金属固态相变原理Principleofsolid.ppt
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绪论二、本课程的基本内容三、热处理是古老的技术又是尖端的技术西汉时司马迁所铸的《史记·天官书》中就有“水与火合为(火卒)东汉班固所著《汉书王褒传》中有“…….巧冶干将之朴,清水(火卒)其锋”战国中晚期出土的钢铁兵器是目前我国看到的最早淬火器件(1974年在河北易县燕下都出土)。从辽阳三道壕出土的西汉钢剑,经金相检查,发现其内部组织完全符合现代的淬火马氏体组织;从河北满城出土的西汉佩剑及书刀,检验结果发现其心部为低碳钢,表层为明显的高碳层。表明早在二千年前,我国已采用了淬火工艺和渗碳工艺。1965年12月在湖北江陵楚墓出土越王勾践剑。剑长55.6厘米,埋地二千多年,毫无锈蚀,非常锋利。青铜剑,剑身布满乌黑发亮的格子花纹,非常别致。其发亮的剑格是表面经过硫化处理的结果。古代铸铁柔化处理技术:早在春秋(公元前770~前476年),战国(公元前475~前221年)时代,用生铁铸造生产工具和生活工具。这些铁器一般是白口铸铁,性硬而脆。故进行柔化处理。蒲元三国时蜀国人,长于淬钢。所制造的刀特别锋利。传说可将装满铁珠的竹筒砍断,故曰神刀。蒲元提出:用汉江之水淬火不行,必须用蜀江之水(“汉中的水钝弱,不任淬;蜀水爽烈”)。三点:1)蜀地冶炼业的发达;2)前人制刀技巧和经验的继承;3)高超的热处理技术--淬火工艺綦毋怀文南北朝著名冶金家,曾用熔态的生铁灌注到未经锻打的熟铁中,使铁渗碳而成钢;并以熟铁为刀背,使刀富于弹性和韧性;用牲畜的溺和脂来浴淬,使刀锋刚利,称为“宿铁刀”。--灌钢法块炼法-块炼渗碳钢-百炼钢-炒钢-灌钢淬火介质的选用--双液淬火法《天工开物》--宋应星18卷:乃粒(五谷)、乃服(纺织)、彰施(染色)、粹精(粮食加工)、作咸(制盐)、甘嗜(制糖)、陶埏(陶瓷)、冶铸(铸造)、舟车(车船)、锤锻(锻造)、燔石(烧造)、膏液(油脂)、杀青(造纸)、五金(冶金)、佳兵(兵器)、丹青(朱墨)、曲蘖(制酒)、珠玉等《天工开物》中记载:“凡熟铁、钢铁,已经炉锤,水火未济,其质未坚。乘其出火之时,入清水淬之,名曰健钢健铁。言乎未健之时,为钢为铁,弱性尤存也。”由此可看出最早的热处理工艺是在锻造过程中结合起来的,很可能就是原始状态的形变热处理。首次记述了今俗称为“焖钢法”的箱式渗碳制钢工艺固态相变的发展现状及趋势四、主要参考资料第一章金属固态相变基础二、按平衡状态图分类分类:平衡转变、不平衡转变1、平衡相变(equilibriumtransformation)固态金属----缓慢加热或冷却----获得符合相图的平衡组织1)同素异构(allotropic)转变纯金属:温度和压力改变时----有一种晶体结构转变为另一种晶体结构的过程------Fe、Ti、Co、Sn2)多形性转变固溶体中一种晶体结构转变为另一种晶体结构的过程FA3)平衡脱溶(precipitation)转变缓慢冷却----由过饱和固溶体析出过剩相的过程Fe3CⅡ从A中析出特点:新相的成分与结构与母相不同;随新相析出,母相的成分和体积分数不断变化,但母相不会消失。4)共析(eutectoid)转变一个固相分解为两个不同的固相γ→特点:生成的两个相的成分和结构与原母相不同共析与逆共析5)调幅(spinodal)分解一种固溶体分解为结构相同,而成分明显不同的微区→12上坡扩散富溶质原子1与贫溶质原子26)有序化转变各组元的相对位置从无序→有序二、不平衡转变(non-equilibriumtransformation)3.块状(massive)转变冷却速度不够快-----形成相的形状是不规则的块,与母相的成分相同、与母相的界面是非共格的、无扩散相变。4.贝氏体(bainite)转变有碳原子扩散而铁原子不扩散的不平衡转变5.不平衡脱溶沉淀(non-equilibriumpricipitation)在不平衡状态下,过饱和固溶体中析出新相的转变。(时效)三、按原子迁移情况分类小结1.1.2金属固态相变的主要特点三、弹性应变能(elasticstrainenergy)界面原子强制匹配共格应变能:共格半共格非共格(0)依次降低比容差应变能:新、旧相比容不同体积发生变化新相与旧相之间必将产生弹性应变和应力与新相几何形状有关应变能=比容应变能+共格应变能弹性应变能与界面能一样,对相变起阻碍作用。(讨论)固态阻力中,应变能与界面能以何者为主?四、晶体缺陷(crystaldefect)的影响晶体缺陷的存在对固态相变起促进作用?缺陷-----点阵有畸变-----畸变能释放-----易于形核五、形成过渡相(transitionphase)