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标题: 【知识精讲】23广工材料与化工专业考研知识讲解——835材... [打印本页]

作者: 广工引路人 时间: 2022-6-2 10:21
标题: 【知识精讲】23广工材料与化工专业考研知识讲解——835材...

01.固态相变的分类

1 按相变过程中原子迁移情况

(1)扩散型:依靠原子的长距离扩散;相界面非共格。

(如珠光体、奥氏体转变，Fe、C都可扩散。)

(2)非扩散型:旧相原子有规则地、协调一致地通过切变转移到新相中;相界面共格、原子间的相邻关系不变;化学成分不变。

(如马氏体转变,Fe、C都不扩散。)

(3)半扩散型:既有切变,又有扩散。

(如贝氏体转变,Fe切变,C扩散。)

2 按相变方式分类

(1)有核相变:有形核阶段,新相核心可均匀形成,也可择优形成。大多数固态相变属于此类。

(2)无核相变:无形核阶段,以成分起伏作为开端,新旧相间无明显界面,如调幅分解。

3 按热力学函数变化分类

(1)一级相变:相变时两相的化学位相等,而化学位对温度及压力的一阶偏微分(－S,V)不等的相变。伴随潜热的释放与体积的改变。如蒸发、升华、熔化以及大多数固态晶型转变属

于此类。

(2)二级相变:相变时两相的化学位相等,化学位的一阶偏微分也相等,但二阶偏微分不相等的相变。没有相变潜热与体积改变,有比容、压缩系数、膨胀系数变化,如磁性转变、有序－无序转变、超导转变等属于此类。

三马氏体转变和贝氏体转变

马氏体转变

非平衡条件下，金属和合金中发生的非扩散的晶型转变。是固态一级相变的一种基本类型。产物称为马氏体，通常具有板、片状的外形。

基本特征马氏体转变的主要特征为：

(1)宏观形状效应。不但有体积变化，而且有形状变化。

(2)非扩散。生成相与母相成分相同，以共格或半共格界面为生长相界面，故不存在相界面迁移的热激活机制。形核率和长大速度皆与扩散型转变的热动力学处理结果显著不符。

(3)惯习现象。生成相的片、板的空间取向不是任意的，而是平行于母相的某个晶面(称为惯习面)。

(4)不变平面应变。根据上述诸特征，如平面在相变后仍为平面、非扩散、共格性，尤其具有不变平面(惯习面)，判定马氏体转变是以不变平面应变的方式(而不是界面原子热激活跃迁的方式)进行晶格类型的改组。

(5)严格的晶体学关系。这是新相生长时迁移界面与母相共格的必然结果。

(6)伴生特定的晶体缺陷亚结构。马氏体中亚结构有位错、孪晶和层错三类。

贝氏体转变

贝氏体的力学性能取决于贝氏体的组织形态。上贝氏体的强度和韧性低于下贝氏体。

奥氏体钢等温淬火后的产物。是将钢件奥氏体化，使之快冷到贝氏体转变温度区间（260～400℃）等温保持，使奥氏体转变为贝氏体。贝氏体具有较高的强韧性配合。在硬度相同的情况下贝氏体组织的耐磨性明显优于马氏体，可以达到马氏体的1~3倍。

贝氏体转变兼有珠光体转变与马氏体转变的某些特征。归纳起来，主要有以下几点：

转变温度范围

对应于珠光体转变的A1点及马氏体转变的MS点，贝氏体转变也有一个上限温度BS点。奥氏体必须过冷到BS以下才能发生贝氏体转变。合金钢的BS点比较容易测定，碳钢的BS点由于有珠光体转变的干扰，很难测定。贝氏体转变也有一个下限温度Bf点，但Bf与Mf无关，即，Bf可以高于MS，也可以低于MS。

转变产物

与珠光体转变一样，贝氏体转变产物也由α相与碳化物组成的两相机械混合物，但与珠光体不同，贝氏体不是层片状组织，且组织形态与转变温度密切相关，其中包括α相的形态、大小以及碳化物的类型及分布等均随转变温度而异，就α相形态而言，更多地类似于马氏体而不同于珠光体。因此，Hehemann称贝氏体为铁素体与碳化物的非层状混合组织。Aaronson则称之为非层状共析反应产物或非层状珠光体变态。可以看出，Aaronson强调的是贝氏体转变与珠光体转变一样，都是共析转变，只是因为转变温度不同而导致转变产物的形态不同。需要特别指出，在较高温度范围内转变时所得的产物中虽然无碳化物而只有α相，但从转变机制考虑，仍被称为贝氏体。

转变动力学

贝氏体转变也是一个形核及长大的过程，可以等温形成，也可以连续冷却形成。贝氏体等温形需要孕育期，等温转变动力学曲线也呈S形，等温形成图也具有“C”字形。应当指出，精确测得的贝氏体转变的C曲线，明显地是由两条C曲线合并而成的，这表明，中温转变很可能包含着两种不同的转变机制。

转变的不完全性

贝氏体等温转变一般不能进行到底，在贝氏体转变开始后，经过一定时间，形成一定数量的贝氏体后，转变会停下来。换言之，奥氏体不能百分之百地转变为贝氏体。这种现象被称为贝氏体转变的不完全性，也称为贝氏体转变的自制性。通常随着温度的升高，贝氏体转变的不完全程度增大。未转变的奥氏体，在随后的等温过程中，有可能发生珠光体转变，称之为二次“珠光体转变”。

转变的扩散性

由于贝氏体转变是在中温区，在这个温度范围内尚可进行原子的扩散，因此，贝氏体转变中存在着原子的扩散。一般认为，在贝氏体转变过程中，只存在着碳原子的扩散，而铁及合金元素的原子是不能发生扩散的。碳原子可以在奥氏体中扩散，也可以在铁素体中扩散。由此可见，贝氏体转变的扩散性是指碳原子的扩散。

转变的晶体学

在贝氏体转变中，当铁素体形成时，也会在抛光的试样表面上产生“表面浮凸”。这说明铁素体的形成同样与母相奥氏体的宏观切变有关，母相奥氏体与新相之间维持第二类共格（切变共格）关系，贝氏体中的铁素体与母相奥氏体之间存在着一定的惯习面和位向关系。

铁素体的碳含量

贝氏体中铁素体的碳含量一般也是过饱和的，而且随着贝氏体形成温度的降低，铁素体中碳的过饱和程度越大。

由上述主要特征可以看出，贝氏体转变在某些方面与珠光体转变相类似，而要某些方面又与马氏体转变相类似。

02.材料的功能特性

固体材料从性能角度大体可分成两类:结构材料和功能材料。结构材料是以其强度和韧性为主要应用指标，而功能材料是以其某一的特殊功能性，如电性能，热性能，磁性能或光性能等为主要应用指标。功能材料的性能与结伫利P江值)，而结构材料的性能不步及电Ae和结旋转、散射、激发和跃迁等)，而结构材料的性能不涉及电子的运动，取决于原子间的键合（如金属键，离子键，共价键，氢键等）和微观结构(包括晶体结构、晶粒尺寸、组织形态、位错亚结构和第二相特性等)。因此，本章将对材料功能特性的固体物理基础进行复习，注重论述功能材料的电、热、磁和光行为的表现描述、起因和影响因素。

03.电性能

1.电性能的表现描述

所谓材料的电性能就是它们对外电场的响应。我们从电导的表象描述开始，然后论述电导的机制和材料的电子能带结构如何影响它的电导能力。这些原理扩展到金属、半导体和绝缘体，注重是半导体的特征,也涉及绝缘材料的介电性质。

固体材料的一种分类方法就是根据它们的导电难易程度分为三类:导体，半导体和绝缘体。

2.基于能带理论的传导

仅当具有能量大于费密能的电子可以被电场所作用,这些参加导电过程电子称为自由电子。在半导体和绝缘体中发现了另一种电荷电子缺位，称为空穴。空穴具有小于费密能的能量，也参加电子的传导。因此，电导率是自由电子和空穴数目的函数。而且，导体和非导体（半导体，绝缘体〉的区别就在于自由电子和空穴的数目。

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