《合金固態(tài)相變》為教育部高等學校材料類專業(yè)教學指導委員會規(guī)劃建設立項教材，國家級一流本科課程配套教材，根據教育部高等學校材料類專業(yè)教學指導委員會關于規(guī)劃教材的編寫要求編寫。
合金固態(tài)相變是金屬材料及相關專業(yè)本科生的必修內容，對學生理解并掌握金屬材料成分—工藝—組織—性能四要素之間的相互關系極為重要，是學生未來從事材料科學研究和工程應用開發(fā)的基礎。全書共分十二章，以固態(tài)相變晶體學、熱力學、動力學、轉變機理的“三學一理”為主線，論述了合金固態(tài)相變的一般規(guī)律和特點。重點介紹了鋼的奧氏體轉變、冷卻過程中的珠光體轉變、貝氏體相變、馬氏體相變，以及鋼在回火過程中的轉變，并針對目前有色金屬和合金應用領域不斷擴大的發(fā)展趨勢，對這些典型合金的時效和脫溶沉淀進行了介紹。同時，對強磁場和應力場下金屬固態(tài)相變的最新研究成果進行概要介紹。為了使學生更好地全面了解固態(tài)相變的相關知識，本書還介紹了實現固態(tài)相變的熱處理工藝和研究固態(tài)相變的方法手段，并在本書最后增加了合金相變理論及熱處理應用實例章節(jié)。通過本書的學習，讀者可了解合金固態(tài)相變的一般規(guī)律，學會運用基本理論和專業(yè)知識進行合金固態(tài)相變研究、分析及應用的基本思路和方法。
本書可作為材料科學與工程、金屬材料工程、材料成型及控制工程等相關專業(yè)本科生、研究生的教材，也可供材料、冶金、機械等領域的工程技術人員參考。
趙乃勤，女，1961年9月生，籍貫江蘇，現任天津大學材料科學與工程學院金屬材料系主任，天津市材料復合材料與功能化重點實驗室主任。中國復合材料學會理事，中國儀器儀表學會儀表材料學會理事，天津市X射線研究會副理事長。天津市科協(xié)第六屆委員。趙乃勤老師從教二十八年，先后主講了金屬材料及熱處理、金屬X射線學、工程材料學、合金固態(tài)相變等本科生課程，合金熱力學、固態(tài)相變、材料表面與界面等研究生課程。曾獲國*家級教學成果二等獎，擔任國*家級精品課程“合金固態(tài)相變”負責人，指導的博士論文被評為全國優(yōu)秀博士學位論文。
第1章緒論
1.1引語 2
1.2固態(tài)相變發(fā)展簡介和研究內容 3
1.2.1熱處理相變研究的發(fā)展 3
1.2.2應力場對相變影響的研究 4
1.2.3磁場對相變影響的研究 5
1.2.4固態(tài)相變理論研究發(fā)展 6
1.2.5固態(tài)相變的研究對象 6
1.3固態(tài)相變的分類 7
1.3.1按熱力學平衡條件分類 7
1.3.2按熱力學參數分類 7
1.3.3按原子遷移方式分類 8
1.3.4按相變方式分類 9
1.4固態(tài)相變的一般特征 9
1.4.1固態(tài)相變的驅動力和阻力 9
1.4.2相界面 10
1.4.3新相的形狀 12
1.4.4新相與母相的位向關系和慣習面 12
1.4.5固態(tài)相變的其它特點 13
1.5固態(tài)相變的形核和長大 13
1.5.1均勻形核 14
1.5.2非均勻形核 14
1.5.3晶核的長大 15
習題 17
參考文獻 17
第2章合金固態(tài)相變的常用研究方法
2.1物相種類分析 19
2.1.1物相種類分析的原理 19
2.1.2X射線衍射分析方法 20
2.1.3電子衍射分析方法 21
2.2微觀組織分析 24
2.2.1光學顯微鏡 24
2.2.2掃描電子顯微鏡 25
2.2.3透射電子顯微鏡 27
2.3相變過程的分析方法 31
2.3.1熱分析法 31
2.3.2電阻分析法 33
2.3.3磁性分析法 34
2.3.4原位金相觀察 35
2.3.5原位X射線衍射分析技術 35
2.3.6原位透射電子顯微鏡技術 36
習題 37
思考題 38
參考文獻 38
第3章鋼的加熱和冷卻轉變及熱處理概述
3.1鋼的熱處理基礎知識 40
3.1.1Fe-Fe3C相圖和鋼的熱處理 40
3.1.2加熱和冷卻對相變臨界點的影響 41
3.1.3平衡相變和非平衡相變 41
3.2鋼的加熱轉變——奧氏體化 41
3.2.1奧氏體的定義 42
3.2.2奧氏體的形貌及晶體結構 42
3.2.3奧氏體的性能 43
3.2.4奧氏體的形成 44
3.3鋼的冷卻轉變 44
3.3.1過冷奧氏體及過冷奧氏體轉變 44
3.3.2過冷奧氏體轉變類型 44
3.3.3等溫轉變動力學圖 45
3.3.4連續(xù)轉變動力學圖 50
3.4常規(guī)熱處理方法 53
3.4.1退火 53
3.4.2正火 55
3.4.3淬火 56
3.4.4回火 59
習題 60
思考題 60
輔助閱讀材料 60
參考文獻 61
第4章鋼的奧世體轉變
4.1鋼的奧氏體等溫轉變 62
4.1.1奧氏體轉變熱力學 63
4.1.2奧氏體轉變機制 64
4.1.3奧氏體轉變動力學 67
4.1.4奧氏體轉變的影響因素 70
4.2鋼中奧氏體的連續(xù)加熱轉變 72
4.2.1連續(xù)加熱轉變動力學圖 72
4.2.2連續(xù)加熱轉變特點 72
4.3奧氏體晶粒長大及控制 74
4.3.1奧氏體晶粒度 74
4.3.2奧氏體晶粒長大與控制 75
4.4非平衡組織加熱時的奧氏體轉變 81
4.4.1針狀奧氏體與顆粒狀奧氏體 81
4.4.2非平衡組織加熱轉變的影響因素 82
4.4.3組織遺傳現象及控制 83
習題 85
思考題 85
輔助閱讀材料 86
參考文獻 86
第5章珠光體轉變
5.1珠光體組織 89
5.1.1珠光體的組織形態(tài) 89
5.1.2珠光體晶體學 92
5.2珠光體轉變過程 93
5.2.1珠光體轉變熱力學 93
5.2.2片狀珠光體的形成機制 94
5.2.3粒狀珠光體的形成機制 98
5.2.4亞（過）共析鋼珠光體轉變 101
5.3珠光體轉變動力學 104
5.3.1珠光體的形核率及長大速度 104
5.3.2珠光體等溫轉變的動力學圖 105
5.3.3連續(xù)冷卻轉變的動力學圖——CCT曲線及在退火中的作用 108
5.3.4珠光體轉變的影響因素 109
5.4珠光體的力學性能 112
5.4.1共析成分珠光體的力學性能 112
5.4.2亞、過共析鋼的珠光體轉變產物的力學性能 114
5.4.3派登處理 114
5.5相間析出 115
5.5.1相間析出物的形態(tài) 115
5.5.2相間析出的條件 115
5.5.3相間析出機理 116
習題 116
思考題 117
參考文獻 117
第6章馬氏體相變
6.1馬氏體的晶體學 120
6.1.1馬氏體的晶體結構 120
6.1.2馬氏體的位向關系和慣習面 121
6.2馬氏體的類型及組織形態(tài) 123
6.2.1板條狀馬氏體 123
6.2.2針狀（透鏡片狀）馬氏體 123
6.2.3蝶狀馬氏體 125
6.2.4薄板狀馬氏體 125
6.2.5密排六方馬氏體 126
6.3馬氏體相變的主要特點 126
6.3.1表面浮凸與界面共格 127
6.3.2馬氏體相變的無擴散性 128
6.3.3非恒溫轉變與轉變的不完全性 128
6.3.4馬氏體相變的可逆性 129
6.4馬氏體相變機理 130
6.4.1馬氏體相變熱力學 130
6.4.2馬氏體相變動力學特點 136
6.4.3馬氏體的形核與長大 142
6.5淬火時的奧氏體穩(wěn)定化 147
6.5.1熱穩(wěn)定化 147
6.5.2機械穩(wěn)定化 149
6.5.3化學穩(wěn)定化 149
6.5.4相致穩(wěn)定化 149
6.5.5奧氏體穩(wěn)定化的應用 150
6.6馬氏體性能及其應用 150
6.6.1馬氏體的硬度、強度與鋼的強化 150
6.6.2馬氏體的塑性、韌性和鋼的韌化 153
6.6.3馬氏體中的顯微裂紋 154
6.6.4超彈性與形狀記憶效應 154
6.6.5馬氏體的物理性能與功能應用 156
習題 156
思考題 157
輔助閱讀材料 157
參考文獻 157
第7章貝氏體相變
7.1貝氏體相變的基本特征 161
7.1.1貝氏體相變的基本共識 161
7.1.2貝氏體的定義 161
7.1.3貝氏體組織的分類 161
7.2貝氏體組織形態(tài) 162
7.2.1上貝氏體 162
7.2.2下貝氏體 163
7.2.3其它各類貝氏體 163
7.3貝氏體相變的晶體學 165
7.3.1貝氏體鐵素體晶體學關系 165
7.3.2碳化物的位向關系 166
7.4有色合金中的貝氏體 166
7.4.1Cu-Zn合金的貝氏體 167
7.4.2Ag-Zn合金的貝氏體 167
7.4.3Ag-Cd合金的貝氏體 167
7.5貝氏體鐵素體的精細結構 168
7.5.1貝氏體鐵素體中的亞單元 168
7.5.2位錯密度 169
7.5.3中脊 170
7.5.4表面浮凸 170
7.6貝氏體相變機理 171
7.6.1切變機制 171
7.6.2臺階-擴散機制 173
7.7貝氏體中的碳化物 174
7.7.1碳的再分配 174
7.7.2貝氏體中碳化物分布與形成溫度的相關性 175
7.7.3碳化物的形成與析出機制 176
7.8貝氏體相變的熱力學 177
7.8.1貝氏體相變的驅動力 177
7.8.2Bs點及其與鋼成分的關系 178
7.9貝氏體相變動力學 179
7.9.1貝氏體等溫相變動力學的特點 179
7.9.2影響貝氏體相變動力學的因素 180
7.9.3連續(xù)冷卻轉變圖 182
7.10貝氏體的力學性能 183
7.10.1貝氏體的強度和硬度 183
7.10.2貝氏體的塑性和韌性 185
7.11貝氏體鋼及最新研究進展 186
習題 188
思考題 188
輔助閱讀材料 189
參考文獻 189
第8章鋼的回火轉變
8.1回火的定義及目的 192
8.2淬火碳鋼回火過程的組織變化 192
8.2.1馬氏體中碳原子偏聚和聚集 193
8.2.2馬氏體分解 193
8.2.3殘余奧氏體轉變 196
8.2.4碳化物類型變化 197
8.2.5碳化物聚集長大 200
8.2.6基體α相狀態(tài)的變化 201
8.3合金元素對回火轉變的影響 202
8.3.1合金元素對馬氏體分解的影響 202
8.3.2合金元素對殘余奧氏體轉變的影響 203
8.3.3合金元素對碳化物類型變化的影響 203
8.3.4合金元素對碳化物聚集長大的影響 204
8.3.5合金元素對α相狀態(tài)變化的影響 205
8.4淬火鋼回火時的力學性能變化 206
8.4.1硬度和強度的變化 206
8.4.2塑性和韌性的變化 207
8.4.3鋼的回火脆性 208
8.5非馬氏體組織的回火 211
8.6回火產物與奧氏體直接分解產物的性能比較 212
8.7回火工藝的制訂及應用舉例 213
8.7.1回火工藝的制訂 213
8.7.2應用舉例 215
習題 217
思考題 217
輔助閱讀材料 218
參考文獻 218
第9章合金脫溶沉淀與時效
9.1合金的時效過程 221
9.1.1時效過程 221
9.1.2脫溶相的粗化 230
9.2合金時效熱力學及動力學 231
9.2.1合金時效過程熱力學 231
9.2.2合金時效過程等溫動力學 232
9.2.3影響合金時效動力學的因素 233
9.3時效后的微觀組織 235
9.3.1時效過程中脫溶類型及其微觀組織 235
9.3.2時效過程中微觀組織的變化 239
9.4合金時效過程中性能的變化 240
9.4.1時效硬化曲線及影響時效硬化的因素 240
9.4.2時效硬化機理 244
9.4.3時效回歸現象 248
9.5合金的調幅分解 249
9.5.1調幅分解的熱力學條件和過程 249
9.5.2調幅分解的組織和性能 252
9.6典型合金的時效相變 252
9.6.1鋁合金時效相變 252
9.6.2馬氏體時效鋼的時效相變 256
9.6.3鎂合金的時效相變 259
9.6.4鈦合金中的時效相變 261
9.6.5銅合金中的相變 264
習題 266
思考題 267
輔助閱讀材料 267
參考文獻 267
第10章強磁場作用下的固態(tài)相變
10.1強磁場對材料的主要作用方式 271
10.1.1強磁場介紹 271
10.1.2強磁場對材料的主要作用方式 272
10.2強磁場作用下原子固態(tài)擴散行為 273
10.2.1強磁場作用下Cu Ni固溶擴散行為及柯肯達爾效應 274
10.2.2強磁場作用下Al Mg固態(tài)反應擴散行為 279
10.2.3強磁場作用下合金熱處理過程中溶質遷移行為（溶質偏析） 281
10.3強磁場作用下鋼中的固態(tài)相變 283
10.3.1強磁場作用下的馬氏體相變 284
10.3.2強磁場作用下的鐵素體相變 286
10.3.3強磁場作用下其它固態(tài)相變 289
習題 293
思考題 293
輔助閱讀材料 293
參考文獻 293
第11章應力場作用下的相變
11.1應力場作用下的相變概述及基本原理 297
11.1.1應力的分類 297
11.1.2應力對相變熱力學的影響 297
11.1.3應力對相變動力學的影響 298
11.2應力作用下鋼的鐵素體和珠光體轉變 299
11.2.1彈性應力下的鐵素體和珠光體轉變 299
11.2.2塑性應力下的鐵素體和珠光體轉變 301
11.3應力場作用下的馬氏體相變 303
11.3.1彈性應力對馬氏體相變的影響 303
11.3.2相變前預應變對馬氏體形核的影響 304
11.3.3相變塑性及TRIP鋼 305
11.4應力場作用下的貝氏體相變 307
11.4.1彈性應力對貝氏體相變的影響 307
11.4.2塑性應力下的貝氏體相變 309
11.5形變熱處理 311
11.5.1形變熱處理的分類和應用 311
11.5.2形變熱處理強韌化的機理 315
11.5.3影響形變熱處理強化效果的工藝因素 317
習題 318
思考題 319
輔助閱讀材料 319
參考文獻 319
第12章合金固態(tài)相變熱處理應用實例
12.1珠光體鋼熱處理實例 322
12.2貝氏體鋼熱處理實例 324
12.3馬氏體時效不銹鋼熱處理實例 327
12.4增材制造起落架用超高強度鋼熱處理實例 329
12.5高鐵車軸鋼的熱處理實例 331
12.6鐵路鋼軌用鋼模擬熱處理應用實例 333
12.7鐵路橋梁鋼CCT曲線測定及控軋控冷工藝實例 335
12.8汽車車身用鋼淬火配分熱處理實例 337
12.9核電用鋼熱處理及新一代鋼研發(fā)進展實例 339
12.10風電軸承鋼等溫淬火相變實例 343
12.11鋁合金固溶時效熱處理實例 344
思考題 346
輔助閱讀材料 347
參考文獻 347
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