《合金固态相变》教学大纲课程编号：2080113学时：40 （实验学时另计，8学时）学分：2.5一、课程基本情况1.课程名称：合金固态相变2.课程性质：必修课程3.适用年级专业：四年制材料科学与工程、材料成型与控制工程专业，三年级本科生4.先修课程：材料科学基础、金属学、物理化学5.教材：“合金固态相变”，赵乃勤主编，中南大学出版社，20086.开课单位：材料科学与工程学院二、课程性质目的、任务和基本要求1.性质目的和任务固态相变是材料科学与工程专业的主要专业课之一，它是以物理、数学、物理化学和金属学原理等课程为基础，着重讲授与合金固态相变有关的基本理论，主要包括金属（特别是钢）在加热、冷却过程中相变的基本原理和规律以及组织结构与性能之间的关系，为提高产品质量、充分发挥现有材料的潜力、合理制定热处理工艺、发展新材料和新工艺打下坚实的基础。

本课程的内容应适当反映现代固态相变理论的发展和成就。

2. 课程的基本要求学生通过学习本课程，应达到：1.掌握金属材料中相变的基本理论，重点是钢中组织转变的基本规律；2.有运用金属材料中相变基本规律，分析和研究金属热处理工艺问题的能力；3.初步掌握成分组织与性能之间的关系，从而对金属材料具有一定的分析和研究能力。

三、课程教学环节、内容及学时分配（一）课程内容第一章绪论合金固态相变的定义。

金属固态相变在工业中的地位和作用。

本课程的研究对象、内容以及与其它课程的关系。

教学重点：固态相变的一般特征，包括驱动力和阻力，相变的形核、长大、扩散、相界面等。

第二章合金固态相变的常用研究方法具体介绍研究物相类型、分布和相变过程的各种手段。

教学重点：材料的物相种类、相分布和相变过程所采用的不同研究手段，并对各研究手段在相变研究中的用途和基本原理有所了解。

第三章奥氏体与钢在加热过程中的转变平衡组织加热时的奥氏体形成：珠光体—→奥氏体转变的热力学条件、形成机理、等温形成热力学。

连续加热时的奥氏体形成。

亚（过）共析钢的奥氏体形成。

亚（过）共析钢的奥氏体形成特点。

影响奥氏体形成的因素。

非平衡组织加热时的奥氏体形成：针形奥氏体的形成，球形奥氏体的形成。

针形奥氏体的合并长大。

粗大奥氏体晶粒的遗传性及其控制。

奥氏体晶粒长大及其控制，奥氏体晶粒度的概念，影响奥氏体晶粒长大的因素，加热时钢的过热现象。

教学重点：奥氏体的结构与性能，奥氏体在加热过程中的变化规律，影响其组织的因素和控制方法。

第四章钢的过冷奥氏体转变及热处理钢的主要几种热处理工艺简介：退火，正火，淬火，回火。

过冷奥氏体等温转变（TTT）图的建立、特征和影响因素。

过冷奥氏体连续冷却转变（CCT）图的建立、特征、区的表示方法和影响因素。

CCT 图和TTT图之间的关系。

过冷奥氏体冷却转变时的临界冷却速度和影响因素。

钢的临界冷却速度。

冷却过程中速度的变化对临界淬火速度的影响。

连续冷却时孕育期的消耗及其估算。

教学重点：过冷奥氏体等温转变的特点，等温转变图的特征，意义，用途，影响因素，高温转变，中温转变和低温转变；对比共析钢等温转变与连续转变动力学图的不同，获得不同金相组织的热处理工艺，掌握“四火（退火、正火、淬火、回火）的目的，方法，组织。

第五章珠光体与钢在冷却时的高温转变珠光体组织形态。

片状珠光体及粒状珠光体的形成过程。

珠光体转变动力学及其影响因素。

合金元素在珠光体转变时的分布，合金元素对珠光体转变的影响。

亚（过）共析钢中先共析相的形成、形态及动力学。

伪共析组织。

片状珠光体和粒状珠光体的力学性能及其影响因素。

铁素体加珠光体组织的力学性能。

钢中魏氏组织对力学性能的影响。

钢中的相间析出。

教学重点：掌握片状珠光体的形成过程和形成机制，由此了解扩散型相变的特点和一般规律；球状珠光体的形成途径，比较两种不同珠光体的组织性能；珠光体的转变动力学特点和影响因素。

第六章马氏体与钢在冷却是的低温转变马氏体转变的定义。

钢中马氏体的晶体结构。

新生马氏体的异常正方度、点阵结构及畸变。

马氏体相变的基本特征：切变共格，表面浮凸，无扩散，惯习面及不应变性，可逆性等。

钢中的马氏体组织形态：板条马氏体和片状马氏体的形态和亚结构。

其它类型的马氏体的形态和亚结构。

片状马氏体的显微裂纹。

马氏体转变的热力学条件：相变驱动力，Ms点的定义及影响因素。

T0，As，Ms，Mf 点的意义。

马氏体转变动力学：马氏体变温形成，马氏体等温形成。

马氏体爆发形成和马氏体表面形成。

马氏体转变机理简介：马氏体的形核，缺陷成核和自催发成核。

马氏体的转变模型——Bain模型，K—S模型，G—T模型。

马氏体的力学性能：马氏体的强度，强化机理，马氏体的塑性和韧性。

奥氏体的稳定化：热稳定化现象，机理及其影响因素。

马氏体的逆转变，热弹性马氏体与形状记忆效应。

教学重点：片状马氏体和针状马氏体的组织、特点，性能等；重点掌握马氏体相变的热力学，明确为何马氏体相变需要在很大的过冷度下才能进行；马氏体相变动力学，明确马氏体相变是在极快的时间内完成的。

马氏体相变机制是本章的难点，要求深入了解和掌握。

马氏体在钢的强韧化和功能化中的应用，重点了解热弹性马氏体，形状记忆效应，超弹性，形变诱发马氏体，奥氏体稳定化等。

第七章贝氏体与钢在冷却时的中温转变贝氏体转变的基本特征。

贝氏体转变的热力学条件。

钢中贝氏体的组织形态：上贝氏体，下贝氏体，无碳化物贝氏体，粒状贝氏体的形态和亚结构。

贝氏体转变过程。

贝氏体转变动力学特点及其影响因素。

钢中贝氏体的力学性能：成分、形态对贝氏体强度、韧性和耐磨性的影响。

教学重点：贝氏体类型，晶体学特点，转变机制，转变动力学，重点掌握上贝氏体与下贝氏体的组织特征，贝氏体的性能特点，及其与微观组织的关系。

重点比较与马氏体和珠光体在晶体学，热力学，动力学，转变机制和性能等方面的异同点。

第八章钢的回火转变回火的目的和意义。

淬火碳素钢回火时的组织转变：位错型马氏体中碳原子的偏聚，孪晶马氏体中碳原子的富集。

马氏体的脱溶分解与碳化物的沉淀析出。

残留奥氏体转变。

马氏体的α—相结构回复和再结晶。

碳化物的转变和聚集、长大。

合金元素对回火转变的影响：对马氏体分解的影响，对残留奥氏体转变的影响，对碳化物转变类型的影响，对α—相回复与再结晶的影响。

回火时钢的力学性能的变化：回火时硬度、强度、塑性、韧性的影响。

回火脆性：第一类回火脆性和第二类回火脆性。

淬火钢中非马氏体组织在回火时的转变和对力学性能的影响。

教学重点：回火过程中组织转变的几个阶段和特点，各阶段的性能变化，内应力变化；了解合金元素对回火转变的影响；不同温度回火时获得的组织特点，回火脆性的产生和防止方法；学会根据钢的成份和零件的服役条件制定合理的回火工艺。

第九章合金的脱溶沉淀与时效合金时效原理。

合金沉淀的热力学和动力学。

合金沉淀机理，脱溶区的结构，过渡相的结构，连续脱溶和非连续脱溶的结构。

合金时效时性能的变化：沉淀硬化。

时效时合金中的回归现象。

合金中发生脱溶时的结构和组织变化以及对性能的影响。

教学重点：合金固溶后的时效过程中发生的组织转变过程，合金时效过程的组织变化的一般规律，以及对性能的影响。

（二）实验内容1. 65Mn钢等温转变动力学图（TTT）的建立（1）学习用金相法、硬度法测定钢的奥氏体等温转变动力学曲线。

（2）了解各种过冷奥氏体等温分解产物的组织与性能。

2. 钢的淬透性及分析（1）巩固淬透性的基本概念，了解影响钢淬透性的各种因素，特别是合金元素的影响。

（2）熟悉测定和表示淬透性的方法，掌握顶端淬火法的操作。

3. 铝合金的时效硬化实验（1）熟悉铝合金时效工艺基本原理和具体操作。

（2）确定铝合金性能（硬度）与时效处理的关系，观察时效处理后铝合金的显微组织。

教学重点：巩固合金固态相变课程中的重要概念，了解几个实验的机理、操作方法以及常规设备的使用等。

（三）学时分配：四、参考书《合金固态相变》，赵乃勤主编，中南大学出版社。

《金属热处理原理与工艺》，赵乃勤主编，机械工业出版社。

《相变热力学》，徐祖耀，李麟，科学出版社，2005。

《合金相与相变》，肖纪美，冶金工业出版社，2004。

《金属固态相变原理》，徐洲，赵连城编，科学出版社，2004。

《金属热处理》，李松瑞、周善初编，中南大学出版社，2003。

《金属固态相变教程》，刘宗昌，冶金工业出版社，2003。

《Materials Science and Engineering an Introduction》, Willliam D et al. John Wiley &Sons, Inc. 2003.《Engineering Materials Properties and Selection》, Kenneth G. Budinski, Michael K. Budinski, Pearson Education，Inc. 2002.。