材料科学基础第10章相变

第 十 章 材 料 热 力 学与 固 态 相 变 基 础 合 金 自 由 能 的 计 算 自 由 能 随 成 分 变 化 规 律 相 平 衡 原 理 相 图 与 吉 布 斯 自 由 能 曲 线 固 态 相 变 概 论 总 结 与 回 顾 材 料 的 成 分 、 加工 工 艺 对 组 织 、 性 能 的 影 响 引 言平 衡 状 态 ： 系 统 吉 布 斯 自 由 能 处 于 最 低 所 对 应 的 状 态 。 相 图 ： 表 述 物 质 的 成 分 、 环 境 条 件 与 平 衡 状 态 下 存 在 相 之 间 关系 的 图 形 。 相 图 的 测 定 方 法 ： 一 般 用 物 理 方 法 来 进 行 ， 利 用 不 同 组 成 相所 具 有 的 不 同 物 理 性 能 特 征 参 数 或 性 能 变 化 时 的 表 现 出 物 理 两地 变 化 特 征 来 进 行 测 定 工 作 。 例 如 常 用 的 热 分 析 法 、 热 膨 胀 系数 /比 容 变 化 、 磁 性 法 等 等 。计 算 法 预 测 相 图 ： 由 材 料 的 成 分 判 断 可 能 组 成 的 相 结 构 ， 计算 在 某 一 温 度 下 的 自 由 能 ， 找 出 合 适 组 成 相 或 他 们 之 间 的 组 合 ，达 到 能 量 最 低 的 状 态 (平 衡 态 )， 从 而 确 定 相 图 的 结 构 。 随 着 热力 学 数 据 的 积 累 ， 计 算 机 能 力 提 高 和 普 及 ， 这 种 设 想 现 在 逐 步 可 以 实 现 。 第 一 节 固 溶 体 自 由 能 的 计 算 纯 组 元 自 由 能 与 温 度 的 关 系 两 相 混 合 自 由 能 的 计 算 固 溶 体 的 自 由 能 与 成 分 温 度 的 关 系 混 合 过 程 中 S的 变 化 混 合 过 程 中 H的 变 化 纯 组 元 自 由 能 与 温 度 的 关 系 其 中 H0和 S0为 标 准 状 态 下 (25 ,一 个 大 气 压 )的 值 ，可 以 查 相 关 的 热 力 学 资 料 得 到 。 两 相 混 合 自 由 能 的 计 算 设 同 样 有 A、 B两 组 元 组 成 的 两 相 和 ， 的 成 分 (原 子 百 分 比 )为 x1， 的 成 分(原 子 百 分 比 )为 x2， 和 两 相 所 占 地 比例 分 别 为 N1和 N2(原 子 百 分 比 ),显 然 N1 N2 1。 在 G X的 图 形 中 ， G1、 G、 G2三 点 在 一 直 线 上 ， 并 服 从 杠 杆 定 律 。 固 溶 体 自 由 能 与 成 分 温 度 的 关 系 在 温 度 T下 ， 寻 找 G x之 间 的 关 系 。 设 NA和 NB为 固 溶 体中 A、 B的 原 子 数 ， XA和 XB为 两 组 元 的 摩 尔 浓 度 ， 即 在 温 度 T下 ， G0为 混 合 前 的 自由 能 ， Gm为 混 合 过 程 中 自 由能 变 化 。G 0A的 值 由 纯 组 元 公 式 计 算 出 。 先 计 算 混 合 过 程 中 H、 S的 变 化量 ， 可 以 计 算 Gm变 化 。 混 合 过 程 中 S的 变 化 熵 表 征 为 系 统 的 混 乱 程 度 ， 固 态 下 系 统 的 熵 构 成 ：主 要 是 混 合 熵 (配 置 熵 )， 决 定 于 原 子 可 能 排 列 的 方 式 ；其 次 还 有 振 动 熵 ， 决 定 于 温 度 和 缺 陷 。 每 摩 尔 物 质 有 原 子 ， 在 二 元 系 统 中 ， A、 B各 自 的原 子 数 为 NA、 NB， 即 NA NB N， 材 料 的 成 分 和 浓 度 为 ：XA NA/N、 XB NB/N (XA N 1)。 混 合 时 熵 的 变 化 ： 配 置 熵 定 义 ： K 波 耳 兹 曼 常 数 W 可 能 构 成 的 排 列 方 式 混 合 过 程 中 S的 变 化 混 合 过 程 中 H的 变 化 利 用 溶 液 的 准 化 学 模 型 ： 设 A、 B组 元 尺 寸 相 接近 ， 排 列 无 序 ； 混 合 过 程 中 体 积 基 本 不 变 ， 即 V0； 原 子 只 与 最 近 邻 的 原 子 之 间 存 在 相 互 作 用 ， 即 只计 算 最 近 邻 原 子 之 间 的 结 合 能 。 设 两 最 近 邻 原 子 之 间 的 结 合 能 分 别 为 uAA、 uBB、 uAB，固 溶 体 和 组 元 的 配 位 数 均 为 Z。 由 于 H=u+PV， 混 合 过 程 中 H的 变 化 固 溶 体 自 由 能 与 成 分 温 度 的 关 系 注 意 这 个 表 达 式 的 推 导 用 的 假 设 ， 即 使 用 条 件 ， 这是 一 最 简 单 的 情 况 ， 其 它 情 况 下 应 根 据 使 用 环 境 来 加以 修 正 。 结 论 ： 第 二 节 自 由 能 随 成 分 变 化 规 律 数 学 表 达 关 系 分 析 当 HM=0时 的 状 态 当 HM0时 的 状 态 数 学 表 达 关 系 分 析 自 由 能 随 成 分 变 化 规 律 当 HM=0时 ：这 时 为 理 想 溶 液 模 型 ， 即 G(x)为 下 垂 线 ， 即 曲 线 的 凹 向 朝 上 。 自 由 能 随 成 分 变 化 规 律 HM0时 自 由 能 随 成 分 变 化 规 律 溶 解 时 会 吸 收 热 量 ， 由 于 HM和 T SM表 现 为 相 反 的作 用 ， 曲 线 的 形 状 与 二 者 的 大 小 相 关 。 混 合 所 提 高 的 内 能 全 部 由 热 温 熵 来 补 充 ， G m 0， G(x)依 然 为 下 垂 曲 线 ， 仅 仅 下 垂 的 程 度 小 一点 。 下 页 HM0时 自 由 能 随 成 分 变 化 规 律 构 成 的 曲 线 有 三 个 极 值点 和 两 个 拐 点 ， 在 靠 近 坐 标轴 (x接 近 0或 1)处 为 上 凹 曲 线 ，有 两 个 极 小 值 ， 而 中 部 位 凹向 朝 下 的 上 凸 曲 线 ， 会 有 一极 大 值 。 在 这 种 情 况 下 ， 存 在 两 个 必 然 的 规 律 ： 其 一 是 任 何 组 元 ，少 量 的 溶 解 其 它 组 元 都 会 使 其 吉 布 斯 自 由 能 下 降 ， 绝 对 的 不 能溶 解 其 它 元 素 是 不 存 在 的 ， 得 到 绝 对 的 纯 净 物 资 是 不 可 能 的 ，即 “ 金 无 赤 足 ” 。 其 二 是 当 出 现 上 凸 时 ， 吉 布 斯 自 由 能 会 提 高 ， 自 发 的 趋 势 是 形 成 两 相 混 合 物 可 以 降 低 体 系 的 自 由 能 ， 两 组 元表 现 为 有 限 溶 解 。 HM0时 自 由 能 随 成 分 变 化 规 律 溶 解 时 会 吸 收 热 量 ， 由 于 HM和 T SM表 现 为 相 反 的作 用 ， 曲 线 的 形 状 与 二 者 的 大 小 相 关 。 若 T 0时 ， 两 组 元 的 混 合 全 部 表 现 为 提 高 自 由 能 ，由 于 绝 对 0度 是 不 可 能 的 ， 所 以 这 种 情 况 不 可 能 出 现 。 第 三 节 相 平 衡 原 理 相 平 衡 原 理 化 学 位 的 图 解 求 法 单 相 平 衡 两 相 平 衡 公 切 线 法 则 体 系 的 自 由 能 最 低 ； 每 一 组 元 在 平 衡 各 相 中 的 化 学 位 相 等 。 相 平 衡 原 理 化 学 位 的 图 解 求 法 在 某 固 定 的 温 度 下 ， 由 AB两 组 元 构 成 的 某 一 相 ，其 自 由 能 与 成 分 之 间 的 关 系 如 图 所 示 ， 当 其 成 分 为 XB时 ， 求 这 时 A、 B组 元 在 该 相 中 的 化 学 位 ？ 由 成 分 x B在 G(x)曲 线 上 的 位 置 M， 过 M作 曲 线 G(x)的 切线 交 坐 标 两 端 P、 Q点 ， 截 距 即 为 这 时 A、 B组 元 的 化 学位 。 若 已 知 G(x)与 成 分 xB的 关系 如 图 所 示 。 化 学 位 的 图 解 法 证 明 单 相 平 衡 2、 当 曲 线 为 “ 上 凹 ” 时 ， 应 为 均 匀 成 分 x B的 自 由 能 最 低 。 如 果某 一 处 出 现 高 出 xB的 成 分 时 ， 因 为 物 质 不 灭 ， 必 然 存 在 另 一 处为 低 于 xB的 成 分 ， 这 时 系 统 的 自 由 能 将 高 于 均 匀 成 分 时 的 自 由能 ， 系 统 未 达 到 平 衡 ， 在 动 力 学 条 件 满 足 时 ， 趋 于 形 成 单 一 均匀 成 分 。 例 如 枝 晶 偏 析 较 平 衡 态 的 能 量 高 ， 均 匀 化 退 火 加 热 时通 过 扩 散 达 到 成 分 均 匀 的 过 程 是 自 发 的 。 稳 定 的 单 相 为 在 某 一 温 度下 ， 该 相 的 自 由 能 最 低 ， 并 且在 该 成 分 点 出 的 G(x)x曲 线 为“ 上 凹 ” 。1、 在 温 度 T下 ， AB组 元 可 能 形 成 、 两 种 相 ， 为 了 降 低 系 统 的 自 由 能 ，显 然 将 以 单 一 的 存 在 比 相 或 两 相 混 合 时 的 自 由 能 低 一 些 。 两 相 平 衡 公 切 线 法 则 a点 为 组 元 A在 和 的 化 学 位 ， b点 为 组 元 B在 和 的 化 学 位 ,显 然 二 者 相 等 ， 所 以 P点 的 相 成 分 为 x 1； Q点 的 相 成 分 为 x2；它 们 是 平 衡 相 。 两 相 的 数 量 满 足 杠 杆 定 律 ， 以 这 两 相 混 合 的 自由 能 在 M点 。 这 时 的 自 由 能 最 低 ， 它 们 才 是 这 个 温 度 下 的 平 衡 相 。 在 二 元 的 情 况 ， 温 度 T一 定时 ,若 AB组 元 可 能 形 成 、 两 种 相 ， 其 自 由 能 与 成 分的 关 系 曲 线 如 图 所 示 ,合 金成 分 为 X时 : 以 单 一 的 相 存 在 ,自 由 能 在 1点 ；以 单 一 的 相 存 在 ,自 由 能 在 2点 ；作 G 、 G 的 公 切 线 ， 切 点 分 别为 P、 Q， 延 长 交 坐 标 轴 为 a、 b。 两 相 平 衡 公 切 线 法 则 成 ， 近 两 相 的 数 量 因 合 金 的 成 分 不 同 而 异 。 对 应 在 PQ之 外 ， 无 法 由 P点 的 相 和 Q点 的 相 混 合 而 成 ，以 自 由 能 较 低 的 单 相 存 在 ， P点 的 左 边 为 合 金 成 分 的 单 一 相 ， Q点 的 右 边 为 合 金 成 分 的 单 一 相 。 注 意 平 衡 相 是 以 共 切 点 的 成 分来 分 配 ， 如 果 连 接 两 曲 线 的 最 低点 ， 以 这 样 的 成 分 的 两 相 混 合 ，尽 管 每 一 相 的 自 由 能 比 切 点 低 ，但 数 量 按 杠 杆 定 律 分 配 后 的 混 合自 由 能 在 3点 ， 依 然 高 于 M点 ， 所以 平 衡 相 是 以 公 切 线 对 应 的 切 点作 为 确 定 点 。 在 PQ之 间 ， 所 有 成 分 的 合 金 都由 P点 的 相 和 Q点 的 相 混 合 而 多 相 平 衡 公 切 线 法 则 结 论 ： 二 元 合 金 两 相 平 衡 的 条 件 是 能 够 作 出 这 两 相 自由 能 曲 线 的 工 切 线 。 公 切 线 在 两 条 曲 线 上 的 切 点 的 成分 坐 标 值 便 是 这 两 个 相 在 给 定 温 度 下 的 平 衡 成 分 。 推 论 ： 三 个 溶 体 平 衡 共 存的 条 件 是 在 给 定 的 温 度 下 ，公 切 线 能 同 时 切 过 三 条 自由 能 曲 线 。 或 曰 这 三 个 溶体 的 自 由 能 曲 线 有 公 切 线 。这 三 个 切 点 的 成 分 坐 标 值便 是 这 三 个 相 在 给 定 温 度下 的 平 衡 成 分 。 第 四 节 相 图 与 吉 布 斯自 由 能 曲 线 二 元 匀 晶 相 图 二 元 共 晶 相 图 二 元 包 晶 相 图 增 幅 分 解 二元匀晶相图 二 元 匀 晶 相 图 二元共晶相图 二 元 共 晶 相 图 二元包晶相图 二 元 包 晶 相 图 增 幅 分 解 (Spinodel) 在 无 限 溶 解 固 溶 体 中 ， 如 果 溶 解 时 为 吸 热 过 程 ， 当 温 度 较低 时 ， 自 由 能 曲 线 中 部 有 上 凸 (凹 向 朝 下 )部 分 出 现 ， 这 时 单 一的 固 溶 体 的 自 由 能 不 是 最 低 ， 可 以 分 解 为 结 构 相 同 而 成 分 不 同两 个 相 混 合 物 。 相 图 如 图 所 示 ， 其 中 实 线 为 不 同 温 度 下 公 切 线 的 切 点 轨 迹 ， 而 虚 线 是 曲 线 上 拐 点 变 化 的 轨 迹 。 增 幅 分 解 是 单 相 固 溶 体 分 解 为 两 相 混 合 物 的 一 种 特 殊 方 式 ，其 特 殊 之 点 是 在 这 一 分 解 过 程 中 不 需 要 信 相 的 形 核 。 增 幅 分 解 (Spinodel) 在 实 线 和 虚 线 之 间 的 区 域 。 成 分 为 CN的 合 金 有 分 解 的 热 力学 动 力 ， 但 形 核 时 成 分 的 偏 离 会 造 成 能 量 的 提 高 ， 只 有 达 到 一定 数 量 (大 小 )后 其 自 由 能 才 会 降 低 ， 表 明 形 核 时 要 求 一 定 的 临界 尺 寸 ， 开 始 能 量 的 聚 集 来 源 于 那 目 光 了 起 伏 。 这 种 状 态 和 固 溶 体 中 第 二 相 形 成 相 同 。 增 幅 区 外 的 分 解 ： 增 幅 分 解 (Spinodel) 成 分 在 虚 线 范 围 内 时 ， 由 于 自 由 能 曲 线 为 上 凸 (凹 向 朝 下 )，任 何 细 小 的 成 分 的 偏 离 都 会 使 自 由 能 下 降 ， 偏 离 加 大 自 由 能 降低 愈 多 ， 可 见 这 时 成 分 的 偏 离 是 自 发 的 ， 不 需 要 外 界 提 供 或 自 身 的 聚 集 。增 幅 区 内 的 分 解 增 幅 分 解 (Spinodel) 成 分 在 虚 线 范 围 内 时 ， 由 于 自 由 能 曲 线 为 上 凸 (凹 向 朝 下 )，任 何 细 小 的 成 分 的 偏 离 都 会 使 自 由 能 下 降 ， 偏 离 加 大 自 由 能 降低 愈 多 ， 可 见 这 时 成 分 的 偏 离 是 自 发 的 ， 不 需 要 外 界 提 供 或 自身 的 聚 集 ， 自 发 地 加 大 偏 离 的 幅 度 ， 所 以 把 这 种 分 解 称 为 增 幅 分 解 。 分 解 的 过 程 和 所 得 组 织 如 图 所 示 ， 增 幅 分 解 的 组 织 呈 布纹 状 ， 非 常 细 小 ， 只 能 的 高 倍 的 电 子 显 微 镜 下 才 能 观 察 得 到 。 增 幅 区 内 的 分 解 增 幅 分 解 (Spinodel) 分 解 过 程 自 发 地 加 大 成 分 偏 离 的 幅 度 ， 所 以 称 为 增 幅 分 解 。这 种 分 解 的 过 程 和 所 得 组 织 如 图 所 示 ， 增 幅 分 解 的 组 织 呈 布 纹 状 ， 非 常 细 小 ， 只 能 的 高 倍 的 电 子 显 微 镜 下 才 能 观 察 得 到 。 增 幅 分 解 组 织 第 五 节 固 态 相 变 概 论 概 述 按 热 力 学 分 类 按 原 子 运 动 的 方 式 分 类 新 相 形 成 时 的 能 量 变 化 新 相 形 成 过 程 固 态 相 变 的 特 点 概 述 固 态 相 变 ： 固 态 物 质 内 部 的 组 织 结 构 的 变 化 称 为固 态 相 变 。 相 是 成 分 相 同 、 结 构 相 同 、 有 界 面 同 其 他 部 分 分隔 的 物 质 均 匀 组 成 部 分 ， 相 变 是 从 已 存 的 相 中 生 成 新的 相 。 之 所 以 为 新 相 ， 生 成 部 分 与 原 有 部 分 存 在 着 或成 分 不 同 、 或 相 结 构 不 同 、 或 有 序 度 不 同 、 或 兼 而 有之 ， 并 且 和 原 来 部 分 有 界 面 分 隔 。 原 来 的 部 分 称 为 母相 或 反 应 相 ， 在 转 变 过 程 中 数 量 减 少 ， 生 成 部 分 称 为新 相 或 生 成 相 ， 在 转 变 过 程 中 数 量 增 加 。 在 热 处 理 过 程 中 ， 材 料 处 于 固 态 下 ， 但 内 部 都 有不 同 的 固 态 相 变 发 生 ， 先 分 析 固 态 相 变 基 本 规 律 。 按 热 力 学 分 类 由 热 力 学 知 ， 系 统 总 是 相 着 吉 布 斯 自 由 能 降 低 的方 向 自 发 转 变 。 两 个 存 在 的 相 处 于 互 相 平 衡 状 态 ， 不发 生 转 变 ， 二 者 的 吉 布 斯 自 由 能 相 等 。 这 时 构 成 材 料的 组 元 在 两 个 相 中 的 化 学 位 相 等 ,即 1 2， 否 则 组元 会 从 一 个 相 中 向 另 一 相 转 移 ， 即 有 相 变 发 生 。 临 界 点 ： 在 一 定 的 温 度 和 压 力 下 ， 两 相 处 于 平 衡 ，这 个 平 衡 时 对 应 的 温 度 和 压 力 称 为 他 们 的 临 界 点 ， 固态 转 变 中 ， 压 力 影 响 较 小 ， 一 般 临 界 点 大 多 指 在 一 个大 气 压 下 平 衡 是 对 应 的 温 度 。 两 相 处 于 临 界 点 时 : 按 热 力 学 分 类 一 级 相 变 ： 在 临 界 点 处 ， 如 果 ： 当 T或 P发 生 变 化 (偏 离 临界 点 ),平 衡 就 被 破 坏 ， 体 系 的熵 S和 体 积 V会 改 变 ， 向 吉 布 斯自 由 能 低 的 方 向 发 展 ， 就 有 一相 减 少 而 另 一 相 增 加 ， 这 时 发生 的 相 变 称 为 一 级 相 变 。 所 以 一 级 相 变 过 程 会 伴 随潜 热 的 释 放 (或 吸 收 )和 体 积 改变 的 发 生 。 过 去 相 图 中 介 绍 的合 金 凝 固 过 程 是 一 级 相 变 ， 热处 理 中 发 生 的 固 态 相 变 也 主 要是 一 级 相 变 。 按 热 力 学 分 类 二 级 相 变 ：在 临 界 点 处 ， 按 热 力 学 分 类 二 级 相 变 ： 在 临 界 点 处 ， 这 时 两 相 的 化 学 位 、 熵 S和 体 积 V相同 ， 但 等 压 热 容 量 CP、 等 温 压 缩 系 数 k、 等 压 热 膨 胀 系 数 可能 不 相 同 。 当 T或 P发 生 变 化 (偏 离临 界 点 )， 平 衡 也 被 破 坏 ， 向吉 布 斯 自 由 能 低 的 方 向 发 展 ，这 时 发 生 的 相 变 称 为 二 级 相变 。 所 以 二 级 相 变 过 程 中 无潜 热 和 体 积 的 改 变 ， 一 般 两相 的 成 分 也 相 同 (成 分 的 变 化一 般 会 改 变 其 熵 )。 常 见 的 二级 相 变 有 磁 性 转 变 、 有 序 无 序 转 变 、 超 导 转 变 等 ， 大多 伴 随 材 料 某 种 物 理 性 能 的 变 化 。 按 原 子 运 动 的 方 式 分 类 扩 散 型 （ 非 协 同 型 ） ： 原 子 从 母 相 以 扩 散 方 式 向 新 相 迁 移 。 原 子可 以 改 变 相 邻 关 系 ； 转 变 的 速 度 由 原 子 扩 散 迁 移 速 度 控 制 ， 在 固态 中 进 行 较 慢 ； 转 变 过 程 大 多 伴 随 成 分 的 改 变 (新 旧 相 成 分 不 相同 )； 转 变 产 物 无 固 定 的 形 状 ， 决 定 于 界 面 能 ， 为 减 少 界 面 面 积 ，有 可 能 是 为 球 面 。 脱 溶 、 共 析 、 增 幅 分 解 属 于 这 种 类 型 。 协 同 型 （ 非 扩 散 型 ） ： 在 相 变 过 程 中 没 有 原 子 的 扩 散 运 动 ， 相 变前 后 没 有 成 分 的 变 化 ， 原 子 以 切 变 的 方 式 ， 即 相 对 周 围 原 子 发 生有 规 律 的 少 量 的 偏 移 ， 基 本 维 持 原 来 的 相 邻 关 系 ， 而 发 生 晶 体 结构 的 改 变 ， 这 就 是 协 同 型 相 变 。 转 变 的 结 果 是 新 旧 相 成 分 相 同 ，为 减 少 原 子 偏 移 的 距 离 ， 新 相 的 取 向 与 母 相 原 来 的 取 相 有 一 定 的延 续 关 系 ； 转 变 中 新 旧 相 的 界 面 有 共 格 关 系 ， 转 变 要 求 较 大 的 驱动 力 来 补 偿 共 格 应 变 能 ； 转 变 速 度 快 ， 但 大 多 不 能 进 行 到 底 。 以下 要 介 绍 的 马 氏 体 相 变 就 是 属 于 协 同 型 相 变 。 混 合 型 ： 介 于 二 者 之 间 的 ， 具 有 扩 散 型 和 协 同 型 的 综 合 特 征 的 中间 过 渡 型 转 变 称 为 混 合 型 ， 如 热 处 理 中 的 贝 氏 体 转 变 。 新 相 形 成 时 的 能 量 变 化 1、 体 积 自 由 能 下 降 ： 当 温 度 偏 离 临 界 点 后 ， 新 旧 两 相的 体 积 吉 布 斯 自 由 能 不 相 等 。 当 新 相 的 自 由 能 低 于 母相 的 自 由 能 时 ， 新 相 形 成 是 吉 布 斯 自 由 能 下 降 的 自 发过 程 ， 临 界 点 温 度 和 实 际 温 度 的 差 为 过 冷 度 (加 热 转 变时 为 过 热 度 )， 这 时 的 体 积 自 由 能 差 G V为 转 变 提 供 的动 力 ， 转 变 方 向 为 G V 0。 2、 新 旧 相 之 间 的 界 面 能 ： 两 个 相 的 成 分 或 结 构 不 相同 ， 二 者 之 间 存 在 相 界 面 分 隔 ， 界 面 处 的 原 子 在 很 小的 区 间 内 的 平 衡 位 置 为 从 一 个 相 到 另 一 相 的 过 渡 状 态 ，这 样 能 量 较 低 ， 但 还 是 高 于 在 各 自 相 区 内 部 平 衡 态 ，高 出 部 分 组 成 了 它 们 的 界 面 能 。 新 相 形 成 时 的 能 量 变 化 依 相 界 面 结 构 方 式 不 同 ， 两 相 的 取 向 之 间 没 有 相 依 的 关 系 的 界面 称 为 非 共 格 界 面 ， 各 处 的 界 面 能 大 致 差 不 多 ， 类 似 大 角 度 晶 界 ，原 子 排 列 过 渡 较 困 难 ， 界 面 能 较 高 。 如 果 一 相 的 某 一 晶 面 上 的原 子 排 列 和 另 一 相 的 某 晶 面 的 原 子 排 列 完 全 相 同 ， 两 相 以 这 个 晶面 来 过 渡 分 界 ， 界 面 能 将 非 常 低 ， 这 是 两 相 之 间 存 在 固 定 的 取 向关 系 ， 这 就 是 完 全 共 格 界 面 。 如 果 一 相 的 某 一 晶 面 上 的 原 子 排列 和 另 一 相 的 某 晶 面 的 原 子 排 列 不 能 达 到 完 全 相 同 ， 但 相 近 ， 这样 形 成 的 界 面 在 小 区 域 内 可 以 利 用 少 量 得 到 弹 性 变 形 来 维 持 共 格关 系 ， 适 当 利 用 位 错 的 半 原 子 面 来 进 行 补 偿 ， 达 到 能 量 较 低 ， 这就 是 半 共 格 界 面 ， 在 半 共 格 界 面 中 的 界 面 能 主 要 是 为 维 持 共 格 的弹 性 应 变 能 。 当 二 者 相 差 较 小 ， 位 错 的 半 原 子 面 较 少 ， 共 格 的 程度 较 高 ， 界 面 的 能 量 较 低 ； 随 着 二 者 相 差 加 大 ， 位 错 的 半 原 子 面需 要 较 多 (距 离 密 集 )， 共 格 的 程 度 下 降 ， 界 面 的 能 量 随 之 提 高 。 共 格 程 度 可 以 用 共 格 度 (反 之 也 用 错 配 度 )来 表 示 ， 共 格 度 太 小 (或错 配 度 过 大 )， 就 失 去 了 共 格 的 意 义 ， 就 是 非 共 格 界 面 。 新 相 形 成 时 的 能 量 变 化3、 新 相 形 成 时 的 体 积 应 变 能 ： 由 于成 分 或 结 构 的 差 别 ， 新 旧 两 相 的 比 容不 同 ， 即 比 体 积 也 不 同 ， 因 此 在 新 相形 成 和 长 大 时 必 然 要 发 生 体 积 的 变 化 。又 因 为 母 相 是 固 体 ， 不 象 液 体 那 样 可以 因 流 动 来 容 纳 这 个 变 化 ， 受 母 相 的约 束 ， 新 相 和 母 相 都 将 产 生 弹 性 应 变 ，例 如 相 变 时 体 积 要 是 膨 胀 ， 则 新 相 就承 受 压 应 力 而 压 缩 变 形 ， 母 相 承 受 拉应 力 而 发 生 拉 伸 变 形 ， 弹 性 应 变 将 带来 弹 性 应 变 能 的 增 加 。 决 定 弹 性 应 变 能 的 大 小 一 方 面 是 新 旧 两 相 的 比 容 差 越 大 ， 材料 的 弹 性 模 量 越 大 ， 体 积 应 变 能 越 大 ； 另 一 方 面 与 新 相 的 几 何 形状 有 关 ， 设 新 相 为 椭 球 形 ， 半 径 比 为 c/a， 在 同 样 的 体 积 下 ， 体 积 应 变 能 和 c/a的 关 系 如 图 所 示 。 新 相 形 成 时 的 能 量 变 化 4、 晶 体 缺 陷 的 作 用 ： 如 果 新 相 在 母 相 的 晶 体 结 构 缺 陷处 形 成 ， 原 来 的 晶 体 缺 陷 消 失 ， 那 部 分 能 量 的 释 放 可以 补 充 其 消 耗 。 随 便 指 出 ， 新 旧 相 成 分 有 变 化 时 ， 母相 的 缺 陷 集 中 处 对 异 类 原 子 偏 聚 对 形 核 还 有 另 一 方 面的 作 用 。 在 一 定 过 冷 度 (过 热 度 )下 ， 第 一 项 为 负 数 ， 是 转 变 的 驱 动力 ； 第 二 项 是 增 加 的 界 面 能 ， 第 二 项 是 增 加 的 体 积 应 变 能 ， 都是 转 变 的 阻 力 ； 第 四 相 为 晶 体 缺 陷 消 失 释 放 的 能 量 ， 在 数 值 上为 负 数 。 在 有 些 资 料 为 区 分 动 力 和 阻 力 ， 将 式 中 第 一 、 四 相 前 加 上 负 号 ， 这 样 ， 计 算 时 其 变 化 量 不 是 用 物 理 化 学 中 定 义 的 后一 状 态 减 前 一 状 态 ， 在 应 用 时 要 注 意 理 解 物 理 意 义 。 总 能 量 变 化 新 相 形 成 过 程 形 核 位 置 ： 在 形 核 过 程 中 ， 为 了 增 加 形 核 的 动 力 ， 往 往 首先 在 母 相 的 晶 体 缺 陷 较 集 中 的 位 置 ， 如 母 相 中 原 晶 界 、相 界 、 位 错 集 中 的 地 方 ， 这 些 位 置 的 能 量 较 高 ， 这 时可 利 用 的 能 量 (动 力 )除 体 积 自 由 能 外 ， 还 可 以 利 用 缺陷 的 能 量 。 形 状 ： 为 最 大 限 度 的 降 低 阻 力 ， 当 单 位 面 积 的 相 界 面能 较 大 ， 而 体 积 应 变 能 较 小 时 ， 最 大 限 度 的 减 小 表 面积 ， 核 心 往 往 为 球 形 ； 当 单 位 面 积 的 相 界 面 能 不 大 ，而 体 积 应 变 能 较 大 时 ， 核 心 以 盘 状 (薄 片 状 )来 减 小 体积 应 变 能 ， 而 大 片 的 面 积 部 分 与 母 相 形 成 共 格 或 半 共格 以 降 低 表 面 能 ； 二 者 相 当 时 为 针 状 或 其 它 形 状 。 当新 相 核 心 在 晶 界 处 形 成 时 ， 母 相 原 两 晶 粒 的 取 向 不 同 ，可 能 一 边 为 共 格 ， 另 一 边 为 非 共 格 的 部 分 球 面 。 新 相 形 成 过 程 长 大 新 相 的 生 长 ： 非 共 格 界 面 的 生 长 主 要 是 以 扩 散 方 式 ， 原 子 从 母相 迁 移 到 新 相 ， 按 新 相 的 结 构 排 列 ， 界 面 向 母 相 中 发展 。 共 格 界 面 的 前 进 是 以 原 子 切 变 方 式 进 行 ， 切 变 量的 增 加 将 提 高 共 格 应 变 能 ， 同 时 大 范 围 内 难 保 证 晶 体取 向 的 一 致 性 ， 对 维 持 大 面 积 的 共 格 带 来 困 难 ， 共 格界 面 的 生 长 会 受 到 一 定 的 限 制 ， 生 长 到 一 定 大 小 时 ，共 格 会 被 破 坏 ， 发 展 成 为 非 共 格 界 面 。 固 态 相 变 的 特 点 综 合 上 述 ， 固 态 相 变 中 由 于 母 相 为 固 体 ， 原 晶 体 有 固定 的 排 列 和 取 向 ， 并 不 能 随 意 改 变 其 形 状 ， 转 变 过 程 和 产物 有 如 下 共 同 特 点 ： 1. 相 变 阻 力 大 。 新 相 形 成 除 增 加 界 面 能 外 ， 由 于 存 在 体 积 变化 造 成 应 变 能 ， 相 变 阻 力 比 液 体 凝 固 大 ， 转 变 要 求 较 大 驱动 力 ， 相 变 发 生 在 较 大 的 过 冷 度 下 。 2. 新 相 与 母 相 之 间 存 在 一 定 的 晶 体 学 位 向 关 系 。 一 方 面 新 旧之 间 以 原 子 排 列 相 互 接 近 的 晶 面 为 界 面 ， 单 位 面 积 的 能 量可 降 低 ； 另 一 方 面 当 以 切 变 方 式 转 变 时 ， 按 这 种 特 定 关 系原 子 的 切 变 量 较 小 ， 易 于 实 现 。 为 保 持 这 种 关 系 ， 转 变 往往 在 母 相 的 一 定 晶 面 上 开 始 形 成 ， 这 个 晶 面 称 为 惯 习 面 。所 以 新 相 的 组 织 对 母 相 有 一 定 的 遗 传 性 。 固 态 相 变 的 特 点 3. 母 相 的 晶 体 缺 陷 对 相 变 起 促 进 作 用 。 缺 陷 处 形 核 可 得 到 附加 能 量 补 充 ， 同 时 缺 陷 的 存 在 可 加 快 扩 散 过 程 ， 有 利 于 新相 晶 体 的 生 长 。 4. 扩 散 过 程 对 相 变 的 影 响 较 大 。 固 体 中 原 子 扩 散 速 度 有 限 ，反 应 速 度 ， 特 别 是 伴 随 成 分 改 变 的 相 变 过 程 ， 扩 散 成 为 控制 因 素 ； 在 温 度 较 低 时 ， 大 的 相 变 驱 动 力 可 能 改 变 转 变 类型 ， 如 从 扩 散 型 改 变 为 协 同 型 。 钢 的 冷 却 转 变 就 是 一 例 。 5. 易 出 现 过 渡 相 ， 有 些 反 应 不 能 进 行 到 底 ， 过 渡 相 可 以 长 期保 留 。 这 种 情 况 通 常 发 生 在 稳 定 相 的 成 分 与 母 相 相 差 较 远 ，转 变 温 度 较 低 ， 原 子 扩 散 慢 ， 稳 定 相 的 形 核 困 难 。 钢 中 的渗 碳 体 其 实 也 是 铁 碳 平 衡 中 的 一 过 渡 相 。 总 结 与 回 顾 材 料 的 成 分 、 加 工 工 艺 对 组 织 、性 能 的 影 响 材 料 成 分 与 组 织 、 力 学 性 能 的 关 系 材 料 的 成 分 与 加 工 性 能 的 关 系 加 工 工 艺 对 组 织 的 影 响 材 料 的 组 织 与 力 学 性 能 的 关 系 材 料 成 分 与 组 织 、 力 学 性 能 的 关 系 相 图 表 示 了 材 料 的 成 分 、 温 度 与 最 终 平 衡 相 之 间 的 关 系 。成 分 的 变 化 决 定 了 材 料 中 组 成 相 及 其 相 对 数 量 。 组 织 取 决 于 材料 的 组 成 相 ， 不 同 的 相 对 应 的 组 织 自 然 不 相 同 ， 决 定 材 料 组 织的 还 有 这 些 组 织 相 的 数 量 、 形 状 、 大 小 和 分 布 。 构 成 材 料 中 的 组 成 相 的 类 型 有 ：1. 以 纯 元 素 为 基 的 固 溶 体 ， 大 多 出 现 在 金 属 材 料 中 。 金 属 基 的固 溶 体 有 好 的 塑 性 。2. 化 合 物 ， 包 括 正 常 价 化 合 物 、 电 子 化 合 物 、 尺 寸 因 素 化 合 物和 拓 扑 密 堆 相 ， 它 们 的 性 能 有 较 大 的 差 异 ， 但 大 多 为 熔 点 高 、硬 度 高 、 塑 性 低 的 脆 性 相 。3. 以 化 合 物 为 基 的 固 溶 体 ， 溶 质 为 构 成 化 合 物 的 元 素 之 一 的 表现 为 化 合 物 在 一 定 范 围 内 成 分 可 以 变 化 范 围 ， 也 有 在 化 合 物 中 溶 入 第 三 组 元 的 其 它 元 素 。 对 力 学 性 能 可 以 引 起 少 量 变 化 ，但 对 物 理 或 其 它 性 能 可 以 带 来 较 大 的 影 响 ， 特 别 是 后 者 。 材 料 的 成 分 与 加 工 性 能 的 关 系 单 相 固 溶 体 合 金 ， 有 利 于 塑 性 成 形 有 好 的 塑 性 ， 适 应 冷 热 压力 加 工 ， 可 以 进 行 塑 性 变 形 来 成 形 ， 即 具 有 良 好 的 锻 压 性 能 。 共 晶 成 分 合 金 有 利 于 铸 造 相 对 而 言 ， 共 晶 点 附 近 合 金 的 熔 点 较 低 ， 便 于 熔 化 ； 共 晶 合 金 的 凝 固 温 度 范 围 小 ， 表 现 为 流 动 性 好 ， 充 型 性 也 好 ，成 分 的 偏 析 小 ， 可 以 铸 造 复 杂 、 精 细 的 零 件 。 固 溶 体 在 一 温度 范 围 内 凝 固 ， 液 固 混 合 物 会 阻 碍 流 通 ， 且 有 成 分 的 偏 析 。 共 晶 合 金 流 动 性 好 ， 凝 固 的 缩 孔 集 中 ， 可 以 置 于 冒 口 处 而 除去 ， 并 且 热 裂 的 倾 向 性 小 。 固 溶 体 凝 固 在 一 温 度 范 围 内 ， 特别 是 树 枝 晶 凝 固 ， 在 材 料 内 部 会 造 成 大 量 细 小 的 疏 松 孔 。 共 晶 体 由 两 个 以 上 组 成 相 ， 互 相 强 化 。 特 别 在 冷 却 速 度 较 大 ，共 晶 体 细 化 ， 界 面 多 ， 若 其 中 一 相 为 较 硬 ， 强 化 效 果 更 明 显 。 加 工 工 艺 对 组 织 的 影 响 铸 造 将 材 料 熔 化 为 液 体 ， 注 入 型 腔 凝 固 ， 得 到 零 件 毛 坯 的 工 艺 过 程 。晶 粒 尺 寸 大 小 凝 固 理 论 中 对 晶 粒 尺 寸 的 影 响 专 门 讨 论 过 。 偏 析 成 分 的 不 均 匀 性 ， 枝 晶 偏 析 (晶 内 )偏 析 ， 由 固 溶 体 凝固 时 溶 质 的 重 新 分 布 引 起 ， 可 以 用 均 匀 化 退 火 来 消 除 。 区域 偏 析 ， 大 范 围 内 缓 慢 冷 却 时 固 溶 体 的 溶 质 分 配 可 引 起 ， 此外 大 铸 件 中 先 凝 固 的 固 体 因 比 容 不 同 造 成 沉 浮 而 形 成 比 重 偏析 ， 区 域 偏 析 不 能 用 均 匀 化 退 火 来 消 除 。 晶 界 偏 析 ， 晶 界是 后 凝 固 ， 排 放 到 液 体 中 的 杂 质 最 后 凝 固 在 晶 界 而 造 成 ， 此外 ， 杂 质 原 子 与 晶 体 缺 陷 的 相 互 作 用 也 是 造 成 晶 界 上 杂 质 集中 的 原 因 之 一 。 共 晶 体 形 态 铸 造 多 用 共 晶 合 金 ， 组 织 为 共 晶 体 ， 不 同 工 艺 除改 变 共 晶 体 的 尺 寸 外 ， 可 以 改 变 相 界 面 的 结 合 力 ， 来 改 变 共 晶 体 的 形 状 ， 如 灰 铸 铁 和 球 墨 铸 铁 。 加 工 工 艺 对 组 织 的 影 响 锻 压 压 力 加 工 除 剪 切 断 外 ， 有 冷 塑 性 变 形 加 工 和 热 加 工 成 形 。 冷 塑 性 变 形 晶 粒 外 形 被 拉 长 (或 压 扁 )， 晶 界 模 糊 ，内 部 缺 陷 增 加 。 多 相 合 金 会 出 现 带 状 组 织 或 纤 维 组织 。 此 外 回 出 现 加 工 硬 化 ， 产 生 内 应 力 ， 甚 至 会 出现 织 构 。 热 加 工 焊 合 缺 陷 和 疏 松 ， 使 成 分 均 匀 和 加 大 材 料 的致 密 。 锻 造 后 的 冷 却 对 晶 粒 尺 寸 也 有 明 显 得 影 响 。再 结 晶 退 火 冷 塑 性 变 形 后 的 再 结 晶 退 火 ， 晶 粒 的 重新 形 成 过 程 ， 随 工 艺 的 不 同 对 晶 粒 尺 寸 有 很 大 的 影响 。 加 工 工 艺 对 组 织 的 影 响 热 处 理 通 过 加 热 、 保 温 、 冷 却 得 方 法 ， 改 变 材 料 的 组 织 ， 从而 达 到 改 善 材 料 性 能 的 工 艺 方 法 称 为 热 处 理 。 在 热 处 理 过 程 中不 改 变 零 件 的 形 状 ， 不 改 变 材 料 的 成 分 或 在 小 范 围 内 改 变 零 件表 面 的 成 分 。无 相 变 过 程 ： 均 匀 化 退 火 加 热 温 度 较 高 ， 消 除 晶 内 偏 析 去 应 力 退 火 加 热 温 度 较 低 ， 消 除 材 料 的 内 应 力 再 结 晶 退 火 冷 塑 性 变 形 后 的 再 结 晶 退 火 ， 晶 粒 的 重 新 形成 过 程 ， 随 工 艺 的 不 同 对 晶 粒 尺 寸 有 很 大 的 影 响 。 有 相 变 过 程 ： 平 衡 组 织 按 固 态 相 变 的 方 式 有 同 素 异 晶 转 变 、脱 溶 、 共 析 、 包 析 等 不 同 类 型 的 转 变 ， 转 变 结 构 是 完 全 得 到或 部 分 得 到 平 衡 组 织 ， 可 以 用 相 图 来 具 体 分 析 。 快 速 冷 却 在 快 速 冷 却 时 ， 随 冷 却 速 度 不 同 ， 可 能 得 到 的 是 亚 稳 态 组 织 ， 有 时 得 到 的 是 非 平 衡 组 织 。 加 工 工 艺 对 组 织 的 影 响 焊 接 用 熔 体 把 材 料 连 接 在 一 起 的 工 艺 过 程 。 焊 接 过程 比 较 复 杂 ， 需 要 用 相 关 的 知 识 进 行 综 合 应 用 ， 结 合具 体 条 件 具 体 分 析 。 熔 化 区 熔 化 区 的 冷 却 为 凝 固 过 程 ， 溶 体 的 成 分 决 定于 母 材 和 焊 料 ， 冷 却 过 程 与 零 件 的 材 料 、 尺 寸 、 工艺 都 有 一 定 的 关 系 。 热 影 响 区 热 影 响 区 的 加 热 温 度 和 冷 却 速 度 与 焊 接 工艺 有 关 ， 可 能 发 生 有 相 变 或 无 相 变 得 固 态 转 变 ， 母材 若 为 冷 变 形 材 料 ， 还 可 能 有 再 结 晶 等 。 材 料 的 组 织 与 力 学 性 能 的 关 系 应 用 材 料 首 先 要 达 到 必 需 的 强 度 (硬 度 )， 同 时 也要 考 虑 相 应 的 塑 性 。 以 下 总 结 以 下 提 高 材 料 强 度 若 干途 径 所 应 用 的 原 理 。 提 高 材 料 的 强 度 本 质 上 是 增 加 材料 发 生 塑 性 变 形 的 阻 力 。 固 溶 强 化 ： 溶 质 原 子 进 入 溶 剂 的 晶 格 中 ， 无 论 是 处在 晶 格 的 间 隙 ， 还 是 处 在 晶 格 节 点 的 异 类 原 子 ， 都 会造 成 一 定 的 晶 格 畸 变 。 利 用 溶 质 原 子 造 成 的 晶 格 畸 变 ，提 高 强 度 和 硬 度 。 对 金 属 材 料 基 体 为 纯 金 属 ， 由 于 固溶 体 保 留 溶 剂 的 晶 格 ， 溶 质 原 子 引 起 的 畸 变 范 围 是 有限 的 ， 所 以 固 溶 体 保 留 了 较 好 的 塑 性 ， 但 强 化 的 程 度也 是 有 限 的 。 材 料 的 组 织 与 力 学 性 能 的 关 系 2、 晶 界 对 塑 性 变 形 的 另 一 贡 献 是 晶 界 在 外 力 作 用 下 ，可 以 发 生 粘 滞 性 流 动 。 少 量 流 动 有 助 于 晶 粒 间 变 形 的协 调 ， 能 较 大 程 度 流 动 可 以 构 成 塑 性 变 形 的 另 一 方 式 ，且 这 种 流 变 不 会 产 生 加 工 硬 化 。 晶 界 强 化 1、 常 温 下 ， 金 属 材 料 的 塑 性 变 形 以 滑 移 作 为 主 要 方式 ， 位 错 的 滑 移 运 动 是 不 能 穿 过 晶 界 ， 即 晶 界 对 滑 移起 阻 碍 作 用 ， 可 以 提 高 材 料 的 强 度 。 晶 粒 愈 细 ， 晶 界愈 多 ， 材 料 的 强 度 愈 高 ， 同 时 细 小 晶 粒 有 利 多 晶 体 变形 之 间 的 协 调 ， 材 料 的 塑 性 、 韧 性 都 会 得 到 提 高 。 表示 屈 服 强 度 与 晶 粒 尺 寸 关 系 的 hell path公 式 ： 材 料 的 组 织 与 力 学 性 能 的 关 系 随 着 温 度 的 提 高 ， 原子 活 动 能 力 增 强 ， 材 料 的强 度 下 降 ， 塑 性 有 所 提 高 ，并 且 温 度 对 晶 界 流 变 的 作用 更 为 明 显 。 为 了 提 高 材料 的 强 度 ， 在 较 低 温 度 下 ，流 动 困 难 ， 塑 变 以 晶 内 滑移 为 主 ， 细 化 晶 粒 有 助 于提 高 材 料 的 强 度 ； 在 较 高温 度 下 ， 晶 界 流 动 成 为 塑变 的 主 要 方 式 ， 提 高 材 料的 强 度 应 粗 化 晶 粒 。 3、 晶 界 对 温 度 的 反 应 材 料 的 组 织 与 力 学 性 能 的 关 系 滑 移 是 塑 性 变 形 的主 要 方 式 ， 材 料 中 位 错密 度 对 材 料 的 强 度 的 影 响 加 工 硬 化 1、 完 全 无 位 错 存 在 时 ， 在 外 力 作 用 下 ，没 有 可 以 发 生 运 动 的 位 错 ， 材 料 表 现极 高 的 强 度 。 但 制 造 这 种 材 料 非 常 困难 ， 目 前 只 能 在 很 小 尺 寸 的 晶 体 中 实现 (晶 须 ),用 于 研 究 型 的 复 合 材 料 中 。2、 在 存 在 位 错 的 晶 体 材 料 中 ,随 位 错密 度 的 提 高 ， 位 错 运 动 受 交 割 作 用 影响 加 大 ， 材 料 的 强 度 得 到 提 高 。 经 过冷 变 形 的 金 属 材 料 ,发 生 了 加 工 硬 化 ，强 度 可 以 在 相 当 范 围 内 得 到 提 高 ， 常用 的 冷 轧 钢 板 、 冷 拔 钢 丝 就 是 一 例 。值 得 注 意 的 是 用 加 工 硬 化 提 高 强 度 的材 料 只 能 在 较 低 温 度 下 使 用 ， 否 则 因高 温 发 生 了 再 结 晶 ， 加 工 硬 化 的 强 化效 果 将 全 部 消 失 。 材 料 的 组 织 与 力 学 性 能 的 关 系 第 二 相 硬 质 点 强 化 第 二 相 硬 质 点 是 指 那 些 在 韧 性 材 料 中 存 在 的 不 易 发 生 塑 性变 形 的 化 合 物 ， 它 们 一 般 几 乎 不 能 发 生 塑 性 变 形 ， 在 大 的 应 力下 将 脆 性 断 裂 。 在 外 力 作 用 下 ， 运 动 位 错 遇 到 第 二 相 硬 质 点 时的 运 动 方 式 有 两 种 ， 切 割 或 绕 过 ， 都 会 增 加 运 动 阻 力 ， 可 以 提高 材 料 的 强 度 。 材 料 的 组 织 与 力 学 性 能 的 关 系 第 二 相 硬 质 点 强 化 如 果 第 二 相 硬 质 点 的 总 量 (如体 积 份 数 f)一 定 ， 单 个 质 点 的 尺 寸愈 小 ， 数 量 多 ， 排 列 密 集 ； 反 之 单个 质 点 的 尺 寸 愈 大 ， 数 量 少 ， 排 列稀 疏 。 对 位 错 来 说 ， 小 质 点 容 易 切割 ， 稀 疏 分 布 时 容 易 绕 过 。 所 以 质点 对 强 度 的 作 用 表 现 为 尺 寸 太 小 或尺 寸 过 大 都 会 降 低 其 效 果 ， 在 特 定的 合 适 范 围 才 有 最 大 的 强 化 效 果 。 此 外 ， 对 于 不 是 弥 散 分 布 的 二 相 构 成 的 材 料 ， 在 多 相 合 金应 用 中 不 同 相 具 有 不 同 性 能 的 特 点 ， 采 用 的 原 则 是 分 别 发 挥 各相 的 作 用 ， 例 如 在 轴 承 合 金 中 利 用 软 相 来 保 证 与 轴 的 良 好 接 触 面 ， 其 中 大 块 的 硬 相 来 提 高 其 耐 磨 性 。 材 料 的 组 织 与 力 学 性 能 的 关 系 热 处 理 强 化 利 用 热 处 理 ， 得 到 材 料 的 力 学 性 能 更 有 利 的 组 织 形态 。 包 括 ：1. 细 化 晶 粒 ， 可 以 用 再 结 晶 退 火 ， 淬 火 回 火 等 方 法 。 2. 改 善 第 二 相 的 分 布 ， 如 脱 溶 、 时 效 改 变 第 二 质 点 分布 ， 珠 光 体 的 球 化 处 理 方 法 等 。 3. 得 到 强 度 高 的 亚 稳 态 组 织 或 非 平 衡 组 织 ， 如 过 共 析钢 正 火 来 消 除 二 次 渗 碳 体 网 ， 淬 火 回 火 得 到 马 氏 体 、贝 氏 体 等 高 强 度 、 高 硬 度 的 状 态 。 详 细 内 容 将 在 热 处 理 中 会 进 一 步 介 绍 。 本 章 小 结1. 固 溶 体 自 由 能 的 计 算 原 则 ， 简 单 条 件 下 自 由能 与 成 分 之 间 的 关 系 和 相 平 衡 原 理 。2. 自 由 能 成 分 曲 线 与 相 图 的 对 应 关 系 。3. 介 绍 固 态 相 变 的 类 型 、 过 程 和 特 点 。4. 对 应 绪 论 ， 总 结 材 料 的 成 分 、 加 工 工 艺 对 组织 、 性 能 之 间 的 关 系 。