4、有序-无序转变（disorder-order transition）
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按热力学分类
一级相变 二级相变
同素异构转变(多形性转变)
平衡脱溶沉淀
平衡相变 共析转变
固
调幅分解
态
按平衡状态
有序化转变
相
分类
伪共析相变
变
非平衡相变 马氏体相变
贝氏体相变
非平衡脱溶沉淀 按原子迁移分类 扩散相变
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界面能：固-固两相界面能高，一部分是形成新相界面 时，因同类键、异类键的结合强度和数量变化引起的化学 能，另一部分是由界面原子的不匹配产生的点阵畸变能。
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两相之间的共格关系依靠正应变来维持时，称 为第一类共格。两相之间的共格关系以切应变 来维持时，称为第二类共格。
调幅分解的特点：
在转变初期形成的两个微区之间并无明显界面和 成分突变，不经历形核阶段，分解速度快，但是通 过上坡扩散，最终使原来的均匀固溶体变成不均匀 固溶体。
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两种方式转变时成分的变化（a）调幅分解（b）形核成长
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⑤有序化转变
固溶体（包括以中间相为基的固溶体）中，各 组元原子在晶体点阵中的相对位置由无序到有序 （指长程有序）的转变称为有序化转变。
在Cu-Zn、Cu-Au、Mn-Ni、Fe-Ni、Ti-Ni 等许多合金系中都可发生这种有序化转变。
旧相和新相结构只是对称性的改变，相变过程以 有序参量表征的相变。
有序－无序的转变是固体相变中的另一种机 理，属扩散性相变。
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4.非平衡相变
若加热或冷却速度很快，平衡相变将被抑制， 固态材料可能发生某些平衡状态图上不能反映的 转变并获得被称为不平衡或亚稳态的组织，这种 转变称为非平衡相变。
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随着淬火技术的发展，人们逐渐发现淬冷剂对淬火质 量的影响。三国蜀人蒲元曾在今陕西斜谷为诸葛亮打制 3000把刀，相传是派人到成都取水淬火的。这说明中国在 古代就注意到不同水质的冷却能力了，同时也注意了油和 尿的冷却能力。
中国出土的西汉(公元前206～公元24)中山靖王墓中的宝 剑,心部含碳量为0.15～0.4%，而表面含碳量却达 0.6%以 上，说明已应用了渗碳工艺。但当时作为个人“手艺”的秘 密，不肯外传，因而发展很慢。
系统中存在的相可以是稳定的、亚稳的或不稳定 的。系统在某一热力学条件下，只有当能量具有最 小值的相才是最稳定的。 随自由能变化而发生的相的结构的变化称为相变。
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相变过程：物质从一个相转变到另一个相的过程。 此过程一般与哪些条件相关？
a）狭义的相变过程 相变前后化学组成不发生变化的过程，相变过程是个 物理过程而不涉及化学反应，如液体蒸发、α-石英 与α-磷石英间的转变。
两者的晶界两侧都有一定的晶格畸变。
第
第
一 类
二 类
共
共
格
格
界
界
面
面
(b) (a)
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②半共格（部分共格）界面
若以aα和aβ分别表示两相沿平行于界面的晶向上 的原子间距，在此方向上的两相原子间距之差以
Δa=|aβ-aα|表示，则错配度δ为：
δ = aβ − aα = ∆a
aα
aα
当错配度δ增大到一定程度时，便难以继续维持完
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1850～1880年，对于应用各种气体(诸如氢气、煤气、 一氧化碳等)进行保护加热曾有一系列专利。1889～1890年 英国人莱克获得多种金属光亮热处理的专利。
1901～1925年，在工业生产中应用转筒炉进行气体渗碳 ； 30年代出现露点电位差计,使炉内气氛的碳势达到可控，以后 又研究出用二氧化碳红外仪、氧探头等进一步控制炉内气氛 碳势的方法；
构 转 变
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②平衡脱溶沉淀
在缓慢冷却条件下，由过饱和固溶体中析出过 剩相的过程称为平衡脱溶沉淀。
平衡脱溶沉淀的特点：
母相α不消失，但随着新相β析出，母相的成 分和体积分数不断变化，新相的结构和成分与旧 相不同，且新相的成分一般也有变化。
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具有脱溶沉淀的二元合金平衡状态图
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Fe-C平衡状态图
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②马氏体相变
提高冷却速度，使伪共析相变也来不及进行而将 奥氏体过冷到更低温度，则由于在低温下铁原子和 碳原子都已不能或不易扩散，故奥氏体只能以不发 生原子扩散、不引起成分改变的方式，通过切变由 γ点阵改组为α点阵，这种转变称为马氏体相变， 转变产物称为马氏体（为区别于平衡相变所形成的 α相，称其为α′相），其成分与母相奥氏体相同。
材 料 热处理
材料工程系
李行志
参考教材：钢的热处理（原理和工艺）胡光立 西北工业大学出版社
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第一章、金属固态相变概论
何谓热处理，为何要进行热处理？
将固态金属（包括纯金属和合金）通过特定的加 热和冷却方法，使之获得所需性能的一种工艺过程 的总称。
通过热处理使材料发生性能的改变是以固态相 变为基础的。
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③共析相变
合金在冷却时由一个固相分解为两个不同固相 的转变称为共析相变（或珠光体型转变）。 如
γ→α+β
共析相变类似于合金结晶时的共晶反应， 其两个生成相的结构和成分都与母相不同。
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合具 金有 平共 衡析 状相 态变 图的
二 元
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加热时也可发生α+β→γ转变， 称为逆共析相变。
20世纪60年代以来，热处理技术运用等离子场，发展 了离子渗氮、渗碳工艺 ；激光、电子束技术的应用，又 使金属获得了新的表面热处理和化学热处理方法。
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1.1固态相变的主要类型 1. 相（phase）与相变（phase transformation）
什么是相?相变? 具有同一化学成分且结构相同的均匀部分称为相。
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③块状转变和贝氏体转变
纯铁和低碳钢在一定的冷速下γ相或奥氏体转变为 与之具有相同成分而形貌呈块状的α相，此相变在新 相的形貌上和与母相的界面结构上均与马氏体不同， 称为块状转变。
当钢中奥氏体被冷却至珠光体转变和马氏体相变 之间的温度范围时，由于温度较低，铁原子已不能 扩散，但碳原子尚具有一定的扩散能力，因此出现 了一种独特的碳原子扩散而铁原子不扩散的非平衡 相变，这种相变称为贝氏体相变（或中温转变）。
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总之，就相变过程的实质而言，三种基本变化：
①晶体结构的变化。 纯金属的同素异构转变、固溶体的多形 性转变、马氏体相变
②化学成分的变化。 只有成分转变而无相结构的变化
③有序程度的变化。 合金的有序化转变，以及与电子结构变化 相关的转变
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1.2固态相变的主要特点
界面能大小：非共格界面＞半共格界面＞共格界面
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非共格界面
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错配度与界面的关系 一般认为： 错配度小于0.05时两相可以构成完全的共格界面
错配度大于0.25时易形成非共格界面
错配度介于0.05～0.25之间，则易形成半共格界面
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2.两相间的晶体学关系
b )广义的相变过程 包括过程前后相的组成发生变化的情况，相变过程可 能有反应发生
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2. 相变的分类
分类方法有很多，目前有以下几种： 一、按物质状态划分 二、从热力学角度划分 三、按相变发生的机理来划分
一、按物质状态划分： 液相（liquid）→固相（solid） →气相（gas）
全的共格关系，于是在界面上将产生一些刃型位错。
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以补偿原子间距差别过大的影响，使界面弹性应变 能降低。此时，界面上的两相原子变成部分保持匹 配，故称为半共格（或部分共格）界面。
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③非共格界面 当两相界面处的原子排列差异很大，即错配 度δ很大时，两相原子之间的匹配关系便不 再维持，这种界面称为非共格界面。 非共格界面结构与大角晶界相似，系由原 子不规则排列的很薄的过渡层所构成
固态相变时，因新相和母相的比容不同，由于受到 周围母相的约束，新相不能自由胀缩，新相与周围 母相之间必将产生弹性应变和应力，使系统额外增 加了一项弹性应变能。
共格应变能大小： 非共格界面＜半共格界面＜共格界面
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热处理的发展史
早在公元前770～前222年，中国人在生产实践中就 已发现，铜铁的性能会因温度和加压变形的影响而变化。 白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重要工艺。
公元前六世纪，钢铁兵器逐渐被采用，为了提高钢 的硬度，淬火工艺遂得到迅速发展。中国河北省易县燕 下都出土的两把剑和一把戟，其显微组织中都有马氏体 存在，说明是经过淬火的。
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④不平衡脱溶沉淀
如上图所示，若b成分合金自T1温度快冷，抑制β 相的析出，则冷到室温时得到过饱和的α固溶体。若 在低于固溶度曲线的某一温度进行等温时由于溶质原 子尚具有一定的扩散能力，则过饱和α固溶体将发生 分解，逐渐析出新相。但在析出的初期阶段，新相的 成分和结构均与平衡脱溶沉淀相有所不同，这一过程 称为非平衡脱溶沉淀（或时效）。
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3.平衡转变
平衡相变是指在缓慢加热或冷却时所发生的能 获得符合平衡状态图的平衡组织的相变。