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1　材料固态组织结构转变的基本规律1

1.1　金属系统及相变的复杂性1

1.1.1　金属及合金是复杂系统2

1.1.2　金属整合系统3

1.1.3 固态相变的自组织4

1.2　固态组织结构转变的分类5

1.2.1　形变与再结晶6

1.2.2 固态相变的分类6

1.3.1　金属的多形性10

1.3　金属的多形性及铁的热力学特征10

1.3.2　铁的多形性转变11

1.3.3　体心立方铁的热力学特征11

1.3.4 铁的临界点A3、A4的形成12

1.4　相变驱动力和阻力13

1.4.1　相变驱动力14

1.4.2 相变阻力14

1.5　形核17

1.5.1 均匀形核17

1.5.2　非均匀形核19

1.6.1 成分不变协同型转变长大24

1.6　新相的长大规律24

1.6.2　成分不变非协同型转变长大25

1.6.3　成分改变的非协同型转变的长大26

1.7　相变动力学28

1.7.1 形核率28

1.7.2　Johnson-Mehl方程30

1.7.3　Avrami方程30

1.7.4 动力学曲线和等温转变图30

1.8.1 弥散析出相的聚集长大31

1.8　析出相的聚集和组织的粗化31

1.8.2　纤维状组织的粗化32

1.8.3　片状珠光体的球化32

1.8.4 晶粒粗化及防止粗化措施33

1.8.5 组织粗化应用实例——钢的退火软化机理35

复习思考题38

参考文献38

2　金属及合金的塑性变形40

2.1　单晶体的塑性变形40

2.1.1 滑移40

2.1.2　孪生44

2.1.3 扭折46

2.1.4　单晶体的应力—应变曲线（加工硬化曲线）46

2.2　多晶体的塑性变形48

2.2.1 晶粒取向差效应48

2.2.2 晶界的作用48

2.2.3 多晶体的应力—应变曲线50

2.3　合金的塑性变形50

2.3.1 单相固溶体合金的塑性变形特点50

2.3.2 复相合金的塑性变形特点52

2.4　金属形变后的组织、结构和性能55

2.4.1 显微组织的变化55

2.4.2　亚结构变化55

2.4.3 晶粒位向改变——形变织构56

2.4.4　塑性变形对性能的影响57

2.5　高分子材料的塑性变形59

复习思考题60

参考文献61

3.1.2　储存能变化62

3.1.1 显微组织的变化62

3.1　变形金属加热时的变化62

3　回复、再结晶和金属热加工62

3.1.3　性能的变化63

3.2　回复63

3.2.1 回复机制64

3.2.2 回复动力学65

3.2.3 回复退火的应用（消除内应力退火）66

3.3　再结晶66

3.3.1　再结晶机制66

3.3.2　再结晶动力学69

3.3.3　再结晶温度与再结晶后的晶粒尺寸70

3.3.4　影响再结晶的主要因素71

3.3.5 两相合金的再结晶73

3.4　再结晶后的晶粒长大74

3.4.1 晶粒的正常长大74

3.4.2 晶粒的异常长大——二次再结晶77

3.5　再结晶后的组织79

3.5.1　再结晶退火后的晶粒大小79

3.5.2　再结晶织构79

3.6.1 动态回复80

3.5.3　退火孪晶（再结晶孪晶、生长孪晶）80

3.6　动态回复和动态再结晶80

3.6.2　动态再结晶82

3.7　金属的热加工83

3.7.1 热加工对室温力学性能的影响83

3.7.2 热加工的组织与性能84

复习思考题85

参考文献86

4　钢中奥氏体的形成87

4.1.1　奥氏体的组织形貌88

4.1　奥氏体的组织结构和性能88

4.1.2　奥氏体的晶体结构89

4.1.3　奥氏体成分的不均匀性89

4.1.4　奥氏体的性能90

4.2　奥氏体形成机理90

4.2.1 奥氏体形成的热力学条件90

4.2.2　奥氏体晶核的形成91

4.2.3　奥氏体晶核的长大92

4.3.1 共析碳素钢奥氏体等温形成动力学93

4.3　奥氏体等温形成动力学93

4.3.2 亚共析碳素钢的等温TTA曲线94

4.3.3 连续加热时奥氏体形成的TTA曲线94

4.3.4　奥氏体的形核率和长大速度95

4.3.5 影响奥氏体形成速度的因素97

4.4　连续加热时奥氏体的形成特征98

4.4.1 相变在一个温度范围内完成99

4.4.2 奥氏体成分不均匀性随着加热速度的加快而增大99

4.5.1 奥氏体晶粒长大现象100

4.5.2　奥氏体晶粒长大机理100

4.5　奥氏体晶粒长大及控制100

4.4.3 奥氏体起始晶粒随着加热速度增大而细化100

4.5.3　硬相微粒对奥氏体晶界的钉扎作用102

4.5.4 影响奥氏体晶粒长大的因素103

4.5.5 防止奥氏体晶粒长大的措施103

4.6　非平衡组织加热时奥氏体的形成104

4.6.1　针形奥氏体的形成104

4.6.2　球形奥氏体的形成104

4.6.3　影响非平衡组织加热转变的因素105

4.6.4　粗大奥氏体晶粒的遗传性及防止措施105

复习思考题106

参考文献107

5　共析分解与珠光体108

5.1　珠光体的物理本质及其形貌108

5.1.1　珠光体的物理本质108

5.1.2　珠光体的组织形态110

5.2　奥氏体共析分解机理111

5.2.1　珠光体形成的热力学112

5.2.2　珠光体转变机理113

5.2.3　珠光体晶核的长大115

5.3　钢中粒状珠光体的形成117

5.3.1　特定条件下过冷奥氏体的分解117

5.3.2　片状珠光体的低温退火118

5.3.3　高温回火118

5.4　动力学图119

5.4.1　珠光体形核率及长大速度120

5.4.2　过冷奥氏体等温转变C-曲线120

5.4.3　退火用TTT图123

5.4.5 退火用TTT图、CCT图在退火软化中的作用125

5.4.4 连续冷却转变动力学图——CCT图125

5.5　影响共析分解的内在机制127

5.5.1　奥氏体化状态的影响127

5.5.2　奥氏体固溶碳量的影响127

5.5.3　奥氏体中合金元素的影响127

5.5.4　系统整合的作用130

5.6　共析分解的特殊形式——相间沉淀131

5.6.1　相间沉淀产物的形态132

5.6.2　相间沉淀机理132

5.7　珠光体的力学性能134

5.7.1 珠光体的强度和塑性135

5.7.2　铁素体＋珠光体组织的力学性能136

复习思考题136

参考文献137

6　马氏体相变与马氏体138

6.1　马氏体相变的特征及定义139

6.1.1　马氏体相变的基本特征139

6.1.2　马氏体相变的判据142

6.1.3 马氏体相变及马氏体的定义142

6.2.2　按马氏体相变动力学特征分类143

6.2.1　按相变驱动力分类143

6.2　马氏体相变的分类143

6.3　马氏体相变热力学148

6.3.1 Fe-C合金马氏体相变热力学条件149

6.3.2　相变驱动力和相变阻力的热力学运算150

6.3.3　求纯铁的马氏体点Ms151

6.3.4　钢的马氏体点Ms152

6.4　马氏体的物理本质及组织形态152

6.4.1 钢中马氏体物理本质152

6.4.2　体心立方马氏体（小于0.2％C）153

6.4.3 体心正方马氏体（0.2％～1.9％C）154

6.4.4　Fe-M系合金马氏体156

6.4.5　有色合金马氏体159

6.5　马氏体的形核161

6.5.1 引言161

6.5.2　位错圈相界面模型162

6.5.3　应变核胚模型163

6.5.4　层错形核及长大模型163

6.6　马氏体相变晶体学的经典模型163

6.6.1　马氏体相变的K-S切变模型164

6.6.2 马氏体相变的G-T模型，均匀切变和非均匀切变167

6.7　马氏体相变晶体学的唯象学说169

6.7.1 不变平面应变的概念169

6.7.2 贝茵应变不是不变平面应变170

6.7.3　不畸变平面的产生172

6.7.4　简单切变173

6.7.5 刚性转动173

6.7.6　矩阵式描述174

6.8　奥氏体的稳定化及残留奥氏体175

6.8.1 奥氏体的热稳定化175

6.8.2　奥氏体的机械稳定化177

6.8.3　残留奥氏体178

6.9　马氏体的力学性能178

6.9.1 马氏体的强度和硬度179

6.9.2　马氏体的韧性180

6.9.3　马氏体相变超塑性181

复习思考题182

参考文献182

7　贝氏体相变与贝氏体184

7.1　贝氏体相变理论研究进展和学术论争184

7.1.1　对贝氏体相变基本特征的共识185

7.1.2　贝氏体相变争论的焦点186

7.1.3　争论将会统一在“切变—扩散整合机制”这一整体认识上188

7.1.4　贝氏体转变是自组织的189

7.2　钢中贝氏体的组织结构190

7.2.1　上贝氏体190

7.2.2　下贝氏体192

7.2.3 工业用钢中的贝氏体组织193

7.2.4 贝氏体组织形貌的多样性193

7.2.5 贝氏体组织中的精细亚结构193

7.2.7 魏氏组织196

7.2.6 贝氏体铁素体与残留奥氏体的取向关系196

7.3　贝氏体相变热力学和动力学197

7.3.1 贝氏体相变热力学197

7.3.2　贝氏体相变动力学199

7.4　贝氏体相变的过渡性及主要特征202

7.4.1 中温转变是过冷奥氏体转变的中间过渡环节202

7.4.2　上贝氏体转变和珠光体分解的联系与区别203

7.4.3 下贝氏体转变和马氏体相变的联系与区别204

7.4.4 贝氏体组织形貌的过渡性205

7.4.5　贝氏体相变的主要特征206

7.5.1　贫溶质区207

7.5　贝氏体相变机制207

7.5.2　钢中贝氏体相变受碳原子扩散控制208

7.5.3 关于贝氏体相变的形核209

7.5.4 关于贝氏体的长大机制210

7.5.5 贝氏体组织的形成过程212

7.5.6　结语213

7.6.1 Cu-Zn系合金中的贝氏体214

7.6.2　Ag-Cd合金中的贝氏体214

7.6　有色合金中的贝氏体214

7.6.3　U-Cr合金中的贝氏体215

7.6.4　Ag-Zn合金中的贝氏体216

7.7　块状相变216

7.7.1　块状相变的定义216

7.7.2　块状相变的合金及相图216

7.7.3　纯金属中的块状相变218

7.7.4　二元合金替换式固溶体中的块状相变219

7.7.5 影响纯铁块状相变的因素219

7.7.7 块状转变与贝氏体相变的亲缘关系220

7.7.6　块状相变中形核及长大220

7.8　钢中贝氏体的力学性能221

7.8.1 贝氏体的强度和硬度221

7.8.2　贝氏体的塑性和韧性222

7.8.3 粒状贝氏体的力学性能222

复习思考题224

参考文献224

8　淬火钢的回火转变226

8.1　序言226

8.2.1 新鲜马氏体在低温回火时性能的变化227

8.2　碳素钢马氏体的脱溶227

8.2.2　碳原子的偏聚228

8.2.3　θ-Fe3C的过渡相229

8.2.4 准平衡的θ-Fe3C232

8.3　合金钢马氏体的脱溶232

8.3.1 Fe-M-C马氏体脱溶时的平衡相233

8.3.2 Fe-M-C马氏体脱溶时的（温度、时间）贯序234

8.4　回火时α相的变化235

8.4.1 马氏体的分解236

8.4.2　α相物理状态的变化236

8.5.1　残余奥氏体的转变239

8.5　残余奥氏体分解及二次硬化现象239

8.5.2 回火二次硬化现象241

8.6　淬火钢回火时力学性能的变化243

8.6.1 淬火钢回火组织的概念244

8.6.2 回火规程对力学性能的影响245

8.6.3 回火转变产物的性能特点246

8.6.4　回火脆性247

复习思考题248

参考文献248

9.1.1 固溶和脱溶249

9　脱溶与时效249

9.1　概述249

9.1.2　脱溶的分类250

9.2　脱溶热力学251

9.3　铝合金中的脱溶过程253

9.3.1　Al-Cu合金的脱溶253

9.3.2 晶体缺陷对时效的影响257

9.4　合金脱溶（时效）时性能的变化259

9.5.1　概述260

9.5　低碳钢的时效260

9.5.2　Fe-N系过饱和α固溶体的脱溶261

9.5.3　低碳钢的时效动力学262

9.5.4　含铜低碳钢的时效263

9.6　调幅分解（拐点分解）265

9.6.1　调幅分解的合金系及组织265

9.6.2　调幅分解的驱动力266

9.6.3　调幅分解的上坡扩散268

9.6.4　调幅分解的阻力268

参考文献269

复习思考题269

10　陶瓷材料的组织、结构与转变270

10.1　氧化铝陶瓷体系270

10.1.1　氧化铝的晶体结构270

10.1.2　氧化铝的晶型转变270

10.1.3 氧化铝陶瓷体系271

10.2　氧化锆陶瓷体系273

10.2.1 氧化锆的晶体结构及晶型转变273

10.2.2　氧化锆体系的相关系275

10.2.3　部分稳定氧化锆（PSZ）277

10.2.4 四方相多晶氧化锆（TZP）280

10.3　氮化物陶瓷的组织结构282

10.3.1 氮化硅282

10.3.2　赛隆（Sialon）陶瓷286

10.3.3　氮化铝289

10.4　碳化物陶瓷体系的组织结构289

10.4.1　碳化硅的晶体结构290

10.4.2　Si-C体系相关系290

10.4.3　碳化硅的组织结构290

参考文献293

复习思考题293

附录294

附录1　各类钢的相变临界点294

附录2　相关常数302

附录3　化学元素名称英汉对照表（按英文字母顺序排列）302

附录4　化学元素名称英汉对照表（按原子序数顺序排列）305

附录5　希腊字母表306

附录6　罗马数字与阿拉伯数字对照表307

附录7　构成十进倍数和分数单位的国际单位制SI词头308