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1、钢的热处理原理钢的热处理原理 MetalsMetals HeatHeat Treatment Treatment ProcessingProcessing & & PrinciplesPrinciples参考文献：参考文献：参考文献：参考文献：胡光立，谢希文编著，钢的热处理，西北工业大胡光立，谢希文编著，钢的热处理，西北工业大胡光立，谢希文编著，钢的热处理，西北工业大胡光立，谢希文编著，钢的热处理，西北工业大学出版社学出版社学出版社学出版社戚正风戚正风戚正风戚正风 主编，金属热处理原理，机械工业出版社主编，金属热处理原理，机械工业出版社主编，金属热处理原理，机械工业出版社主编，金属热处理原理，
2、机械工业出版社安运铮安运铮安运铮安运铮 主编，热处理工艺学，机械工业出版社主编，热处理工艺学，机械工业出版社主编，热处理工艺学，机械工业出版社主编，热处理工艺学，机械工业出版社金属热处理学报金属热处理学报金属热处理学报金属热处理学报JISIJISI金属学报金属学报金属学报金属学报R W K R W K HoneycombeHoneycombe, Microstructure and , Microstructure and Properties, 1981 Properties, 1981 绪论绪论 INTRODUCTION相和相变相和相变 Phase & Phase Transformati
3、ons相变的分类相变的分类 Types of Phase Transformations金属及合金中的相变金属及合金中的相变 Phase Transformation in Metals & Alloys1. Phase & Phase Transformations相：任何物质都是由原子、分子、离子或分子团相：任何物质都是由原子、分子、离子或分子团相：任何物质都是由原子、分子、离子或分子团相：任何物质都是由原子、分子、离子或分子团组成的，构成物质的这一体系，可以是均匀的，组成的，构成物质的这一体系，可以是均匀的，组成的，构成物质的这一体系，可以是均匀的，组成的，构成物质的这一体系，可以是均匀
4、的，也可以是非均匀的，其中，均匀的部分即称为相。也可以是非均匀的，其中，均匀的部分即称为相。也可以是非均匀的，其中，均匀的部分即称为相。也可以是非均匀的，其中，均匀的部分即称为相。稳定相稳定相稳定相稳定相: : 对于一定的热力学条件，只有当某相的对于一定的热力学条件，只有当某相的对于一定的热力学条件，只有当某相的对于一定的热力学条件，只有当某相的自由能位最低时，该相才是稳定的且处于平衡态自由能位最低时，该相才是稳定的且处于平衡态自由能位最低时，该相才是稳定的且处于平衡态自由能位最低时，该相才是稳定的且处于平衡态亚稳相亚稳相亚稳相亚稳相: : 若某相的自由能虽然并不处于最低，然若某相的自由能虽然
5、并不处于最低，然若某相的自由能虽然并不处于最低，然若某相的自由能虽然并不处于最低，然而与最低自由能态具有能垒相分隔，则该相为亚而与最低自由能态具有能垒相分隔，则该相为亚而与最低自由能态具有能垒相分隔，则该相为亚而与最低自由能态具有能垒相分隔，则该相为亚稳相稳相稳相稳相非稳定相：若不存在这种能垒，则体系处于非稳非稳定相：若不存在这种能垒，则体系处于非稳非稳定相：若不存在这种能垒，则体系处于非稳非稳定相：若不存在这种能垒，则体系处于非稳定态，这种状态是不稳定的，它一定会转变为平定态，这种状态是不稳定的，它一定会转变为平定态，这种状态是不稳定的，它一定会转变为平定态，这种状态是不稳定的，它一定会转变
6、为平衡态或亚稳态。衡态或亚稳态。衡态或亚稳态。衡态或亚稳态。 相变：在均匀一相或几个混合相内，出现相变：在均匀一相或几个混合相内，出现具有不同成分或不同结构（包括原子、离具有不同成分或不同结构（包括原子、离子或电子的位置或为向）或不同组织形态子或电子的位置或为向）或不同组织形态或不同性质的相，称为相变。或不同性质的相，称为相变。当温度、压力或任何其它作用在该体系上当温度、压力或任何其它作用在该体系上的电场、磁场发生变化时，体系的自由能的电场、磁场发生变化时，体系的自由能将缓慢而连续地变化。将缓慢而连续地变化。只有当体系自由能的变化与相的结构的变只有当体系自由能的变化与相的结构的变化（包括原子、
7、离子或电子的位置或位向）化（包括原子、离子或电子的位置或位向）发生关系时，则发生了相变发生关系时，则发生了相变 2.Types of Phase Transformations2.1按热力学分类按热力学分类:一级相变和二级相变一级相变和二级相变 相相相相变变变变类类类类型型型型一一一一级级级级相相相相变变变变二二二二级级级级相相相相变变变变一级相变一级相变 具有体积和熵（及焓）的突变具有体积和熵（及焓）的突变:焓的突变表明在一级相变过程焓的突变表明在一级相变过程中，有相变潜热的吸收或释放，中，有相变潜热的吸收或释放，从而可以应用热膨胀仪来测量从而可以应用热膨胀仪来测量一级相变的开始点。发生体积
8、、一级相变的开始点。发生体积、熵及焓的突变，也说明这些热熵及焓的突变，也说明这些热力学函数在相变点不能按泰勒力学函数在相变点不能按泰勒级数展开。级数展开。 ， 二级相变二级相变 不能由两相的体积、不能由两相的体积、熵及焓的的变化分析熵及焓的的变化分析二级相变二级相变 为材料的等温压缩系为材料的等温压缩系数数为材料的等压膨胀系为材料的等压膨胀系数数 ， ， 2.2按相变方式分类按相变方式分类Gibbs分类法分类法 形核长大型：始于程度大而范围小的相起形核长大型：始于程度大而范围小的相起伏，已相变区与未相变区以相界面相分隔。伏，已相变区与未相变区以相界面相分隔。钢中的相变，大多为形核长大型相变。钢
9、中的相变，大多为形核长大型相变。连续型：始于程度小而范围大的相起伏，连续型：始于程度小而范围大的相起伏，由于相起伏的程度小，故母相中到处可以由于相起伏的程度小，故母相中到处可以形核。典型的相变如形核。典型的相变如spinodal decomposition（增幅分解）。增幅分解）。 2.3按原子的迁动程度分类按原子的迁动程度分类 扩散型相变相变过程受控于原子（或离子）的扩散，即相变的速度取决于原子的扩散速度。无扩散型相变相变过程不存在原子（或离子）的扩散，或虽存在扩散，但不是相变所必需的，或不是相变的主要过程。 3 金属及其合金中的相变金属及其合金中的相变 无扩散型：无扩散型： 连续型连续型w
10、相变相变 形核长大型马氏体相变形核长大型马氏体相变扩散型扩散型 ： 连续型：连续型： 连续有序化连续有序化 Spinodal分解分解 形核长大型：形核长大型： 形核长大型形核长大型 新相成分改变：新相成分改变：新相成分改变：新相成分改变： （长程扩散长大）（长程扩散长大）（长程扩散长大）（长程扩散长大） 非均匀相变：非均匀相变：非均匀相变：非均匀相变： 胞状相变珠光体相变胞状相变珠光体相变胞状相变珠光体相变胞状相变珠光体相变 非连续沉淀非连续沉淀非连续沉淀非连续沉淀 均匀相变：均匀相变：均匀相变：均匀相变： 界面控制：界面控制：界面控制：界面控制： 共格共格共格共格G.P.G.P.区区区区 非
11、共格连续沉淀非共格连续沉淀非共格连续沉淀非共格连续沉淀 扩散控制：扩散控制：扩散控制：扩散控制： 共格：贝氏体相变共格：贝氏体相变共格：贝氏体相变共格：贝氏体相变 相间沉淀相间沉淀相间沉淀相间沉淀 新相成分不改变：新相成分不改变： 热激活界面控制：热激活界面控制： 非共格：再结晶非共格：再结晶 块状相变块状相变 半共格有序化半共格有序化 非热激活迁动位错：非热激活迁动位错： 共格孪生共格孪生 半共格倾动晶界半共格倾动晶界 3.1平衡转变平衡转变 同素异晶转变同素异晶转变同素异晶转变同素异晶转变: : 纯金属在温度压力变化时，由一种晶纯金属在温度压力变化时，由一种晶纯金属在温度压力变化时，由一种
12、晶纯金属在温度压力变化时，由一种晶体结构转变为另一种结构的过程称为体结构转变为另一种结构的过程称为体结构转变为另一种结构的过程称为体结构转变为另一种结构的过程称为同素异晶转变。同素异晶转变。同素异晶转变。同素异晶转变。 平衡脱溶转变平衡脱溶转变平衡脱溶转变平衡脱溶转变 : : 单一的单一的单一的单一的 固溶体固溶体固溶体固溶体, , 冷至固溶度曲线冷至固溶度曲线冷至固溶度曲线冷至固溶度曲线MNMN以下温度时，以下温度时，以下温度时，以下温度时， 相又将逐渐析出，这相又将逐渐析出，这相又将逐渐析出，这相又将逐渐析出，这一过程称为平衡脱溶沉淀。其特点是一过程称为平衡脱溶沉淀。其特点是一过程称为平衡
13、脱溶沉淀。其特点是一过程称为平衡脱溶沉淀。其特点是新相的成分和结构始终与母相的不同；新相的成分和结构始终与母相的不同；新相的成分和结构始终与母相的不同；新相的成分和结构始终与母相的不同；随着新相的析出，母相的成分和体积随着新相的析出，母相的成分和体积随着新相的析出，母相的成分和体积随着新相的析出，母相的成分和体积分数将不断变化，但母相不会消失。分数将不断变化，但母相不会消失。分数将不断变化，但母相不会消失。分数将不断变化，但母相不会消失。钢在冷却时，二次渗碳体的析出，即钢在冷却时，二次渗碳体的析出，即钢在冷却时，二次渗碳体的析出，即钢在冷却时，二次渗碳体的析出，即属这种相变。属这种相变。属这种
14、相变。属这种相变。 可发生脱溶转变的合金共析转变共析转变 增幅分解增幅分解 :由一种高温固溶体，冷至某一温由一种高温固溶体，冷至某一温度范围，分解为两种与原固溶体结构相同，度范围，分解为两种与原固溶体结构相同，而成分不同的微区的转变称为增幅分解，而成分不同的微区的转变称为增幅分解，可用反应式表示为。其特点是：新形成的可用反应式表示为。其特点是：新形成的微区之间并无明显的界面和成分的突变，微区之间并无明显的界面和成分的突变，但通过上坡扩散，最终使一均匀固溶体变但通过上坡扩散，最终使一均匀固溶体变为一不均匀固溶体。为一不均匀固溶体。有序化转变有序化转变 :固溶体中，各组元的相对位置固溶体中，各组元的相对位置从无序过渡到有序的过程，称为有序化转从无序过渡到有序的过程，称为有序化转变变 3.2非平衡转变非平衡转变 伪共析转变伪共析转变 马氏体相变马氏体相变 块状转变块状转变 ：纯铁或低碳钢，纯铁或低碳钢，在一定的冷速下奥氏体可在一定的冷速下奥氏体可以转变为与母相成分相同以转变为与母相成分相同而形貌呈块状的而形貌呈块状的相。相。 贝氏体相变贝氏体相变非平衡脱溶转变非平衡脱溶转变 ： Fe-Fe3C相图的左下角
