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第1章 过冷奥氏体整合系统1

1.1 钢是一个复杂系统1

1.1.1 金属复杂系统1

1.1.2 系统的特征2

1.2 过冷奥氏体是整合系统3

1.2.1 钢和合金钢是整合系统不是混合系统3

1.2.2 整体大于部分之总和4

1.2.3 非线性相互作用5

1.3 相变的复杂性和转变产物组织形貌的多样性9

1.3.1 相变的复杂性9

1.3.2 组织、性能的多样性10

1.4 过冷奥氏体转变的自组织11

1.4.1 相变自组织的条件11

1.4.2 过冷奥氏体转变过程是自组织的12

参考文献17

第2章 固态相变中原子的位移18

2.1 金属中的扩散理论概要18

2.1.1 扩散定律19

2.1.2 扩散定律在固态相变中的应用举例20

2.1.3 原子运动和扩散系数21

2.1.4 扩散机理23

2.2 原子迁移的热力学分析27

2.2.1 扩散的驱动力27

2.2.2 原子热激活跃迁28

2.3 实际金属中的扩散29

2.3.1 纯金属中的自扩散29

2.3.2 稀合金中的扩散31

2.3.3 金属晶体结构对扩散系数的影响32

2.3.4 合金元素的影响34

2.4 马氏体相变中原子的切变位移34

2.4.1 马氏体相变的K-S切变模型34

2.4.2 马氏体相变的G-T模型，均匀切变和非均匀切变38

2.5 过冷奥氏体相变过程中原子的迁移方式40

2.5.1 温度对原子位移方式的影响41

2.5.2 奥氏体形成阶段原子的扩散42

2.5.3 过冷奥氏体共析分解反应阶段的扩散42

2.5.4 贝氏体相变阶段原子的位移43

2.5.5 马氏体相变阶段44

2.5.6 碳原子的长程扩散44

2.5.7 铁原子和替换原子位移方式的过渡性45

2.6 珠光体转变中的扩散规律45

2.6.1 体扩散和晶界扩散45

2.6.2 碳原子的扩散47

2.6.3 合金元素对碳原子扩散的影响47

2.6.4 合金元素的扩散48

2.6.5 铁原子的自扩散49

参考文献49

第3章 珠光体的组织结构51

3.1 珠光体的组织形貌和定义51

3.1.1 共析分解和珠光体的定义51

3.1.2 珠光体的组织形态52

3.1.3 珠光体的片间距54

3.1.4 珠光体组织形貌多样性、复杂性56

3.2 珠光体的晶体学57

3.2.1 珠光体与奥氏体A1的位向关系58

3.2.2 珠光体团中铁素体和渗碳体之间的位向关系58

参考文献59

第4章 过冷奥氏体共析分解机理60

4.1 珠光体转变热力学60

4.1.1 奥氏体与珠光体的自由能之差61

4.1.2 共析分解热力学条件61

4.1.3 共析分解驱动力的计算模型62

4.2 过冷奥氏体共析分解机理63

4.2.1 非均匀形核的一般规律63

4.2.2 珠光体的形核65

4.2.3 珠光体晶核的长大71

4.2.4 总结77

4.3 钢中粒状珠光体的形成机理77

4.3.1 析出相聚集长大理论77

4.3.2 纤维状组织的粗化78

4.3.3 低温退火时片状珠光体的球化79

4.3.4 特定条件下过冷奥氏体的分解81

4.3.5 高温回火81

4.4 共析分解的特殊形式——相间沉淀83

4.4.1 相间沉淀的热力学条件83

4.4.2 “相间沉淀”产物的形态84

4.4.3 相间沉淀机制85

4.5 先共析铁素体的析出88

4.5.1 亚共析钢中先共析铁素体的析出88

4.5.2 先共析铁素体的析出速度92

4.5.3 先共析魏氏组织铁素体的形成94

4.5.4 伪共析转变95

4.6 先共析碳化物的析出97

参考文献99

第5章 珠光体转变动力学101

5.1 珠光体形核率及长大速度101

5.1.1 形核率101

5.1.2 Johnson-Mehl方程101

5.1.3 Avrami方程102

5.2 过冷奥氏体转变C-曲线103

5.2.1 等温转变图103

5.2.2 连续冷却转变图106

5.3 退火用C-曲线108

5.3.1 典型工具钢的退火用TTT图108

5.3.2 退火用TTT图、CCT图的应用价值111

5.4 钢中TTT图的类型112

5.4.1 类型一：共析分解和贝氏体相变曲线重叠112

5.4.2 类型二：珠光体TTT图与贝氏体TTT图逐渐分离，形成河湾区113

5.4.3 类型三：合金结构钢的贝氏体TTT图普遍在珠光体TTT图的左方114

5.4.4 类型四：渗碳后贝氏体转变C-曲线右移115

5.4.5 类型五：贝氏体转变C-曲线严重右移直至消失116

5.4.6 类型六：Cr-Ni-Mo合金系中，珠光体的C-曲线严重右移，直至消失118

5.5 影响过冷奥氏体共析分解的内在机制119

5.5.1 奥氏体化状态的影响119

5.5.2 奥氏体固溶碳量的影响120

5.5.3 奥氏体中合金元素的影响120

5.5.4 合金奥氏体系统的整合作用123

参考文献127

第6章 珠光体的性能及应用128

6.1 铁素体-珠光体的力学性能128

6.1.1 钢铁材料的机械性能129

6.1.2 珠光体的机械性能130

6.1.3 铁素体＋珠光体组织的机械性能132

6.2 铁素体-珠光体组织的应用132

6.2.1 珠光体钢的应用132

6.2.2 铁素体-珠光体钢的应用133

6.3 粒状珠光体组织及退火新工艺136

6.3.1 决定退火钢硬度的要素136

6.3.2 典型钢种锻轧材的球化退火140

参考文献146

第7章 贝氏体相变理论研究的进展和评介148

7.1 贝氏体相变的学术论争及述评148

7.1.1 对贝氏体相变基本特征的共识149

7.1.2 关于贝氏体的定义150

7.1.3 关于贝氏体相变动力学152

7.1.4 关于贝氏体相变的机制152

7.2 贝氏体相变不是共析分解154

7.2.1 珠光体和贝氏体的相组成物不同154

7.2.2 两种相变的晶核不同154

7.2.3 两种相变产物的形貌不同156

7.2.4 珠光体和贝氏体的亚结构不同157

7.2.5 两种相变产物的位向关系不同158

7.2.6 其他方面的区别159

7.3 过冷奥氏体转变贯序159

7.3.1 从高温区过渡到中温区160

7.3.2 从两相共析形核向单相形核的演化160

7.3.3 动力学图的演化161

7.3.4 组织形貌的演化163

7.3.5 亚结构的演化164

7.4 传承文明，开拓创新，实现整合167

参考文献168

第8章 贝氏体相变的特征和定义170

8.1 贝氏体相变的过渡性170

8.1.1 中温转变是过冷奥氏体转变的中间过渡环节170

8.1.2 上贝氏体转变和珠光体分解的联系与区别171

8.1.3 下贝氏体转变和马氏体相变的联系与区别173

8.1.4 贝氏体的组成相和形貌的过渡性174

8.1.5 贝氏体转变具有变温转变和等温转变特征175

8.2 贝氏体相变的主要特点177

8.2.1 表面浮凸特征177

8.2.2 贝氏体相变的不彻底性特征178

8.2.3 贝氏体相变具有Bs、Bf点178

8.2.4 贝氏体碳化物的特点178

8.2.5 贝氏体铁素体亚结构特征179

8.2.6 贝氏体相变的晶体学特征181

8.2.7 在相变机制方面的特征181

8.3 贝氏体的定义182

8.3.1 概念的科学抽象182

8.3.2 以往的定义183

8.3.3 贝氏体的新定义183

8.3.4 贝氏体相变的定义184

参考文献184

第9章 贝氏体的组织结构186

9.1 贝氏体的组织形貌186

9.1.1 上贝氏体组织形貌187

9.1.2 下贝氏体的组织形貌189

9.1.3 工业用钢中的贝氏体组织的复杂性192

9.1.4 贝氏体组织形貌的多样性192

9.1.5 魏氏组织193

9.2 贝氏体铁素体的亚结构194

9.2.1 贝氏体组织中的精细亚结构194

9.2.2 贝氏体铁素体中的位错和孪晶197

9.2.3 贝氏体中的中脊199

9.3 贝氏体碳化物的形貌201

9.3.1 上贝氏体中的碳化物形貌201

9.3.2 下贝氏体中的碳化物形貌203

9.4 有色合金中的贝氏体206

9.4.1 Cu-Zn系合金中的贝氏体206

9.4.2 Ag-Cd合金中的贝氏体208

9.4.3 U-Cr合金中的贝氏体208

9.4.4 Ag-Zn合金中的贝氏体209

9.5 贝氏体组织中的位向关系209

9.5.1 贝氏体铁素体的位向关系210

9.5.2 贝氏体中碳化物的位向关系211

参考文献213

第10章 贝氏体相变热力学214

10.1 贝氏体相变热力学条件215

10.1.1 自由焓变化215

10.1.2 贫碳区及贝氏体铁素体的物理本质216

10.2 贝氏体相变热力学计算217

10.2.1 相变驱动力的计算模型218

10.2.2 相变驱动力的计算220

10.2.3 按切变机制计算相变驱动力222

10.2.4 γ→αB+γ1→BF+γ1计算模型223

10.3 相变驱动力与相变趋势226

10.3.1 原子位移方式与相变机制227

10.3.2 原子热激活跃迁无扩散型转变228

10.3.3 热力学与相变机制的关系229

参考文献230

第11章 贝氏体相变动力学图232

11.1 贝氏体相变动力学图特征232

11.1.1 从TTT图看珠光体到贝氏体相变的演化233

11.1.2 贝氏体相变速度比共析分解快的动力学图235

11.1.3 贝氏体相变动力学具有变温性和等温性的双重特征237

11.1.4 贝氏体转变速度较共析分解慢的TTT图238

11.1.5 上、下贝氏体具有独立的相变动力学曲线238

11.1.6 具有宽广的河湾区的TTT图241

11.2 影响贝氏体转变动力学的因素242

11.2.1 奥氏体化温度的影响242

11.2.2 合金元素对贝氏体时γ→α转变的影响242

11.2.3 偏聚现象对贝氏体相变动力学的影响243

参考文献245

第12章 块状相变246

12.1 金属的块状相变246

12.1.1 块状相变的定义246

12.1.2 块状相变的合金及相图247

12.1.3 纯金属中的块状相变247

12.1.4 替换式固溶体中的块状相变251

12.2 块状相变的形核-长大253

12.2.1 块状相变的形核253

12.2.2 块状相变的长大253

12.3 块状转变与贝氏体相变的联系254

12.3.1 块状转变与贝氏体相变的亲缘关系254

12.3.2 热激活迁移相变机制255

参考文献257

第13章 贝氏体相变机制258

13.1 贫碳区259

13.1.1 奥氏体化学成分的不均匀性259

13.1.2 贫溶质区261

13.1.3 钢中贝氏体相变受碳原子扩散控制261

13.1.4 贫碳区（γ′）尺度的理论分析263

13.2 贝氏体铁素体的形核264

13.2.1 贝氏体铁素体的形核位置264

13.2.2 从贝氏体铁素体精细亚结构推测晶核的尺度265

13.2.3 贝氏体铁素体的热激活位移形核机制267

13.2.4 贝氏体激发形核机制271

13.3 贝氏体碳化物的形成机理272

13.3.1 贝氏体碳化物类型272

13.3.2 贝氏体碳化物的来源273

13.3.3 贝氏体碳化物的形核277

13.3.4 贝氏体碳化物的长大278

13.3.5 贝氏体碳化物形核-长大时原子的位移280

13.4 贝氏体铁素体的热激活长大281

13.4.1 贝氏体铁素体晶核的长大281

13.4.2 上贝氏体铁素体长大速度和长大机制284

13.5 贝氏体相变切变-扩散整合机制287

13.5.1 贝氏体铁素体形核-长大热激活机制289

13.5.2 无碳化物贝氏体的形成过程291

13.5.3 羽毛状贝氏体的形成过程291

13.5.4 下贝氏体的形成过程292

参考文献292

第14章 贝氏体的机械性能295

14.1 钢中贝氏体的力学性能295

14.1.1 贝氏体的强度和硬度295

14.1.2 贝氏体的强化机理296

14.1.3 贝氏体的塑性和韧性298

14.1.4 粒状贝氏体的性能300

14.1.5 准贝氏体的性能301

14.1.6 贝氏体的疲劳性能和耐磨性301

14.1.7 贝氏体回火后的强度和韧性301

14.2 贝氏体钢及其应用303

14.2.1 贝氏体钢的合金化303

14.2.2 贝氏体钢钢种305

14.2.3 准贝氏体钢的应用307

参考文献307

附录308

附录1 各类钢的相变临界点308

附录2 相关常数317