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1 导论1

1.1 铁基合金整合系统及相变的复杂性1

1.1.1 钢的复杂系统1

1.1.2 铁基合金整合系统2

1.1.3 钢中相变的复杂性及自组织2

1.1.4 多形性是固态相变多变的根源4

1.2 扩散型相变中原子的迁移4

1.2.1 扩散理论概要4

1.2.2 原子迁移的热力学11

1.2.3 实际金属中的扩散11

1.3 固态相变热力学14

1.3.1 相变热力学分类14

1.3.2 相变过程的能量变化15

1.4 固态相变动力学18

1.4.1 形核率18

1.4.2 Johnson-Mehl方程21

1.4.3 Avrami方程23

1.4.4 动力学曲线和等温转变图24

参考文献24

2 逆共析转变与奥氏体25

2.1 奥氏体25

2.1.1 奥氏体的组织形貌25

2.1.2 奥氏体的晶体结构26

2.1.3 奥氏体成分的不均匀性27

2.1.4 奥氏体中的退火孪晶28

2.1.5 奥氏体中的层错29

2.1.6 奥氏体的性能30

2.2 奥氏体形成机理31

2.2.1 奥氏体形成的热力学条件31

2.2.2 奥氏体的形核32

2.2.3 奥氏体晶核的长大36

2.2.4 渗碳体的溶解和奥氏体成分的相对均匀化40

2.2.5 针形奥氏体和球形奥氏体的形成41

2.2.6 亚共析钢的奥氏体化42

2.2.7 过共析钢奥氏体的形成45

2.3 奥氏体等温形成动力学46

2.3.1 共析碳素钢奥氏体等温形成动力学46

2.3.2 亚共析碳素钢的等温TTA图46

2.3.3 连续加热时奥氏体的形成47

2.3.4 奥氏体化曲线的比较50

2.3.5 奥氏体的形核率和长大速度50

2.3.6 影响奥氏体形成速度的因素52

2.4 奥氏体晶粒长大54

2.4.1 奥氏体晶粒长大现象54

2.4.2 奥氏体晶粒长大机理56

2.4.3 硬相微粒阻碍奥氏体晶界的移动57

2.4.4 奥氏体晶粒及影响其长大的因素59

2.4.5 粗大奥氏体晶粒的遗传性60

2.5 奥氏体相区及合金元素的影响62

2.5.1 铁的多形性转变62

2.5.2 体心立方铁的热力学特征63

2.5.3 合金钢中奥氏体化的特点65

参考文献66

3 珠光体的组织结构67

3.1 珠光体的组织及定义67

3.1.1 定义67

3.1.2 珠光体的组织形态68

3.1.3 珠光体的片间距71

3.1.4 珠光体组织形貌的多样性与复杂性73

3.2 珠光体的晶体学74

3.2.1 珠光体与奥氏体的位向关系75

3.2.2 珠光体团中铁素体与渗碳体的位向关系75

参考文献76

4 过冷奥氏体共析分解机理77

4.1 奥氏体转变为珠光体的热力学77

4.1.1 奥氏体与珠光体的自由能之差77

4.1.2 共析分解的热力学条件78

4.1.3 相变驱动力的计算模型79

4.2 过冷奥氏体共析分解机理79

4.2.1 晶体缺陷对形核的促进作用80

4.2.2 珠光体的形核82

4.2.3 珠光体晶核的长大87

4.2.4 总结92

4.3 钢中粒状珠光体的形成机理93

4.3.1 析出相聚集粗化机理93

4.3.2 析出相组织的粗化94

4.3.3 获得粒状珠光体的途径95

4.4 共析分解的特殊形式——相间沉淀99

4.4.1 相间沉淀的热力学条件99

4.4.2 相间沉淀产物的形态100

4.4.3 相间沉淀机制101

4.5 先共析铁素体的析出104

4.5.1 亚共析钢中先共析铁素体的析出104

4.5.2 先共析铁素体的析出速度107

4.5.3 魏氏组织铁素体的形成109

4.5.4 伪共析转变111

4.6 先共析碳化物的析出113

参考文献115

5 珠光体转变动力学117

5.1 过冷奥氏体转变动力学图117

5.1.1 等温转变图117

5.1.2 连续冷却转变图120

5.2 退火用C曲线121

5.2.1 典型工具钢的退火用TTT图121

5.2.2 退火用TTT图、CCT图的应用124

5.3 钢的TTT图类型125

5.3.1 类型一：共析分解与贝氏体相变曲线重叠127

5.3.2 类型二：珠光体TTT与贝氏体TTT逐渐分离，形成海湾区128

5.3.3 类型三：合金结构铜的贝氏体TTT曲线普遍在珠光体TTT的左方130

5.3.4 类型四：渗碳后贝氏体转变C曲线右移131

5.3.5 类型五：贝氏体转变C曲线严重右移直至消失133

5.3.6 类型六：Cr-Ni-Mo合金系中，珠光体的C曲线严重右移，直至消失134

5.4 影响过冷奥氏体共析分解的内在机制135

5.4.1 奥氏体化状态135

5.4.2 奥氏体溶碳量136

5.4.3 奥氏体中合金元素的影响136

5.4.4 合金奥氏体的系统整合作用140

参考文献144

6 珠光体的力学性能及应用145

6.1 铁素体-珠光体的力学性能145

6.1.1 钢铁材料的力学性能146

6.1.2 珠光体的力学性能146

6.1.3 铁素体+珠光体整合组织的强度148

6.2 铁素体-珠光体组织的应用149

6.2.1 珠光体钢的应用149

6.2.2 铁素体-珠光体钢的应用150

6.3 粒状珠光体组织及退火新工艺152

6.3.1 决定退火钢硬度的要素152

6.3.2 典型钢种锻轧材的球化退火155

6.4 开发应用先进珠光体钢161

6.4.1 细晶钢161

6.4.2 高速车轮用钢162

6.4.3 长寿命高性能弹簧钢162

6.4.4 高性能冷镦钢162

参考文献163

7 表面浮凸165

7.1 珠光体表面浮凸现象165

7.1.1 珠光体表面浮凸的直接观察165

7.1.2 珠光体浮凸的尺度168

7.2 珠光体表面浮凸形成机制169

7.3 魏氏组织表面浮凸172

7.4 贝氏体、马氏体表面浮凸概述174

7.4.1 贝氏体表面浮凸175

7.4.2 马氏体的表面浮凸175

7.5 表面浮凸与相变机制176

参考文献177

名词术语179