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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Ms95

4.4.4 钢的马氏体点Ms96

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-Fe3C151

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