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1、固态相变原理课堂笔记材料学院固态相变原理这门课程的内容比较多，基本上老师在课堂上讲的 内容都需要掌握。老师在课堂上所讲的内容并不是全部依照着相变课 本的，而是依照着他所总结的备课本，因此课堂笔记在期末考试复习 中应该起着举足轻重的作用，但是有的内容老师并没有在黑板上有详 细的记录，或者有时候我们没有跟上他的讲课速度，又或者有的同学 没有坐到比较好的座位而看不清黑板，还或者有的同学总是逃课 这些都是我们不能够记录比较完整的课堂笔记的原因。因此，可能大 家复习起来比较困。为了给大家期末考试复习提供方便，本人利用课 余时间整理了一套比较完整的课堂笔记。主要参考了一位学长的笔记 本，还有就是依靠本人在
2、课堂上的比较认真地记录，二者综合在一起， 基本上就和老师讲的差不多了。可能难免出现错误，如若出现错误，希望大家认真查阅课本自己 更正。复习时最好是将课本和笔记结合在一起看。希望这个能给大家的学习带来一点帮助。最后，祝大家考试成功！铸造 C081 张云龙 代表名词解释或定义固态相变原理绪论1、相变（固一液一气）f固态相变（陶瓷、金属、高分子）f固态金属材料（有色金属、黑色金属）f钢中的相变（热处理原理）热处理：将钢加热到临界点以上一定温度， 保温一定时间后，以一定的速度冷却，以 获得一定的组织和性能。2、*固态相变：材料在固态下发生的转变。3、材料中为什么有相变？ 答：因为材料在加热和冷却的过程
3、中 有晶体结构的变化； 化学成分发生变化； 有序一无序相的转变。4、为什么要研究热处理？ 答：主要是为了改变钢的组织以获得所需要的性能。第一章、奥氏体的形成亚共析0.77 过共析C%平衡状态图：无限缓慢加热，冷 却时测出的各成分。1、各钢的临界点A、A3、Acm。2、各钢在不同温度下组织及转 变过程。注：T-Ai=AT, 要使 PA，必须 Ga-Gp=AGvO。T=T0, Ga= GpAG=O 平衡温度；TT0, GaVGp-MV。发生 P-A；TvT。，GaGp- AG。发生 A-P。热力学条件：必须有一定的过热度AT,使 GVO,且必须高于 Ai。（AT= T-Ai）三、实际加热时的临界点
4、与Fe-C相图之间的关系注：c为加热，r为冷却基本常识：Acl、Ac3、Accm表示在每分钟加热 0 .125 C的加热速度下的临界点； Ari、Ar3、Arcm表示在每分钟冷却 0 .125 C的冷却速度下的临界点。 结论：随着加热速度的增加，钢的实际 转变温度上升；随着冷却速度的增加, 钢的实际转变温度下降。看Fe-C相图，会各成分的计算。第二节、奥氏体的组织结构与性能组织：等轴状的多边形等轴晶粒（有时候会有孪晶）晶体结构：C在y -Fe中的间隙固溶体称为奥氏体具有面心立方结构C处在八面体的中心位置A内存在着C地浓度起伏，C不一定在其正中心三、奥氏体的性能AF1、物理性质顺磁性比容0.12
5、40.127(m3/g)比容小密度8.067.87(g /m3)线胀系数大线胀系数0.0000230.0000145 (cm/cm K)导热性差导热系数14.677.1(W/mk)注：比容是单位质量的体积2、机械性能：强度低、塑性好、易成型、加工硬化率高（好）第三节、奥氏体的形成机理、概述（以共析钢为例）P-A，即珠光体加热形成奥氏体。过程包括： 奥氏体的形核 奥氏体晶核的长大 奥氏体中碳化物的溶解 奥氏体的均匀化、奥氏体的形核长大F +Fe3 C-热 AC%0.026.690.77结构体心复杂面心立方斜方立方其中包含C的扩散和Fe的扩散。】、珠光体组织：F和FesC的片层相间的机械混合物。F
6、、 Fe3C 的位相相同的部分叫做铁素体晶粒。2、 A 的形核pF和Fe3C的相界面位置 形核位置-珠光体晶粒的界面处*-（若为亚共析钢，则形核位置为F和P的交界处）原因：交界处的原子排列紊乱；能量高；C的浓度高，浓度梯度大。易实现A 形成时所需要的结构起伏、能量起伏和成分起伏。3、核心长大长大机理：a点阵重构以及Fe3C的溶解。在温度不变的情况下，当温度不变时，共 存的两相成分不变。实际是“平衡成分扩散一 打破平衡一恢复平衡”的结果。使得 A-FA-Fe3C4、剩余碳化物的溶解在A温度下，F + FegC 加热* A铁素体变成A需要碳原子，0.8-0.02=0.78Fe3C-A 碳原子：6.
7、69-0.8=5.89则有 n=5.89/0.787.5。则在珠光体里F / Fe3C的值约为7.5。故，在A1下，F、Fe3C同时变成A当n7.5时，铁素体先溶解，当nV7.5时，铁素体后溶解。原因：随着温度的升高，n式的分子I，且分母（，但分母（得要更快一些，则会有长大速度比n7.5，这样会使铁素体的转变温度仁故n越大，残余的碳化物仁5、奥氏体成分均匀化在A刚刚转变完成的一瞬间，A内C的成分是不均匀的。在原渗碳体的位置，A的含 C量高；在原F的位置，A的含C量低。在继续保温时，C原子发生扩散，由C的高 浓度区向C的低浓度区进行扩散，以实现A内碳原子的均匀化。总结规律为：当温度升高时，A内含
8、C量的不均匀性会升高。第四节、奥氏体等温形成动力学A 的形核速度 V 决定于形核率以及每个晶核的长大速度。 其中，形核率用 N 表示。一、形核率N=C，e-Q/KT e 一 W / KT, （- Q / KT 是 e 幕,一 W / KT 也是）其中C为一个常数，Q为原子的扩散激活能，W为临界晶核形成功，K为 波尔兹曼常数。由此可见，随着形成温度的升高， N 的极大值也会升高。原因：随着温度的升高：N呈指数的形式上升；碳原子的扩散速度会加 快；驱动力AG会升咼；临界形核半径Rk减小；临界晶核形成功 G*降低。A形核时所需要的浓度起伏会降低。故，随着温度的升高，形 核率会ttto二、长大速度（公
9、式请参考课本：）其中，K为常数，Dac为C在A中的扩散系数，dc/dx为相界面处A中C的浓度梯度。 由公式可知，随着温度的升高，A的长大速度增大。原因：1、Tf, DACf； 2、Tf, dc/dxf； 3、Tf，分母（故 T f，A 的形成速率f三、奥氏体等温形成动力学曲线（用图来描述A形成的全过程）1、共析钢A等温形成动力学曲线 图形建立1 510 30 50 100 (S)730 C750 C汗、800 C 瀬汗、P中的F完全变成Fe3C所需的时间2、影响奥氏体形成速度的因素T的影响T升高，A的形成速度升高。 原因：当Tf时，N和V均升高。钢的原始含碳量的影响（对亚共析钢而言） 原始C%
10、升高，A的形成速率会升高。3、亚共析钢A等温形成动力学曲线原因C% ff P ff F与Fe3C界面f （界面增多）A的形核位置ff N f； C% ffC在A中的扩散速度ffC在A中的扩散系数f； C% ff界面ff C的扩散距离钢的原始组织的影响（当钢的含碳量相同时，原始组织越细，A的形成速 度越快）原因：原始组织越细f界面ffA的形核位置ffNf； 原始组织越细fC的扩散距离/ 原始组织越细fP的片层间距|fC的浓度梯度ffC的形成V f-A的形成速度f。加热速度的影响加热速度实际转变温度A的形成速度f 原因：加热T ff A的形成TffN和V升高。合金元素的影响（加入合金元素并不影响形
11、成机理） 合金元素影响临界点：降低A. A3、Acm的合金元素的临界点温度，（如 Ni、Mn）,在加热条件相同时，加速A的形成。相反，若提高临界点温度， 则会降低A的形成。 合金影响 C 的扩散阻止C扩散的（如Ti、Mo、W、Gr等）。使A在C中的扩散速率（，则会 使A的形成速率/ 合金的本身扩散不易合金在A形成时也会均匀化，因为合金的直径Df,所以合金的扩散不易， 从而A的形成V（，则合金钢的加热时间会f。第五节、连续加热时奥氏体的形成相同点：两种加热方法的形成机理相同； 不同点：一个是等温加热，另一个是连续加热。连续加热时A形成的特点:A是在一定温度范围内形成的,A的形成温度f随着加热速度
12、的fA形成的温度范围fA转变所需的时间/一、随着加热速度f，实际转变温度，即临界点（Ac、Ac3、Accm）f；三、可获得起始时超细的晶粒原因：加热速度ff A的转变温度ff形核率Nff起始晶粒越细。四、对原始组织很敏感原始组织很不均匀（大块F、Fe3C）f使C的扩散距离ff延长了 A的转 化过程f使A的转化完成温度f。五、连续加热时，使A内的成分不均匀性增加加热V ff转变T ff A两侧的成分差ff转变完成后A内的成分差f 第六节、奥氏体等温形成的动力学特点一、A 的形成需要一定的孕育期 原因：需要一定的成分起伏、能量起伏以及相起伏。二、A形成（转变）温度ff孕育期下降，并且转变完成时间也
13、会下降。1、孕育期下降的原因：随着转变温度f，会有AG* !，Rk （A形核所需的成分起伏（C的 扩散速度f2、转变完成时间（的原因：随着转变温度f，会有形核率N f；转变速度/三、A刚刚转变完成以后还有碳化物的溶解以及A的均匀化过程。四、转变的过程中，开始转变得慢，最后转变的也慢，转变量为 50%时的转变速 度最快。第七节、奥氏体晶粒的长大及其控制晶粒越细，会有强度b f,硬度HRC f,塑性6 f,韧性a to一、奥氏体晶粒度及其评定方法A晶粒度：是表征A晶粒大小的一种尺度。或者说是对A晶粒大小的一种 量度。八级晶粒度：一级最粗,八级最细,十级以上的称为超细晶粒。1、八级晶粒度评定方法：
14、平均直径d；放大100倍下，1英寸（6.45 cm?）内、晶粒数A晶粒的级别N。其中N =2（N-1）,注N-1为2的幕 晶粒度的概念： 起始晶粒度：A转变刚刚完成，A晶粒边界刚刚相互接触那一瞬间晶粒 的大小。起始晶粒度大小的决定因素：形核率N/长大速度V当N f, V起始晶粒度就会越细小。且有单位面积晶粒度n*N/ G。 实际晶粒度：实际生产或实验条件下，所获得的A晶粒的大小。 决定因素：加热条件（加热T f，保温时间ff实际晶粒f）；本质晶粒度 本质晶粒度：表征钢加热过程中A晶粒长大的倾向或趋势。标准：将钢加热到930C10C，保温38小时，这时再测A晶粒大小。 凡 14 级者，为本质粗晶粒钢，凡 58 级者，为本质细晶粒钢。 本质晶粒度是钢的工艺性之一，是决定钢的标准质量之一。 本质晶粒度的决定因素：炼钢工艺凡是用 Al 脱氧者，为本质细晶粒钢；凡不用 Al 脱氧者，为本质粗晶粒度。 实际晶粒度的决定因素：加热和保温条件，当T f，tf ,会使晶粒粗大。本质晶粒度，本质细晶粒钢得到更细的A晶粒。二、奥氏体晶粒的长大1、长大驱动力：体系内总的界面能的降低。表达式为G=2 /R，其中 为单位A晶界面能，R为A晶界的曲率半径。 由公式可见：A晶粒越细小，单位面积界面能（比界面能）越大，则A晶粒 会越容易长大。2
