固態相變原理新論

內容簡介

本書是21世紀以來國內外第一部關於固態相變原理新理論的專著，總結了國內外及作者多年來從事材料科學研究和固態相變理論研究的創新性成果，闡明了新理論。在內容上貼近工程實際，接近教學實踐，促進新工藝、新材料研發，理論結合實際，促進理論向技術的轉化和創新。全書共8章，內容包括固態相變的熱力學、動力學、晶體學和組織學等，重點是固態相變產物的物理實質和相變機理。
本書可供材料熱處理、冶金、鑄造、鍛壓、焊接、壓力加工、材料研發等行業的科研人員、技術人員參考，也可作為材料學、材料加工工程等專業的教學參考書。

書籍目錄

前言

第1章導論1

1.1固態相變的分類1

1.1.1按平衡狀態分類2

1.1.2按原子遷移特徵分類5

1.1.3按熱力學分類6

1.2鐵的多形性及臨界點8

1.2.1體心立方鐵的熱力學特徵8

1.2.2鐵的臨界點A3?A4的形成10

1.3金屬及合金整合系統11

1.3.1鋼是整合系統不是混合系統11

1.3.2整體大於部分之總和12

1.3.3非線性相互作用13

1.3.4相變的複雜性16

1.3.5組織?性能的多樣性17

1.4過冷奧氏體轉變貫序17

1.4.1過冷奧氏體轉變概述18

1.4.2高溫區→中溫區→低溫區相變的演化19

1.4.3從兩相共析形核向單相形核的演化21

1.4.4組織形貌的演化21

1.4.5亞結構的演化22

1.5相變熱力學——過冷奧氏體轉變的驅動力24

1.5.1珠光體轉變的驅動力25

1.5.2貝氏體相變驅動力26

1.5.3貝氏體相變計算模型30

1.5.4馬氏體相變驅動力33

1.6相變過程中原子的移動方式36

1.6.1相變過程中原子遷移的熱力學36

1.6.2相變過程中原子的擴散37

1.6.3過冷奧氏體相變過程中原子的遷移方式38

1.6.4成分不變的原子熱激活躍遷位移39

1.6.5原子位移方式不同是區別相變機制的重要判據39

1.7過冷奧氏體轉變產物的表面浮凸40

1.7.1珠光體表面浮凸40

1.7.2貝氏體表面浮凸42

1.7.3馬氏體表面浮凸44

1.7.4表面浮凸形成機理45

參考文獻48

第2章奧氏體的形成50

2.1奧氏體的組織結構50

2.1.1奧氏體的組織形貌50

2.1.2奧氏體的晶體結構51

2.1.3奧氏體成分的不均勻性52

2.1.4奧氏體中的孿晶53

2.1.5奧氏體中的層錯56

2.1.6奧氏體的性能57

2.2奧氏體形成機理57

2.2.1奧氏體形成的熱力學條件58

2.2.2奧氏體的形核58

2.2.3奧氏體晶核的長大62

2.2.4碳化物溶解和奧氏體成分相對均勻化66

2.2.5奧氏體晶粒的長大68

2.2.6粗大奧氏體晶粒的遺傳性69

參考文獻70

第3章珠光體與共析分解72

3.1共析分解產物的組織形貌及其物理本質72

3.1.1珠光體的組織形貌72

3.1.2有色合金中的共析分解產物75

3.1.3珠光體的片間距75

3.1.4珠光體組織形貌的多樣性76

3.1.5珠光體中的晶體學位向關係77

3.1.6珠光體的定義79

3.2過冷奧氏體共析分解機理80

3.2.1珠光體的形核80

3.2.2珠光體晶核的長大89

3.2.3鋼中粒狀珠光體的形成93

3.3“相間沉澱”是共析分解的特殊形式98

3.3.1“相間沉澱”的熱力學條件98

3.3.2“相間沉澱”產物的形態99

3.3.3“相間沉澱”機制100

3.4先共析相的析出103

3.4.1亞共析鋼中先共析鐵素體的析出103

3.4.2先共析鐵素體的析出速度106

3.4.3魏氏組織鐵素體的形成108

3.4.4先共析碳化物的析出109

3.4.5偽共析轉變111

3.5影響過冷奧氏體共析分解的內在因素112

3.5.1奧氏體化狀態112

3.5.2奧氏體成分的影響113

3.5.3固溶稀土對相變的影響115

3.5.4合金元素對過冷奧氏體轉變的整合作用116

3.6過冷奧氏體轉變C?曲線119

3.6.1鋼中TTT圖的類型120

3.6.2退火用動力學C?曲線125

3.7固溶稀土的存在形式及對相變的影響127

3.7.1稀土在鋼中的固溶128

3.7.2固溶稀土的存在形式129

3.7.3固溶稀土對相變的影響131

參考文獻131

第4章貝氏體與貝氏體相變134

4.1貝氏體相變的特徵及定義134

4.1.1貝氏體相變的過渡性134

4.1.2貝氏體相變的其他特徵141

4.1.3貝氏體和貝氏體相變的定義143

4.2貝氏體組織形態和亞結構145

4.2.1概述145

4.2.2鐵基貝氏體的組織形貌147

4.2.3下貝氏體組織形貌152

4.2.4貝氏體組織中的亞結構157

4.2.5貝氏體碳化物163

4.2.6貝氏體中的位向關係167

4.2.7有色合金中的貝氏體171

4.3貝氏體相變的動力學特徵173

4.3.1貝氏體鐵素體長大速度173

4.3.2貝氏體相變動力學圖的特徵178

4.3.3影響貝氏體轉變動力學的因素186

4.4塊狀相變190

4.4.1金屬中的塊狀相變190

4.4.2塊狀相變的形核?長大194

4.4.3塊狀相變機制195

4.4.4塊狀相變與貝氏體相變的關係196

4.5貝氏體相變機制197

4.5.1貝氏體相變的切變學說和擴散學說197

4.5.2超低碳鋼的貝氏體相變198

4.5.3奧氏體中的貧碳區與富碳區204

4.5.4貝氏體鐵素體的形核206

4.5.5貝氏體鐵素體晶核的長大210

4.5.6貝氏體碳化物形成機理213

4.5.7貝氏體相變既非切變機制,也非擴散機制221

4.6碳含量對貝氏體組織形貌的影響223

4.6.1碳含量對貝氏體組織形貌的影響223

4.6.2碳含量的影響機理228

4.6.3鋼中貝氏體組織形成過程230

4.7貝氏體形核?長大的直接觀察231

4.7.1一片貝氏體的形成232

4.7.2貝氏體片條群的形成233

4.8貝氏體相變學術論爭簡評236

4.8.1貝氏體相變學術觀點的主要分歧236

4.8.2對兩派學術論爭的評價238

參考文獻239

第5章馬氏體與馬氏體相變242

5.1馬氏體相變的分類?特徵及定義242

5.1.1馬氏體相變的分類242

5.1.2馬氏體相變的特徵247

5.1.3馬氏體的定義251

5.2馬氏體組織形貌及其物理本質251

5.2.1體心立方馬氏體252

5.2.2體心正方馬氏體254

5.2.3鋼中馬氏體的物理本質264

5.3馬氏體的晶體結構及位向關係264

5.3.1鋼中馬氏體的晶體結構和碳原子的位置265

5.3.2馬氏體中的位向關係和慣習面274

5.3.3馬氏體的比體積279

5.4馬氏體亞結構及形成機制280 5.4.1馬氏體中的位錯亞結構及其形成機制281

5.4.2孿晶亞結構及其形成機制284

5.4.3馬氏體中脊及成因290

5.5馬氏體相變的阻力和馬氏體點294

5.5.1馬氏體相變的阻力295

5.5.2切變能耗299

5.5.3馬氏體點及套用301

5.6馬氏體相變動力學303

5.6.1變溫馬氏體相變動力學304

5.6.2等溫馬氏體相變動力學307

5.6.3爆發型馬氏體轉變動力學310

5.6.4熱彈性馬氏體相變311

5.6.5表面馬氏體轉變313

5.7馬氏體相變的切變機制及其誤區316

5.7.1馬氏體相變切變機制的研究歷程及評價316

5.7.2馬氏體相變晶體學的經典模型318

5.7.3依據位向關係設計切變模型不妥325

5.7.4馬氏體相變切變機制的誤區326

5.8馬氏體相變的形核331

5.8.1馬氏體相變的形核模型332

5.8.2馬氏體相變形核的新觀察332

5.8.3隱晶馬氏體的形核336

5.8.4馬氏體形核機制336

5.8.5馬氏體臨界晶核尺寸及形核功339

5.9馬氏體相變新機制及晶核的長大346

5.9.1純鐵γ→α馬氏體相變機制346

5.9.2Fe?C合金馬氏體相變機制352

5.9.3馬氏體晶核的長大353

5.10馬氏體組織形貌的形成357

5.10.1馬氏體組織呈現不同形貌的學說357

5.10.2馬氏體組織形貌的演化358

5.10.3應變能是主導馬氏體形貌演化的重要因素362

5.10.4隱晶馬氏體組織及形成366

5.11馬氏體形核?長大的直接觀察370

5.11.1馬氏體片形成的直接觀察371

5.11.2馬氏體形核長大過程的觀察376

5.11.3關於馬氏體長大速度377

參考文獻378

第6章淬火鋼的回火轉變382

6.1Fe?C馬氏體的脫溶382

6.1.1新鮮馬氏體在低溫回火時性能的變化382

6.1.2碳原子的偏聚384

6.1.3Fe?C馬氏體脫溶時的過渡相384

6.1.4平衡相θ?Fe3C387

6.2回火時α相和殘留奧氏體的變化388

6.2.1馬氏體兩相式分解的學說應當摒棄388

6.2.2α相物理狀態的變化390

6.2.3殘留奧氏體的轉變394

6.3合金馬氏體的回火397

6.3.1Fe?M?C馬氏體脫溶時的平衡相397

6.3.2Fe?M?C馬氏體脫溶時的(溫度?時間)貫序398

6.3.3合金馬氏體的回火二次硬化402

6.3.4H13鋼淬火馬氏體的回火及二次硬化406

6.4貝氏體的回火轉變410

6.5回火組織的概念416

6.5.1回火馬氏體416

6.5.2回火托氏體417

6.5.3回火索氏體418

參考文獻420

第7章脫溶421

7.1脫溶熱力學422

7.2調幅分解424

7.2.1調幅分解的合金系及組織424

7.2.2調幅分解的驅動力425

7.2.3調幅分解的上坡擴散428

7.2.4調幅分解的阻力429

7.3有色合金中的脫溶430

7.3.1Al?Cu合金的脫溶431

7.3.2晶體缺陷對時效的影響437

7.3.3合金時效後的性能439

7.4含銅鋼的脫溶440

7.4.1含銅鋼的時效441

7.4.2含Cu鋼脫溶GP區442

7.4.3含銅鋼沉澱機制446

7.4.4含銅鋼時效強化機制446

7.5含銅鋼中Cu的脫溶與強化的計算449

7.5.1EET理論與晶胞模型建立450

7.5.2價電子結構計算結果與分析452

7.5.3試驗驗證與分析452

參考文獻454

第8章固態相變研究新進展概要456

8.1新觀察?新發現456

8.1.1奧氏體在片狀珠光體中形核?長大456

8.1.2珠光體表面浮凸的試驗發現456

8.1.3退火用TTT圖456

8.1.4碳化物與貝氏體片主軸方向456

8.1.5貝氏體鐵素體和奧氏體的高分辨像457

8.1.6貝氏體碳化物形核的觀察457

8.1.7貝氏體鐵素體長大速度的直接觀測457

8.1.8貝氏體相變動力學圖的特徵457

8.1.9凸透鏡狀馬氏體的立體形貌458

8.1.10K?S關係普遍存在偏差458

8.1.11超低碳馬氏體中存在孿晶亞結構459

8.1.12發現板條狀馬氏體中存在層錯亞結構459

8.1.13實測板條狀馬氏體長大速度459

8.1.14馬氏體相變形核地點新觀察459

8.1.15固溶稀土對相變產生影響460

8.1.16過冷奧氏體轉變貫序460

8.1.17含Cu鋼脫溶GP區460

8.2新觀點?新理論461

8.2.1以系統整合的方法進行固態相變研究461

8.2.2過冷奧氏體轉變貫序461

8.2.3原子位移方式不同是區別相變機制的重要因素461

8.2.4奧氏體成分是不均勻的462

8.2.5珠光體的片間距462

8.2.6珠光體轉變不存在領先相463

8.2.7珠光體的臨界晶核尺寸和形核功463

8.2.8共析共生,共享台階機制463

8.2.9關於“相間沉澱”464

8.2.10貝氏體相變最主要的特徵是過渡性464

8.2.11超低碳貝氏體實際上是無碳貝氏體464

8.2.12貝氏體中的亞結構464

8.2.13貝氏體碳化物形成機制要點465

8.2.14塊狀相變機制465

8.2.15塊狀相變與貝氏體相變的關係465

8.2.16貝氏體臨界晶核尺寸及形核功466

8.2.17貝氏體碳化物的形核問題466

8.2.18碳含量對貝氏體相變的影響467

8.2.19貝氏體的長大467

8.2.20馬氏體相變的主要特徵468

8.2.21馬氏體中的GP區468

8.2.22馬氏體相變的體積膨脹效應468

8.2.23切變機制的誤區469

8.2.24馬氏體高密度位錯的形成機制470

8.2.25馬氏體孿晶的形成機制470

8.2.26馬氏體中脊的形成機制470

8.2.27馬氏體晶核臨界尺寸和形核功471

8.2.28馬氏體中極高密度位錯的形成471

8.2.29應變能是主導馬氏體形貌演化的重要因素472

8.2.30隱晶馬氏體組織的成因472

8.2.31馬氏體兩相式分解的學說應當摒棄473

8.2.32含銅鋼中Cu的脫溶機制473

8.3重要概念和定義473

8.3.1整合474

8.3.2奧氏體及奧氏體的形成474

8.3.3混晶474

8.3.4珠光體和珠光體轉變474

8.3.5貝氏體和貝氏體相變475

8.3.6馬氏體和馬氏體相變475

8.3.7回火組織的概念475

參考文獻476