料性能的決定因素材料的性能由內(nèi)因和外因共同決定，外因是變（1）組成物質(zhì)的化學(xué)鍵

（2）組成物質(zhì)最基本的獨(dú)立單元（組元）及其排列和運(yùn)動(dòng)方式；（3）由組元構(gòu)成方式所確定的相；（4）由相的種類、形狀、大小和分布的總和構(gòu)成的組織（1）組成物質(zhì)的化學(xué)鍵（2）組成物質(zhì)最基本的獨(dú)立單元（組元本課程要解決的核心問(wèn)題相變能否發(fā)生，朝著什么方向發(fā)生？（相變熱力學(xué)）2.相變時(shí)如何進(jìn)行的，它的途徑和速度如何？（相變動(dòng)力學(xué)）3.相變的結(jié)果？（相變晶體學(xué)）方向——途徑——結(jié)果本課程要解決的核心問(wèn)題相變能否發(fā)生，朝著什么方向發(fā)生？（相變1.能量降低的方向2.阻力最小的路徑3.最適合的結(jié)構(gòu)環(huán)境，適者生存！1.能量降低的方向相，固態(tài)相變，相變勢(shì)壘，激活能,形核功；起始晶粒度，實(shí)際晶粒度，本質(zhì)晶粒度；珠光體，珠光體團(tuán)，粒狀珠光體，派敦處理,珠光體型組織；馬氏體，奧氏體（熱，機(jī)械）穩(wěn)定化，臨界冷卻速度，臨界淬火速度；一、基本概念相，固態(tài)相變，相變勢(shì)壘，激活能,形核功；起始晶粒度，實(shí)際晶上貝氏體，下貝氏體，等溫淬火；二次硬化，二次淬火，自回火，回火脆（第一類，第二類），抗回火性；淬火，回火，退火（球化退火），正火，淬透性，淬硬性，調(diào)質(zhì)；脫溶沉淀，（自然，人工）時(shí)效，時(shí)效硬化，調(diào)幅分解。上貝氏體，下貝氏體，等溫淬火；二次硬化，二次淬火，自回火，回1.固態(tài)相變的特點(diǎn)：相界面，彈性應(yīng)變能，位相關(guān)系與慣習(xí)面，亞穩(wěn)過(guò)渡相，原子遷移率二、需掌握的要點(diǎn)阿累尼烏斯方程：K=K0exp（-Q/kT）1.固態(tài)相變的特點(diǎn)：相界面，彈性應(yīng)變能，位相關(guān)系與慣習(xí)面，

相界面：共格→半共格→非共格，彈性應(yīng)變能逐漸減小、界面能逐漸增大；相變阻力：彈性應(yīng)變能和界面能；彈性應(yīng)變能起主導(dǎo)作用，界面趨于非共格，界面能起主導(dǎo)作用，新相趨于形成共格界面。相界面：共格→半共格→非共格，彈性應(yīng)變能逐漸減小、界面能

熱力學(xué)條件（必要）充分條件：三大起伏熱力學(xué)條件（必要）充分條件：三大起伏

阻力和驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)力：體積自由能，晶格缺陷；阻力：界面能，彈性應(yīng)變能形核功：均勻形核，點(diǎn)缺陷，線缺陷，面缺陷（界面，界棱，界隅）阻力和驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)力：體積自由能，晶格缺陷；形核功：均勻形核

相變動(dòng)力學(xué)：形核率N=C*fC*——臨界晶胚體積分?jǐn)?shù)（△G*）f——晶胚成為晶核的頻率（Q）相變動(dòng)力學(xué)：

相變動(dòng)力學(xué)：無(wú)成分變化新相長(zhǎng)大速度？切變和臺(tái)階長(zhǎng)大相變動(dòng)力學(xué)：有成分變化的新相長(zhǎng)大速度與什么有關(guān)？新相長(zhǎng)大速度與擴(kuò)散系數(shù)成正比，與相界面附近母相中的濃度梯度成正比，與相界面上兩相的平衡濃度差成反比。有成分變化的新相長(zhǎng)大速度與什么有關(guān)？擴(kuò)散型相變新相長(zhǎng)大速度，受驅(qū)動(dòng)力和擴(kuò)散系數(shù)所控制。降溫時(shí)，相變速度與溫度的關(guān)系存在極大值；升溫時(shí)，相變速度隨溫度單調(diào)增加。擴(kuò)散型相變新相長(zhǎng)大速度，受驅(qū)動(dòng)力和擴(kuò)散系數(shù)所控制。降溫時(shí)，相相變動(dòng)力學(xué)曲線繪制原理新相轉(zhuǎn)變體積分?jǐn)?shù)與時(shí)間的關(guān)系曲線呈“S”形；相變過(guò)程包括：晶體結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分和某種物理性質(zhì)的躍變。通過(guò)各種現(xiàn)代分析測(cè)試手段，很容易確定上述變化是什么時(shí)候開始，進(jìn)行到什么程度，以及什么時(shí)候結(jié)束。從而獲得在某一外界條件下，新相轉(zhuǎn)變量與轉(zhuǎn)變時(shí)間之間的關(guān)系。

相變動(dòng)力學(xué)曲線繪制原理C曲線的影響因素兩個(gè)“凡是”：凡是擴(kuò)大A區(qū)的元素（Mn，Ni）都使C曲線下移；凡是穩(wěn)定過(guò)冷A的元素（Co除外），都使C曲線右移a）內(nèi)因：碳：亞共析鋼“右”；過(guò)共析鋼“左”，貝氏體“右下”C曲線的影響因素兩個(gè)“凡是”：凡是擴(kuò)大A區(qū)的元素（Mn，Ni合元：貝氏體相變速度取決于基體相變和碳的擴(kuò)散：Co,Al“左移”外因：A化：A不均勻和晶粒細(xì)小，“左移”。塑變：提供缺陷，加速；提供切變阻力，減速。合元：貝氏體相變速度取決于基體相變和碳的擴(kuò)散：Co,Al“奧氏體晶粒度測(cè)量原理和方法，奧氏體化過(guò)程及影響因素；奧氏體晶粒長(zhǎng)大的驅(qū)動(dòng)力與阻力。2.奧氏體化奧氏體晶粒度測(cè)量原理和方法，奧氏體化過(guò)程及影響因素；奧氏體晶奧氏體化過(guò)程及影響因素：奧氏體形核，奧氏體晶粒長(zhǎng)大，剩余碳化物的溶解，奧氏體均勻化。碳化物的溶解需要更長(zhǎng)時(shí)間。奧氏體化過(guò)程及影響因素：奧氏體形核，奧氏體晶粒長(zhǎng)大，剩余碳化影響奧氏體晶粒大小的因素

內(nèi)因：化學(xué)成分，原始組織，冶煉方法外因：加熱溫度，加熱速度，保溫時(shí)間成分：C%（非單一），合金元素（與碳的親和力及改變相變點(diǎn)）原始組織（平衡與否，晶粒大?。河绊懫鹗季Я６纫睙挿椒ǎ罕举|(zhì)晶粒度影響奧氏體晶粒大小的因素溫度：奧氏體化溫度越高，起始晶粒越細(xì)小，奧氏體中平均碳含量越低。加熱速度：起始晶粒度保溫時(shí)間：實(shí)際晶粒度溫度：奧氏體化溫度越高，起始晶粒越細(xì)小，奧氏體中平均碳含量越奧氏體晶粒長(zhǎng)大的驅(qū)動(dòng)力與阻力驅(qū)動(dòng)力：體積自由能，界面能阻力：第二相粒子奧氏體晶粒長(zhǎng)大的驅(qū)動(dòng)力與阻力3.珠光體轉(zhuǎn)變片狀和粒狀珠光體形成機(jī)理；影響珠光體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)（速度）的因素；珠光體的力學(xué)性能。3.珠光體轉(zhuǎn)變片狀和粒狀珠光體形成機(jī)理片狀：橫向與縱向。同素異構(gòu)造成碳溶解度的變化，排碳與吸碳相輔相成。片狀→粒狀：膠態(tài)平衡理論，第二相粒子的溶解度與其曲率半徑有關(guān)；片狀滲碳體內(nèi)不可能存在亞晶界。片狀和粒狀珠光體形成機(jī)理影響珠光體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)（速度）的因素凡是穩(wěn)定過(guò)冷奧氏體的因素都使C曲線右移。內(nèi)因：化學(xué)成分，原始組織；外因：奧氏體化工藝，奧氏體晶粒度，塑性變形影響珠光體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)（速度）的因素內(nèi)因：化學(xué)成分C:亞共析減速，過(guò)共析加速，共析鋼最穩(wěn)定合元：Co除外，減速原始組織：A化前的組織粗大，A化不充分，加速P轉(zhuǎn)變外因：奧氏體化工藝，奧氏體晶粒度，塑性變形內(nèi)因：化學(xué)成分珠光體的力學(xué)性能（片狀和粒狀珠光體性能的差異）層間距，珠光體團(tuán)的影響在相同成分條件下，粒狀珠光體的強(qiáng)度、硬度稍低，塑性、韌性較高；相同強(qiáng)度條件下，粒狀珠光體的疲勞強(qiáng)度更高。形變珠光體性能（派敦處理）：除晶須外的最強(qiáng)金屬。珠光體的力學(xué)性能（片狀和粒狀珠光體性能的差異）4.馬氏體相變馬氏體相變特點(diǎn)組織特點(diǎn)（板條和片狀），Ms點(diǎn)的物理意義及影響因素奧氏體穩(wěn)定化產(chǎn)生的原因馬氏體具有高強(qiáng)度硬度的原因4.馬氏體相變馬氏體相變特點(diǎn)馬氏體相變特點(diǎn)非擴(kuò)散性，切變共格和表面浮凸，位向關(guān)系和慣習(xí)面，馬氏體相變的不徹底性，馬氏體相變的可逆性。切變共格和無(wú)擴(kuò)散性

馬氏體相變特點(diǎn)組織特點(diǎn)（板條和片狀），板條馬氏體：形態(tài)示意圖，亞結(jié)構(gòu)，顯微組織特點(diǎn)；片狀馬氏體：形態(tài)示意圖，亞結(jié)構(gòu)，顯微組織特點(diǎn)。組織特點(diǎn)（板條和片狀），形態(tài)及亞結(jié)構(gòu)的影響因素化學(xué)成分：高碳低碳，擴(kuò)大縮小奧氏體區(qū)馬氏體形成溫度：Ms點(diǎn)奧氏體層錯(cuò)能：低層錯(cuò)能是形成ε-M的必要條件

奧氏體與馬氏體的強(qiáng)度：切變阻力滑移與孿生變形的臨界分切應(yīng)力最主要的因素是含碳量和形成溫度

形態(tài)及亞結(jié)構(gòu)的影響因素Ms點(diǎn)的物理意義及影響因素物理意義：A和M兩相自由能差達(dá)到相變所需最小驅(qū)動(dòng)力值時(shí)的溫度。影響因素（C）：奧氏體的化學(xué)成分：相變點(diǎn)和切變阻力。Al，Co提高，Mn，Cr，Ni降低。奧氏體化條件：合金元素充分溶解，Ms點(diǎn)下降；晶粒粗大，Ms升高。Ms點(diǎn)的物理意義及影響因素淬火冷卻速度：存在提高M(jìn)s點(diǎn)的臨界冷速。彈性應(yīng)力和塑性變形：一定量的塑性變形誘發(fā)馬氏體相變。外加磁場(chǎng)：誘發(fā)，但不影響最終轉(zhuǎn)變量。凡是強(qiáng)化奧氏體的因素，均降低Ms點(diǎn)；凡是擴(kuò)大γ區(qū)，均降低Ms點(diǎn)。

淬火冷卻速度：存在提高M(jìn)s點(diǎn)的臨界冷速。奧氏體穩(wěn)定化產(chǎn)生的原因現(xiàn)象：過(guò)冷奧氏體在外界因素作用下，因內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生某種變化而使馬氏體轉(zhuǎn)變呈現(xiàn)遲滯的現(xiàn)象。原因：適當(dāng)溫度下C和N原子向奧氏體晶格點(diǎn)陣缺陷處偏聚，強(qiáng)化了奧氏體。奧氏體穩(wěn)定化產(chǎn)生的原因熱穩(wěn)定化：冷卻緩慢或停留，M轉(zhuǎn)變遲滯原因：C，N偏聚，強(qiáng)化了A，增加了切變阻力熱穩(wěn)定化：冷卻緩慢或停留，M轉(zhuǎn)變遲滯機(jī)械穩(wěn)定化：當(dāng)變形量小時(shí)，彈性應(yīng)力集中的部位增多，這種缺陷組態(tài)有利于馬氏體的形核；隨著變形量的增加，奧氏體中將形成大量的高密度位錯(cuò)，破壞了新相與母相之間的共格關(guān)系，母相被強(qiáng)化，切變阻力增加，從而增大了奧氏體的穩(wěn)定性。機(jī)械穩(wěn)定化：當(dāng)變形量小時(shí)，彈性應(yīng)力集中的部位增多，這種缺陷組馬氏體具有高強(qiáng)度硬度的原因（強(qiáng)化機(jī)理）。相變強(qiáng)化：切變?cè)斐神R氏體晶體內(nèi)產(chǎn)生大量的微觀缺陷（位錯(cuò)、孿晶及層錯(cuò)等等）

固溶強(qiáng)化：過(guò)飽和間隙原子使晶格產(chǎn)生嚴(yán)重的點(diǎn)陣畸變。馬氏體具有高強(qiáng)度硬度的原因（強(qiáng)化機(jī)理）。時(shí)效強(qiáng)化：C原子擴(kuò)散偏聚釘扎位錯(cuò)

細(xì)晶強(qiáng)化（晶界強(qiáng)化）馬氏體的強(qiáng)度主要取決于含碳量；馬氏體的韌性主要取決于其亞結(jié)構(gòu)。屈服強(qiáng)度相同時(shí)，位錯(cuò)型馬氏體的斷裂韌性和沖擊功比孿晶型馬氏體的好得多。

淬火后硬度偏低，為什么？

時(shí)效強(qiáng)化：C原子擴(kuò)散偏聚釘扎位錯(cuò)5.貝氏體轉(zhuǎn)變相變特點(diǎn)組織特點(diǎn)貝氏體形成過(guò)程（溫度）貝氏體形態(tài)的決定因素性能特點(diǎn)5.貝氏體轉(zhuǎn)變相變特點(diǎn)相變特點(diǎn)具有擴(kuò)散和非擴(kuò)散兩重性碳原子的擴(kuò)散對(duì)貝氏體相變起控制作用

相變特點(diǎn)組織特點(diǎn)（上，下貝氏體），上貝氏體：顯微組織特點(diǎn)，組織示意圖大致平行、碳含量接近平衡或稍微過(guò)飽和的板條鐵素體為主體，板條間分布短棒狀或短片狀（不連續(xù)）滲碳體。下貝氏體：顯微組織特點(diǎn)，組織示意圖鐵素體呈黑色針狀或片狀，細(xì)片或粒狀碳化物，一般與鐵素體片的長(zhǎng)軸成55~60o的角。組織特點(diǎn)（上，下貝氏體），無(wú)碳化物貝氏體：大致平行的鐵素體條，條間或條內(nèi)無(wú)碳化物。但條間存在富碳的殘余奧氏體或其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。粒狀貝氏體：鐵素體呈不規(guī)則塊狀，塊內(nèi)分布不連續(xù)的粒狀物（島狀），島狀物為富碳的過(guò)冷奧氏體或其全部或部分分解物。無(wú)碳化物貝氏體：大致平行的鐵素體條，條間或條內(nèi)無(wú)碳化物。但條貝氏體形成過(guò)程（溫度）貝氏體相變包括兩個(gè)基本過(guò)程，即貝氏體中鐵素體的轉(zhuǎn)變和貝氏體碳化物的析出。碳化物的析出方式?jīng)Q定了貝氏體的形態(tài)，而析出方式與含碳量和轉(zhuǎn)變溫度有關(guān)。貝氏體形成過(guò)程（溫度）貝氏體形態(tài)的決定因素上，下貝氏體相變速度的控制因素碳的擴(kuò)散及脫溶是控制貝氏體相變及其組織形態(tài)的基本因素。上貝氏體轉(zhuǎn)變速度受碳原子在奧氏體中的擴(kuò)散所控制；下貝氏體的轉(zhuǎn)變速度受碳在鐵素體中的擴(kuò)散所控制。貝氏體形態(tài)的決定因素性能特點(diǎn)（上，下貝氏體）強(qiáng)度硬度：貝氏體鐵素體晶粒大小，彌散強(qiáng)化，位錯(cuò)密度，固溶強(qiáng)化沖擊韌性主要取決于碳化物的分布上貝氏體不僅強(qiáng)度低，韌性也很差，是不希望得到的組織，下貝氏體具有高的強(qiáng)度和良好的韌性性能特點(diǎn)（上，下貝氏體）一般來(lái)說(shuō)，同一種鋼的貝氏體強(qiáng)度和硬度比馬氏體低，比珠光體高得多；貝氏體的塑性和韌性比馬氏體好，比珠光體低得多。一般來(lái)說(shuō)，同一種鋼的貝氏體強(qiáng)度和硬度比馬氏體低，比珠光體高要點(diǎn)：回火轉(zhuǎn)變過(guò)程；馬氏體單相和雙相分解；碳化物轉(zhuǎn)變方式；回火脆原因，預(yù)防措施；二次硬化機(jī)理；殘余奧氏體。6.回火要點(diǎn)：回火轉(zhuǎn)變過(guò)程；馬氏體單相和雙相分解；碳化物轉(zhuǎn)變方式；回回火轉(zhuǎn)變過(guò)程：預(yù)備階段或時(shí)效階段——碳原子偏聚；回火第一階段——馬氏體分解；回火第二階段——?dú)堄鄪W氏體轉(zhuǎn)變；回火第三階段——滲碳體形成；回火第四階段——α相的回復(fù)再結(jié)晶和滲碳體的聚集長(zhǎng)大回火轉(zhuǎn)變過(guò)程：馬氏體單相和雙相分解：較低溫度下，碳不能作遠(yuǎn)距離的擴(kuò)散，馬氏體基體出現(xiàn)高低兩種不同的正方度；較高溫度下：碳原子能進(jìn)行較長(zhǎng)距離的擴(kuò)散，基體只有一種正方度。馬氏體分解產(chǎn)物：回火馬氏體，是立方馬氏體加ε-碳化物。

馬氏體單相和雙相分解：碳化物轉(zhuǎn)變方式：原位轉(zhuǎn)變，即在舊碳化物的基礎(chǔ)上，依靠成分變化和點(diǎn)陣改組；在其它部位獨(dú)立形核長(zhǎng)大。碳化物變成滲碳體，組織為回火屈氏體，即鐵素體加片狀（或小顆粒狀）滲碳體的混合組織。

碳化物轉(zhuǎn)變方式：回火脆原因：第一類回火脆：（1）薄片狀殘余奧氏體分解、（2）片狀碳化物析出和（3）雜質(zhì)元素晶界偏析；第二類回火脆：（1）脆性相析出和（2）雜質(zhì)元素偏聚有關(guān)?；鼗鸫嘣颍旱谝活惢鼗鸫囝A(yù)防措施：（1）從化學(xué)成分入手：（a）降低鋼中的有害雜質(zhì)含量；（b）冶煉時(shí)用Al脫氧或加入Nb、V、Ti等合金元素以細(xì)化奧氏體晶粒；（c）加入Mo、W等能減輕第一類回火脆性的合金元素；（d）加入Cr、Si以調(diào)整出現(xiàn)第一類回火脆性的溫度范圍。（2）從熱處理工藝入手：采用等溫淬火工藝代替淬火加回火工藝。第一類回火脆預(yù)防措施：第二類回火脆預(yù)防措施：(1)從化學(xué)成分入手：降低鋼中的有害雜質(zhì)含量；加入Nb、V、Ti等合金元素以細(xì)化奧氏體晶粒；加入Mo、W、Ti、稀土等抑制第二類回火脆性的合金元素。（2）從熱處理工藝入手：回火冷卻速度盡可能快；亞溫淬火；采用形變熱處理工藝，以細(xì)化奧氏體晶粒。第二類回火脆預(yù)防措施：二次硬化機(jī)理：大量殘余奧氏體在回火冷卻過(guò)程中轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體或貝氏體（二次淬火）；回火時(shí)析出細(xì)小彌散的碳化物。高碳鋼和合金鋼的二次硬化效果更顯著。相同回火溫度下，合金鋼的硬度高于碳鋼；相同硬度下，合金鋼可在更高的溫度下回火。二次硬化機(jī)理：殘余奧氏體：馬氏體轉(zhuǎn)變是個(gè)體積膨脹的過(guò)程；殘余奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象叫“二次淬火”；殘余奧氏體比過(guò)冷奧氏體更不穩(wěn)定。殘余奧氏體影響淬火后馬氏體的硬度，但對(duì)鋼的韌性有好處。殘余奧氏體：7.熱處理（目的及工藝）退火：將鋼加熱到適當(dāng)溫度，保持一定時(shí)間后，緩慢冷卻獲得接近平衡組織的熱處理工藝；目的：軟化鋼材以便切削加工；提高塑性便于冷變形加工；消除內(nèi)應(yīng)力以防工件變形與開裂；細(xì)化晶粒，改善組織，改善元素分布；提高熱處理工藝性能，為最終熱處理做組織準(zhǔn)備。7.熱處理（目的及工藝）正火：加熱到臨界溫度以上適當(dāng)溫度，保溫適當(dāng)時(shí)間，進(jìn)行完全或部分奧氏體化后，以較快冷速（空冷、風(fēng)冷或噴霧等）冷卻，得到珠光體型組織（索氏體或屈氏體）的熱處理工藝目的：（1）對(duì)于低中碳鋼，正火的目的與退火相同，都是細(xì)化晶粒，調(diào)整硬度，切削性能，為淬火做組織準(zhǔn)備。對(duì)于高碳鋼，消除網(wǎng)狀碳化物，便于球化退火；（2）對(duì)于大型工件，代替淬火；（3）用于淬火返修品；（4）不太重要的工件，最終熱處理。正火：加熱到臨界溫度以上適當(dāng)溫度，保溫適當(dāng)時(shí)間，進(jìn)行完全或部

工藝：加熱到Ac3（或Accm）以上30℃-50℃，保溫后在空氣中冷卻，亞共析鋼細(xì)化晶粒，提高硬度；過(guò)共析鋼消除二次滲碳體網(wǎng)。一般作為預(yù)備熱處理，也可作大型或形狀復(fù)雜零件的終熱處理。工藝：加熱到Ac3（或Accm）以上30℃-淬火：將鋼加熱到Ac3或Ac1以上某一溫度，保溫后以大于Vk冷卻，獲得馬氏體或貝氏體組織的熱處理工藝。淬硬性：是鋼在理想條件下淬火硬化所能達(dá)到的最高硬度。淬透性：是指在規(guī)定條件下，決定鋼淬硬深度和硬度分布的特性。淬火：將鋼加熱到Ac3或Ac1以上某一溫度，保溫后以大于Vk淬火加熱溫度:亞共析鋼：完全或不完全奧氏體化過(guò)共析鋼：不完全奧氏體化淬火加熱溫度:回火：將淬火后的工件加熱到Ac1以下某個(gè)溫度保溫適當(dāng)時(shí)間后冷卻的熱處理工藝目的：1）獲得所要求的組織；（2）穩(wěn)定組織與尺寸；（3）消除內(nèi)應(yīng)力性能：淬火+回火與塑變+回復(fù)與再結(jié)晶的性能變化總趨勢(shì)相似。即淬火后鋼的強(qiáng)度硬度升高，而塑性韌性下降，回火后鋼的強(qiáng)度硬度下降，塑性韌性上升。但是可能發(fā)生“二次硬化”和“回火脆性”。回火：將淬火后的工件加熱到Ac1以下某個(gè)溫度保溫適當(dāng)時(shí)間后冷概念P，B，M組織特點(diǎn)A，P，B，M相變特點(diǎn)及轉(zhuǎn)變過(guò)程P，B，M性能特點(diǎn)熱處理的工藝特點(diǎn)及對(duì)應(yīng)的性能影響因素（內(nèi)因，外因）概念固態(tài)相變?cè)砑皯?yīng)用——黃岡秘笈張貴鋒大連理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院固態(tài)相變?cè)砑皯?yīng)用張貴鋒大連理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院《固態(tài)相變?cè)砑皯?yīng)用》張貴鋒，黃昊主編冶金工業(yè)出版社，2011.11特點(diǎn)：簡(jiǎn)明扼要，通俗易懂，思路清晰，層次分明，重點(diǎn)突出《固態(tài)相變?cè)砑皯?yīng)用》特點(diǎn)：簡(jiǎn)明扼要，通俗易懂，思路清晰，層變

變化的條件？如何變化或變化的規(guī)律？變化的結(jié)果？變變化的條件？專業(yè)基礎(chǔ)課專業(yè)課

兩個(gè)基本點(diǎn)

一個(gè)中心：性能基本點(diǎn)一：開發(fā)新材料基本點(diǎn)二：最大限度地挖掘現(xiàn)有材料的潛力專業(yè)基礎(chǔ)課專業(yè)課兩個(gè)基本點(diǎn)一個(gè)中心：性能基本點(diǎn)一：開發(fā)新材料性能的決定因素

材料的性能由內(nèi)因和外因共同決定，外因是變化的條件，內(nèi)因是變化的依據(jù)，外因通過(guò)內(nèi)因而起作用。外因：材料所處的外部環(huán)境；內(nèi)因：材料內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。材料性能的決定因素材料的性能由內(nèi)因和外因共同決定，外因是變（1）組成物質(zhì)的化學(xué)鍵

（2）組成物質(zhì)最基本的獨(dú)立單元（組元）及其排列和運(yùn)動(dòng)方式；（3）由組元構(gòu)成方式所確定的相；（4）由相的種類、形狀、大小和分布的總和構(gòu)成的組織（1）組成物質(zhì)的化學(xué)鍵（2）組成物質(zhì)最基本的獨(dú)立單元（組元本課程要解決的核心問(wèn)題相變能否發(fā)生，朝著什么方向發(fā)生？（相變熱力學(xué)）2.相變時(shí)如何進(jìn)行的，它的途徑和速度如何？（相變動(dòng)力學(xué)）3.相變的結(jié)果？（相變晶體學(xué)）方向——途徑——結(jié)果本課程要解決的核心問(wèn)題相變能否發(fā)生，朝著什么方向發(fā)生？（相變1.能量降低的方向2.阻力最小的路徑3.最適合的結(jié)構(gòu)環(huán)境，適者生存！1.能量降低的方向相，固態(tài)相變，相變勢(shì)壘，激活能,形核功；起始晶粒度，實(shí)際晶粒度，本質(zhì)晶粒度；珠光體，珠光體團(tuán)，粒狀珠光體，派敦處理,珠光體型組織；馬氏體，奧氏體（熱，機(jī)械）穩(wěn)定化，臨界冷卻速度，臨界淬火速度；一、基本概念相，固態(tài)相變，相變勢(shì)壘，激活能,形核功；起始晶粒度，實(shí)際晶上貝氏體，下貝氏體，等溫淬火；二次硬化，二次淬火，自回火，回火脆（第一類，第二類），抗回火性；淬火，回火，退火（球化退火），正火，淬透性，淬硬性，調(diào)質(zhì)；脫溶沉淀，（自然，人工）時(shí)效，時(shí)效硬化，調(diào)幅分解。上貝氏體，下貝氏體，等溫淬火；二次硬化，二次淬火，自回火，回1.固態(tài)相變的特點(diǎn)：相界面，彈性應(yīng)變能，位相關(guān)系與慣習(xí)面，亞穩(wěn)過(guò)渡相，原子遷移率二、需掌握的要點(diǎn)阿累尼烏斯方程：K=K0exp（-Q/kT）1.固態(tài)相變的特點(diǎn)：相界面，彈性應(yīng)變能，位相關(guān)系與慣習(xí)面，

相界面：共格→半共格→非共格，彈性應(yīng)變能逐漸減小、界面能逐漸增大；相變阻力：彈性應(yīng)變能和界面能；彈性應(yīng)變能起主導(dǎo)作用，界面趨于非共格，界面能起主導(dǎo)作用，新相趨于形成共格界面。相界面：共格→半共格→非共格，彈性應(yīng)變能逐漸減小、界面能

熱力學(xué)條件（必要）充分條件：三大起伏熱力學(xué)條件（必要）充分條件：三大起伏

阻力和驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)力：體積自由能，晶格缺陷；阻力：界面能，彈性應(yīng)變能形核功：均勻形核，點(diǎn)缺陷，線缺陷，面缺陷（界面，界棱，界隅）阻力和驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)力：體積自由能，晶格缺陷；形核功：均勻形核

相變動(dòng)力學(xué)：形核率N=C*fC*——臨界晶胚體積分?jǐn)?shù)（△G*）f——晶胚成為晶核的頻率（Q）相變動(dòng)力學(xué)：

相變動(dòng)力學(xué)：無(wú)成分變化新相長(zhǎng)大速度？切變和臺(tái)階長(zhǎng)大相變動(dòng)力學(xué)：有成分變化的新相長(zhǎng)大速度與什么有關(guān)？新相長(zhǎng)大速度與擴(kuò)散系數(shù)成正比，與相界面附近母相中的濃度梯度成正比，與相界面上兩相的平衡濃度差成反比。有成分變化的新相長(zhǎng)大速度與什么有關(guān)？擴(kuò)散型相變新相長(zhǎng)大速度，受驅(qū)動(dòng)力和擴(kuò)散系數(shù)所控制。降溫時(shí)，相變速度與溫度的關(guān)系存在極大值；升溫時(shí)，相變速度隨溫度單調(diào)增加。擴(kuò)散型相變新相長(zhǎng)大速度，受驅(qū)動(dòng)力和擴(kuò)散系數(shù)所控制。降溫時(shí)，相相變動(dòng)力學(xué)曲線繪制原理新相轉(zhuǎn)變體積分?jǐn)?shù)與時(shí)間的關(guān)系曲線呈“S”形；相變過(guò)程包括：晶體結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分和某種物理性質(zhì)的躍變。通過(guò)各種現(xiàn)代分析測(cè)試手段，很容易確定上述變化是什么時(shí)候開始，進(jìn)行到什么程度，以及什么時(shí)候結(jié)束。從而獲得在某一外界條件下，新相轉(zhuǎn)變量與轉(zhuǎn)變時(shí)間之間的關(guān)系。

相變動(dòng)力學(xué)曲線繪制原理C曲線的影響因素兩個(gè)“凡是”：凡是擴(kuò)大A區(qū)的元素（Mn，Ni）都使C曲線下移；凡是穩(wěn)定過(guò)冷A的元素（Co除外），都使C曲線右移a）內(nèi)因：碳：亞共析鋼“右”；過(guò)共析鋼“左”，貝氏體“右下”C曲線的影響因素兩個(gè)“凡是”：凡是擴(kuò)大A區(qū)的元素（Mn，Ni合元：貝氏體相變速度取決于基體相變和碳的擴(kuò)散：Co,Al“左移”外因：A化：A不均勻和晶粒細(xì)小，“左移”。塑變：提供缺陷，加速；提供切變阻力，減速。合元：貝氏體相變速度取決于基體相變和碳的擴(kuò)散：Co,Al“奧氏體晶粒度測(cè)量原理和方法，奧氏體化過(guò)程及影響因素；奧氏體晶粒長(zhǎng)大的驅(qū)動(dòng)力與阻力。2.奧氏體化奧氏體晶粒度測(cè)量原理和方法，奧氏體化過(guò)程及影響因素；奧氏體晶奧氏體化過(guò)程及影響因素：奧氏體形核，奧氏體晶粒長(zhǎng)大，剩余碳化物的溶解，奧氏體均勻化。碳化物的溶解需要更長(zhǎng)時(shí)間。奧氏體化過(guò)程及影響因素：奧氏體形核，奧氏體晶粒長(zhǎng)大，剩余碳化影響奧氏體晶粒大小的因素

內(nèi)因：化學(xué)成分，原始組織，冶煉方法外因：加熱溫度，加熱速度，保溫時(shí)間成分：C%（非單一），合金元素（與碳的親和力及改變相變點(diǎn)）原始組織（平衡與否，晶粒大?。河绊懫鹗季Я６纫睙挿椒ǎ罕举|(zhì)晶粒度影響奧氏體晶粒大小的因素溫度：奧氏體化溫度越高，起始晶粒越細(xì)小，奧氏體中平均碳含量越低。加熱速度：起始晶粒度保溫時(shí)間：實(shí)際晶粒度溫度：奧氏體化溫度越高，起始晶粒越細(xì)小，奧氏體中平均碳含量越奧氏體晶粒長(zhǎng)大的驅(qū)動(dòng)力與阻力驅(qū)動(dòng)力：體積自由能，界面能阻力：第二相粒子奧氏體晶粒長(zhǎng)大的驅(qū)動(dòng)力與阻力3.珠光體轉(zhuǎn)變片狀和粒狀珠光體形成機(jī)理；影響珠光體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)（速度）的因素；珠光體的力學(xué)性能。3.珠光體轉(zhuǎn)變片狀和粒狀珠光體形成機(jī)理片狀：橫向與縱向。同素異構(gòu)造成碳溶解度的變化，排碳與吸碳相輔相成。片狀→粒狀：膠態(tài)平衡理論，第二相粒子的溶解度與其曲率半徑有關(guān)；片狀滲碳體內(nèi)不可能存在亞晶界。片狀和粒狀珠光體形成機(jī)理影響珠光體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)（速度）的因素凡是穩(wěn)定過(guò)冷奧氏體的因素都使C曲線右移。內(nèi)因：化學(xué)成分，原始組織；外因：奧氏體化工藝，奧氏體晶粒度，塑性變形影響珠光體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)（速度）的因素內(nèi)因：化學(xué)成分C:亞共析減速，過(guò)共析加速，共析鋼最穩(wěn)定合元：Co除外，減速原始組織：A化前的組織粗大，A化不充分，加速P轉(zhuǎn)變外因：奧氏體化工藝，奧氏體晶粒度，塑性變形內(nèi)因：化學(xué)成分珠光體的力學(xué)性能（片狀和粒狀珠光體性能的差異）層間距，珠光體團(tuán)的影響在相同成分條件下，粒狀珠光體的強(qiáng)度、硬度稍低，塑性、韌性較高；相同強(qiáng)度條件下，粒狀珠光體的疲勞強(qiáng)度更高。形變珠光體性能（派敦處理）：除晶須外的最強(qiáng)金屬。珠光體的力學(xué)性能（片狀和粒狀珠光體性能的差異）4.馬氏體相變馬氏體相變特點(diǎn)組織特點(diǎn)（板條和片狀），Ms點(diǎn)的物理意義及影響因素奧氏體穩(wěn)定化產(chǎn)生的原因馬氏體具有高強(qiáng)度硬度的原因4.馬氏體相變馬氏體相變特點(diǎn)馬氏體相變特點(diǎn)非擴(kuò)散性，切變共格和表面浮凸，位向關(guān)系和慣習(xí)面，馬氏體相變的不徹底性，馬氏體相變的可逆性。切變共格和無(wú)擴(kuò)散性

馬氏體相變特點(diǎn)組織特點(diǎn)（板條和片狀），板條馬氏體：形態(tài)示意圖，亞結(jié)構(gòu)，顯微組織特點(diǎn)；片狀馬氏體：形態(tài)示意圖，亞結(jié)構(gòu)，顯微組織特點(diǎn)。組織特點(diǎn)（板條和片狀），形態(tài)及亞結(jié)構(gòu)的影響因素化學(xué)成分：高碳低碳，擴(kuò)大縮小奧氏體區(qū)馬氏體形成溫度：Ms點(diǎn)奧氏體層錯(cuò)能：低層錯(cuò)能是形成ε-M的必要條件

奧氏體與馬氏體的強(qiáng)度：切變阻力滑移與孿生變形的臨界分切應(yīng)力最主要的因素是含碳量和形成溫度

形態(tài)及亞結(jié)構(gòu)的影響因素Ms點(diǎn)的物理意義及影響因素物理意義：A和M兩相自由能差達(dá)到相變所需最小驅(qū)動(dòng)力值時(shí)的溫度。影響因素（C）：奧氏體的化學(xué)成分：相變點(diǎn)和切變阻力。Al，Co提高，Mn，Cr，Ni降低。奧氏體化條件：合金元素充分溶解，Ms點(diǎn)下降；晶粒粗大，Ms升高。Ms點(diǎn)的物理意義及影響因素淬火冷卻速度：存在提高M(jìn)s點(diǎn)的臨界冷速。彈性應(yīng)力和塑性變形：一定量的塑性變形誘發(fā)馬氏體相變。外加磁場(chǎng)：誘發(fā)，但不影響最終轉(zhuǎn)變量。凡是強(qiáng)化奧氏體的因素，均降低Ms點(diǎn)；凡是擴(kuò)大γ區(qū)，均降低Ms點(diǎn)。

淬火冷卻速度：存在提高M(jìn)s點(diǎn)的臨界冷速。奧氏體穩(wěn)定化產(chǎn)生的原因現(xiàn)象：過(guò)冷奧氏體在外界因素作用下，因內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生某種變化而使馬氏體轉(zhuǎn)變呈現(xiàn)遲滯的現(xiàn)象。原因：適當(dāng)溫度下C和N原子向奧氏體晶格點(diǎn)陣缺陷處偏聚，強(qiáng)化了奧氏體。奧氏體穩(wěn)定化產(chǎn)生的原因熱穩(wěn)定化：冷卻緩慢或停留，M轉(zhuǎn)變遲滯原因：C，N偏聚，強(qiáng)化了A，增加了切變阻力熱穩(wěn)定化：冷卻緩慢或停留，M轉(zhuǎn)變遲滯機(jī)械穩(wěn)定化：當(dāng)變形量小時(shí)，彈性應(yīng)力集中的部位增多，這種缺陷組態(tài)有利于馬氏體的形核；隨著變形量的增加，奧氏體中將形成大量的高密度位錯(cuò)，破壞了新相與母相之間的共格關(guān)系，母相被強(qiáng)化，切變阻力增加，從而增大了奧氏體的穩(wěn)定性。機(jī)械穩(wěn)定化：當(dāng)變形量小時(shí)，彈性應(yīng)力集中的部位增多，這種缺陷組馬氏體具有高強(qiáng)度硬度的原因（強(qiáng)化機(jī)理）。相變強(qiáng)化：切變?cè)斐神R氏體晶體內(nèi)產(chǎn)生大量的微觀缺陷（位錯(cuò)、孿晶及層錯(cuò)等等）

固溶強(qiáng)化：過(guò)飽和間隙原子使晶格產(chǎn)生嚴(yán)重的點(diǎn)陣畸變。馬氏體具有高強(qiáng)度硬度的原因（強(qiáng)化機(jī)理）。時(shí)效強(qiáng)化：C原子擴(kuò)散偏聚釘扎位錯(cuò)

細(xì)晶強(qiáng)化（晶界強(qiáng)化）馬氏體的強(qiáng)度主要取決于含碳量；馬氏體的韌性主要取決于其亞結(jié)構(gòu)。屈服強(qiáng)度相同時(shí)，位錯(cuò)型馬氏體的斷裂韌性和沖擊功比孿晶型馬氏體的好得多。

淬火后硬度偏低，為什么？

時(shí)效強(qiáng)化：C原子擴(kuò)散偏聚釘扎位錯(cuò)5.貝氏體轉(zhuǎn)變相變特點(diǎn)組織特點(diǎn)貝氏體形成過(guò)程（溫度）貝氏體形態(tài)的決定因素性能特點(diǎn)5.貝氏體轉(zhuǎn)變相變特點(diǎn)相變特點(diǎn)具有擴(kuò)散和非擴(kuò)散兩重性碳原子的擴(kuò)散對(duì)貝氏體相變起控制作用

相變特點(diǎn)組織特點(diǎn)（上，下貝氏體），上貝氏體：顯微組織特點(diǎn)，組織示意圖大致平行、碳含量接近平衡或稍微過(guò)飽和的板條鐵素體為主體，板條間分布短棒狀或短片狀（不連續(xù)）滲碳體。下貝氏體：顯微組織特點(diǎn)，組織示意圖鐵素體呈黑色針狀或片狀，細(xì)片或粒狀碳化物，一般與鐵素體片的長(zhǎng)軸成55~60o的角。組織特點(diǎn)（上，下貝氏體），無(wú)碳化物貝氏體：大致平行的鐵素體條，條間或條內(nèi)無(wú)碳化物。但條間存在富碳的殘余奧氏體或其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。粒狀貝氏體：鐵素體呈不規(guī)則塊狀，塊內(nèi)分布不連續(xù)的粒狀物（島狀），島狀物為富碳的過(guò)冷奧氏體或其全部或部分分解物。無(wú)碳化物貝氏體：大致平行的鐵素體條，條間或條內(nèi)無(wú)碳化物。但條貝氏體形成過(guò)程（溫度）貝氏體相變包括兩個(gè)基本過(guò)程，即貝氏體中鐵素體的轉(zhuǎn)變和貝氏體碳化物的析出。碳化物的析出方式?jīng)Q定了貝氏體的形態(tài)，而析出方式與含碳量和轉(zhuǎn)變溫度有關(guān)。貝氏體形成過(guò)程（溫度）貝氏體形態(tài)的決定因素上，下貝氏體相變速度的控制因素碳的擴(kuò)散及脫溶是控制貝氏體相變及其組織形態(tài)的基本因素。上貝氏體轉(zhuǎn)變速度受碳原子在奧氏體中的擴(kuò)散所控制；下貝氏體的轉(zhuǎn)變速度受碳在鐵素體中的擴(kuò)散所控制。貝氏體形態(tài)的決定因素性能特點(diǎn)（上，下貝氏體）強(qiáng)度硬度：貝氏體鐵素體晶粒大小，彌散強(qiáng)化，位錯(cuò)密度，固溶強(qiáng)化沖擊韌性主要取決于碳化物的分布上貝氏體不僅強(qiáng)度低，韌性也很差，是不希望得到的組織，下貝氏體具有高的強(qiáng)度和良好的韌性性能特點(diǎn)（上，下貝氏體）一般來(lái)說(shuō)，同一種鋼的貝氏體強(qiáng)度和硬度比馬氏體低，比珠光體高得多；貝氏體的塑性和韌性比馬氏體好，比珠光體低得多。一般來(lái)說(shuō)，同一種鋼的貝氏體強(qiáng)度和硬度比馬氏體低，比珠光體高要點(diǎn)：回火轉(zhuǎn)變過(guò)程；馬氏體單相和雙相分解；碳化物轉(zhuǎn)變方式；回火脆原因，預(yù)防措施；二次硬化機(jī)理；殘余奧氏體。6.回火要點(diǎn)：回火轉(zhuǎn)變過(guò)程；馬氏體單相和雙相分解；碳化物轉(zhuǎn)變方式；回回火轉(zhuǎn)變過(guò)程：預(yù)備階段或時(shí)效階段——碳原子偏聚；回火第一階段——馬氏體分解；回火第二階段——?dú)堄鄪W氏體轉(zhuǎn)變；回火第三階段——滲碳體形成；回火第四階段——α相的回復(fù)再結(jié)晶和滲碳體的聚集長(zhǎng)大回火轉(zhuǎn)變過(guò)程：馬氏體單相和雙相分解：較低溫度下，碳不能作遠(yuǎn)距離的擴(kuò)散，馬氏體基體出現(xiàn)高低兩種不同的正方度；較高溫度下：碳原子能進(jìn)行較長(zhǎng)距離的擴(kuò)散，基體只有一種正方度。馬氏體分解產(chǎn)物：回火馬氏體，是立方馬氏體加ε-碳化物。

馬氏體單相和雙相分解：碳化物轉(zhuǎn)變方式：原位轉(zhuǎn)變，即在舊碳化物的基礎(chǔ)上，依靠成分變化和點(diǎn)陣改組；在其它部位獨(dú)立形核長(zhǎng)大。碳化物變成滲碳體，組織為回火屈氏體，即鐵素體加片狀（或小顆粒狀）滲碳體的混合組織。

碳化物轉(zhuǎn)變方式：回火脆原因：第一類回火脆：（1）薄片狀殘余奧氏體分解、（2）片狀碳化物析出和（3）雜質(zhì)元素晶界偏析；第二類回火脆：（1）脆性相析出和（2）雜質(zhì)元素偏聚有關(guān)?；鼗鸫嘣颍旱谝活惢鼗鸫囝A(yù)防措施：（1）從化學(xué)成分入手：（a）降低鋼中的有害雜質(zhì)含量；（b）冶煉時(shí)用Al脫氧或加入Nb、V、Ti等合金元素以細(xì)化奧氏體晶粒；（c）加入Mo、W等能減輕第一類回火脆性的合金元素；（d）加入Cr、Si以調(diào)整出現(xiàn)第一類回火脆性的溫度范圍。（