合金固态相变 -中南大学出版社

合金固态相变

【作者】：赵乃勤
【出版时间】：2008-09
【字数】：477（千字）
【定价】：￥40.00（元）
【出版社】：中南大学出版社
【ISBN】：978-7-81105-695-2
【页码】：342（页）
【开本】：16开

合金固态相变是金属材料及相关专业的必修内容，对于掌握金属材料成分—工艺—组织—性能之间的相互关系极为重要。本书共分９章，从固态相变晶体学、热力学、动力学及其影响因素等方面论述了合金固态相变的一般规律和特点。着重介绍了钢在加热过程中的相变（奥氏体转变），冷却过程中的高温转变（珠光体转变）、中温转变（贝氏体转变）、低温转变（马氏体转变），以及钢在淬火后的回火转变；同时，针对目前有色金属和合金的应用领域不断扩大的发展趋势，对这些典型合金的时效和脱溶沉淀进行了概要介绍；为了使学生更好地全面地了解固态相变的相关知识，本书还介绍了实现固态相变的热处理工艺和研究固态相变的方法手段。本书根据固态相变的最新研究进展，补充了新的研究成果。通过本书的学习，可了解合金固态相变的一般规律，学会运用基本理论和专业知识进行合金固态相变分析的基本思路和方法。

本书可作为材料科学与工程专业（金属材料方向），材料加工专业本科生教材，也可供冶金、机械等行业的研究生和工程技术人员参考。

第1章绪论…………………………………………………………………………… (1)
1.1 引言………………………………………………………………………………… (1)
1.2 合金固态相变的相关概念………………………………………………………… (4)
1.2.1 固态相变的基本概念…………………………………………………………… (4)
1.2.2 固态相变中的界面…………………………………………………………… (5)
1.2.3 与固态相变相关的范例………………………………………………………… (7)
1.3 固态相变的分类…………………………………………………………………… (9)
1.3.1 按热力学分类………………………………………………………………… (10)
1.3.2 按动力学分类………………………………………………………………… (11)
1.4 固态相变的一般特征…………………………………………………………… (14)
1.4.1 固态相变的驱动力和阻力…………………………………………………… (14)
1.4.2 固态相变的基本特点………………………………………………………… (16)
1.5 固态相变的形核和长大………………………………………………………… (19)
1.5.1 均匀形核和非均匀形核……………………………………………………… (19)
1.5.2 形核率的计算………………………………………………………………… (21)
1.5.3 扩散型相变的长大速度……………………………………………………… (22)
第2章合金固态相变的常用研究方法…………………………………………… (27)
2.1 物相种类分析…………………………………………………………………… (27)
2.1.1 物相种类分析的原理………………………………………………………… (27)
2.1.2 X射线衍射分析方法………………………………………………………… (30)
2.1.3 电子衍射方法………………………………………………………………… (34)
2.2 微观组织分析…………………………………………………………………… (44)
2.2.1 光学显微镜(OM) …………………………………………………………… (44)
2.2.2 扫描电子显微镜(SEM) ……………………………………………………… (46)
2.2.3 透射电子显微镜(TEM) ……………………………………………………… (51)
2.3 相变过程的分析方法…………………………………………………………… (56)
2.3.1 热分析方法…………………………………………………………………… (56)
2.3.2 电阻分析法…………………………………………………………………… (58)
2.3.3 磁性分析法…………………………………………………………………… (59)
2.3.4 原位金相观察………………………………………………………………… (60)
第3章奥氏体与钢在加热过程中的转变………………………………………… (63)
3.1 奥氏体及其特点………………………………………………………………… (63)
3.1.1 奥氏体定义…………………………………………………………………… (63)
3.1.2 奥氏体晶体结构……………………………………………………………… (63)
3.1.3 奥氏体的性能………………………………………………………………… (65)
3.2 钢的奥氏体等温转变…………………………………………………………… (66)
3.2.1 奥氏体转变热力学…………………………………………………………… (66)
3.2.2 奥氏体转变机制……………………………………………………………… (67)
3.2.3 奥氏体的转变动力学………………………………………………………… (71)
3.2.4 奥氏体转变的影响因素……………………………………………………… (75)
3.3 钢中奥氏体的连续加热转变…………………………………………………… (76)
3.3.1 连续加热转变动力学图……………………………………………………… (76)
3.3.2 连续加热转变特点…………………………………………………………… (77)
3.4 奥氏体晶粒长大及控制………………………………………………………… (78)
3.4.1 奥氏体晶粒度………………………………………………………………… (78)
3.4.2 奥氏体晶粒长大与控制……………………………………………………… (79)
3.5 非平衡组织加热的奥氏体转变………………………………………………… (85)
3.5.1 针状奥氏体与颗粒状奥氏体…………………………………………………… (85)
3.5.2 非平衡组织加热转变的影响因素……………………………………………… (86)
3.5.3 组织遗传现象及控制………………………………………………………… (88)
第4章钢的过冷奥氏体转变及热处理…………………………………………… (92)
4.1 过冷奥氏体转变类型…………………………………………………………… (92)
4.1.1 珠光体转变…………………………………………………………………… (93)
4.1.2 贝氏体转变…………………………………………………………………… (94)
4.1.3 马氏体转变…………………………………………………………………… (94)
4.2 过冷奥氏体等温转变…………………………………………………………… (95)
4.2.1 过冷奥氏体等温转变动力学图………………………………………………… (96)
4.2.2 过冷奥氏体等温转变动力学图的基本形式…………………………………… (99)
4.2.3 影响过冷奥氏体等温转变的因素…………………………………………… (101)
4.3 过冷奥氏体连续冷却转变……………………………………………………… (104)
4.3.1 过冷奥氏体连续冷却转变动力学图的建立…………………………………… (104)
4.3.2 过冷奥氏体连续冷却转变动力学图………………………………………… (105)
4.3.3 CCT图与TTT图的比较……………………………………………………… (106)
4.3.4 钢的临界冷却速度………………………………………………………… (107)
4.3.5 过冷奥氏体转变图的应用…………………………………………………… (109)
4.4 常规热处理方法………………………………………………………………… (114)
4.4.1 退火………………………………………………………………………… (114)
4.4.2 正火………………………………………………………………………… (119)
4.4.3 退火和正火的选用………………………………………………………… (120)
4.4.4 淬火………………………………………………………………………… (121)
4.4.5 回火………………………………………………………………………… (125)
4.5 热处理常用设备………………………………………………………………… (126)
4.5.1 空气与气氛电阻炉………………………………………………………… (126)
4.5.2 热处理浴炉………………………………………………………………… (128)
第5章珠光体与钢在冷却时的高温转变………………………………………… (131)
5.1 珠光体组织……………………………………………………………………… (131)
5.1.1 珠光体的组织形态………………………………………………………… (131)
5.1.2 珠光体晶体学……………………………………………………………… (135)
5.2 珠光体转变过程………………………………………………………………… (136)
5.2.1 珠光体转变热力学………………………………………………………… (136)
5.2.2 片状珠光体的形成机制……………………………………………………… (137)
5.2.3 粒状珠光体的形成机制……………………………………………………… (142)
5.2.4 亚(过)共析钢珠光体转变…………………………………………………… (146)
5.3 珠光体转变动力学……………………………………………………………… (149)
5.3.1 珠光体的形核率及长大速度………………………………………………… (149)
5.3.2 珠光体等温转变的动力学图………………………………………………… (150)
5.3.3 连续冷却转变的动力学图———CCT曲线及在退火中的作用…………………… (152)
5.3.4 珠光体转变的影响因素……………………………………………………… (152)
5.4 珠光体的力学性能……………………………………………………………… (157)
5.4.1 共析成分珠光体的力学性能………………………………………………… (157)
5.4.2 亚､过共析钢的珠光体转变产物的力学性能………………………………… (159)
5.4.3 派登处理…………………………………………………………………… (160)
5.5 相间析出与纳米结构…………………………………………………………… (160)
5.5.1 相间析出物的形态………………………………………………………… (161)
5.5.2 相间析出的条件…………………………………………………………… (162)
5.5.3 相间析出机理……………………………………………………………… (163)
5.5.4 纳米相的一般析出及影响因素……………………………………………… (165)
5.5.5 析出相粒子对组织性能的影响……………………………………………… (167)
第6章马氏体与钢在冷却时的低温转变………………………………………… (172)
6.1 马氏体的晶体学………………………………………………………………… (173)
6.1.1 马氏体相变与马氏体的定义………………………………………………… (173)
6.1.2 马氏体的晶体结构………………………………………………………… (174)
6.1.3 马氏体的取向关系………………………………………………………… (175)
6.1.4 马氏体的惯习面…………………………………………………………… (176)
6.2 马氏体的组织形态……………………………………………………………… (176)
6.2.1 马氏体的类型……………………………………………………………… (176)
6.2.2 影响马氏体形态和亚结构的因素…………………………………………… (180)
6.3 马氏体相变分类和特点………………………………………………………… (182)
6.3.1 非恒温性与不完全性………………………………………………………… (182)
6.3.2 无扩散性…………………………………………………………………… (183)
6.3.3 表面浮突与界面共格………………………………………………………… (184)
6.3.4 可逆性……………………………………………………………………… (185)
6.4 马氏体转变机理………………………………………………………………… (186)
6.4.1 马氏体热力学……………………………………………………………… (186)
6.4.2 马氏体转变动力学特点……………………………………………………… (191)
6.4.3 马氏体转变形核理论………………………………………………………… (197)
6.4.4 马氏体转变的切变机制……………………………………………………… (200)
6.4.5 马氏体的长大……………………………………………………………… (204)
6.5 马氏体性能与影响因素………………………………………………………… (204)
6.6 奥氏体稳定化…………………………………………………………………… (207)
6.6.1 热稳定化…………………………………………………………………… (207)
6.6.2 力学(机械)稳定化………………………………………………………… (209)
6.7 马氏体相变的应用……………………………………………………………… (209)
6.7.1 钢的强化…………………………………………………………………… (209)
6.7.2 材料韧化…………………………………………………………………… (210)
6.7.3 利用奥氏体稳定化提高尺寸精度…………………………………………… (211)
6.7.4 形状记忆效应……………………………………………………………… (212)
6.7.5 其他功能应用……………………………………………………………… (214)
第7章贝氏体与钢在冷却时的中温转变………………………………………… (217)
7.1 贝氏体的分类和定义…………………………………………………………… (218)
7.1.1 贝氏体的分类……………………………………………………………… (218)
7.1.2 贝氏体的定义……………………………………………………………… (219)
7.2 贝氏体组织结构和晶体学特征………………………………………………… (221)
7.2.1 贝氏体的显微组织特征……………………………………………………… (221)
7.2.2 贝氏体铁素体的精细结构…………………………………………………… (226)
7.2.3 贝氏体的表面浮突………………………………………………………… (230)
7.2.4 贝氏体中的碳化物………………………………………………………… (231)
7.2.5 贝氏体相变晶体学………………………………………………………… (232)
7.3 贝氏体相变机制………………………………………………………………… (233)
7.3.1 贝氏体相变的切变理论……………………………………………………… (233)
7.3.2 贝氏体相变的台阶扩散理论………………………………………………… (237)
7.4 贝氏体相变动力学……………………………………………………………… (242)
7.4.1 贝氏体等温转变动力学……………………………………………………… (242)
7.4.2 贝氏体连续冷却转变动力学………………………………………………… (246)
7.5 贝氏体力学性能………………………………………………………………… (249)
7.5.1 贝氏体的强度和硬度………………………………………………………… (249)
7.5.2 贝氏体的塑性和韧性………………………………………………………… (251)
第8章钢的回火转变………………………………………………………………… (255)
8.1 淬火碳钢回火过程的组织变化………………………………………………… (255)
8.1.1 马氏体中碳原子偏聚………………………………………………………… (256)
8.1.2 马氏体分解………………………………………………………………… (257)
8.1.3 残余奥氏体转变…………………………………………………………… (259)
8.1.4 碳化物类型变化…………………………………………………………… (260)
8.1.5 碳化物聚集长大…………………………………………………………… (263)
8.1.6 基体α相状态的变化………………………………………………………… (263)
8.2 合金元素对回火转变的影响…………………………………………………… (265)
8.2.1 合金元素对马氏体分解的影响……………………………………………… (265)
8.2.2 合金元素对残余奥氏体转变的影响………………………………………… (266)
8.2.3 合金元素对碳化物类型变化的影响………………………………………… (266)
8.2.4 合金元素对碳化物聚集长大的影响………………………………………… (267)
8.2.5 合金元素对α相状态变化的影响…………………………………………… (268)
8.3 淬火钢回火时力学性能的变化………………………………………………… (269)
8.3.1 硬度和强度的变化………………………………………………………… (269)
8.3.2 塑性和韧性的变化………………………………………………………… (270)
8.3.3 钢的回火脆性……………………………………………………………… (270)
8.4 非马氏体组织的回火…………………………………………………………… (274)
8.4.1 非马氏体组织的回火………………………………………………………… (274)
8.4.2 回火产物与奥氏体直接分解产物的性能比较………………………………… (275)
8.5 回火工艺的制订及应用举例…………………………………………………… (276)
8.5.1 回火工艺的制订…………………………………………………………… (276)
8.5.2 应用举例…………………………………………………………………… (278)
第9章合金的脱溶沉淀与时效…………………………………………………… (281)
9.1 合金的时效过程………………………………………………………………… (282)
9.1.1 合金时效过程的热力学……………………………………………………… (282)
9.1.2 时效过程…………………………………………………………………… (283)
9.1.3 脱溶相的粗化……………………………………………………………… (291)
9.2 合金时效动力学及其影响因素………………………………………………… (293)
9.2.1 合金时效时脱溶沉淀过程的等温动力学图…………………………………… (293)
9.2.2 影响合金时效动力学的因素………………………………………………… (294)
9.3 时效后的微观组织……………………………………………………………… (296)
9.3.1 时效过程中脱溶类型及其微观组织………………………………………… (296)
9.3.2 时效过程中微观组织的变化………………………………………………… (300)
9.4 合金时效过程中性能的变化…………………………………………………… (302)
9.4.1 时效硬化曲线及影响时效硬化的因素………………………………………… (302)
9.4.2 时效硬化机理……………………………………………………………… (306)
9.4.3 回归现象…………………………………………………………………… (311)
9.5 合金的调幅分解………………………………………………………………… (312)
9.5.1 调幅分解的热力学条件和过程……………………………………………… (312)
9.5.2 调幅分解的组织和性能……………………………………………………… (315)
9.6 典型合金的时效相变…………………………………………………………… (315)
9.6.1 马氏体时效钢的时效………………………………………………………… (315)
9.6.2 铝合金的类型及时效过程…………………………………………………… (320)
9.6.3 镁合金中的相变…………………………………………………………… (326)
9.6.4 钛合金中的相变…………………………………………………………… (331)
9.6.5 铜合金中的相变…………………………………………………………… (335)
附录名词术语………………………………………………………………………… (340)

本书为教育部高等学校材料科学与工程教学指导委员会规划教材。根据教学指导委员会“教材要力求体现创新性、科学性、权威性、规范性”的要求，针对材料科学与工程专业金属材料方向本科生的特点编写了本教材。

本书主要以合金中的固态相变为主线，介绍了钢在加热过程中的相变（奥氏体转变），冷却过程中的高温转变（珠光体转变）、中温转变（贝氏体转变）、低温转变（马氏体转变）。为了使学生更好全面地了解固态相变的相关知识，本书还对实现固态相变的工艺和研究固态相变的方法进行了概要介绍。同时，针对目前有色金属和合金的应用领域不断扩大的发展趋势，对这些典型合金的相变进行了概要介绍，使本科学生在掌握了物理化学、金属学等先期课程的前提下，对合金中的固态相及其相变有一个较全面的了解；对固态相变与成分—工艺的关系及对性能的影响有一个深刻的认识，帮助学生建立成分—工艺—组织—性能相互关联、相互影响的整体概念；了解钢中相变的一般规律，特别是掌握运用基本理论和专业知识进行相变分析的思路和方法。

本书分为９章。第１，８章由清华大学杨志刚教授编写，第２章由天津大学杜希文教授编写，第３章由天津大学师春生副教授编写，第４章由吉林大学李月英教授编写，第５章由河北理工大学冯运莉教授编写，第６章由天津大学赵乃勤教授编写，第７章由北京理工大学郑秀华教授编写，第９章由郑州大学朱世杰和孙玉峰副教授编写。全书由赵乃勤教授担任主编，杨志刚教授和冯运莉教授担任副主编。清华大学田民波教授对全书进行了审阅。

本书力求保持固态相变研究基础性、系统性的特征，并将最新的研究成果以简单、明了，适合本科生特点的方式献给读者。但由于水平有限，书中未能尽善尽美之处，恳请读者指正！

材料是国民经济、社会进步和国家安全的物质基础与先导,材料技术已成为现代工业、国防和高技术发展的共性基础技术,是当前最重要、发展最快的科学技术领域之一。发展材料技术将促进包括新材料产业在内的我国高新技术产业的形成和发展,同时又将带动传统产业和支柱产业的改造和产品的升级换代。

“十五”期间,我国材料领域在光电子材料、特种功能材料和高性能结构材料等方面取得了较大的突破,在一些重点方向迈入了国际先进行列。依据国家“十一五”规划,材料领域将立足国家重大需求,自主创新、提高核心竞争力、增强材料领域持续创新能力将成为战略重心。纳米材料与器件、信息功能材料与器件、高新能源转换与储能材料、生物医用与仿生材料、环境友好材料、重大工程及装备用关键材料、基础材料高性能化与绿色制备技术、材料设计与先进制备技术将成为材料领域研究与发展的主导方向。不难看出,这些主导方向体现了材料学科一个重要发展趋势,即材料学科正在由单纯的材料科学与工程向与众多高新科学技术领域交叉融合的方向发展。材料领域科学技术的快速进步,对担负材料科学与工程高等教育和科学研究双重任务的高等学校提出了严峻的挑战,为迎接这一挑战,高等学校不但要担负起材料科学与工程前沿领域的科学研究、知识创新任务,而且要担负起培养能适应材料科学与工程领域高速发展需求的、具有新知识结构的创新型高素质人才的重任。

为适应材料领域高等教育的新形势,2006—2010年教育部高等学校材料科学与工程教学指导委员会积极组织了材料类高等学校教材的建设规划工作,成立了规划教材编审委员会,编审委员会由相关学科的分教学指导委员会主任委员、委员以及全国30余所有影响力和代表性的高校材料学院院长组成。编审委员会分别于2006年10月和2007年5月在湖南张家界和中南大学召开了教材建设研讨会和教材提纲审定会。经教学指导委员会和编审委员会推荐和遴选,逾百名来自全国几十所高校的具有丰富教学与科研经验的专家、学者参加了这套教材的编写工作。历经几年的努力,这套教材终于与读者见面了,它凝结了全体编写者与组织者的心血,充分体现了广大编写者对教育部“质量工程”精神的深刻体会,对当代材料领域知识结构的牢固掌握和对高等教育规律的熟练把握,是我国材料领域高等教育工作者集体智慧的结晶。

这套教材基本涵盖了金属材料工程专业的主要课程,同时还包含了材料物理专业和材料化学专业部分专业基础课程,以及金属、无机非金属和高分子三大类材料学科的实验课程。整体看来,这套教材具有如下特色:①根据教育部高等学校教学指导委员会相关课程的“教学大纲”及“基本要求”编写;②统一规划,结构严谨,整套教材具有完整性、系统性,基础课与专业课之间的内容有机衔接;③注重基础,强调实践,体现了科学性、实用性;④编委会及作者由材料领域的院士、知名教授及专家组成,确保了教材的高质量及权威性;⑤注重创新,反映了材料科学领域的新知识、新技术、新工艺、新方法;⑥深入浅出,说理透彻,便于老师教学及学生自学。

教材的生命力在于质量,而提高质量是永恒的主题。希望教材的编审委员会及出版社能做到与时俱进,根据高等教育改革和发展的形势及材料专业技术发展的趋势,不断对教材进行修订、改进、完善,精益求精,使之更好地适应高等教育人才培养的需要,也希望他们能够一如既往地依靠业内专家,与科研、教学、产业第一线人员紧密结合,加强合作,不断开拓,出版更多的精品教材,为高等教育提供优质的教学资源和服务。

衷心希望这套教材能在我国材料高等教育中充分发挥它的作用,也期待着在这套教材的哺育下,新一代材料学子能茁壮成长,脱颖而出。

黄伯云
2008年9月