金屬組織控制原理

前言

　　材料科學(xué)與工程類(lèi)有關(guān)專(zhuān)業(yè)的名稱(chēng)和內(nèi)涵有了很大的變化。各高校根據(jù)自己的定位和人才培養(yǎng)模式，制訂本科專(zhuān)業(yè)教學(xué)計(jì)劃，并不斷地修訂和完善。根據(jù)我國(guó)工業(yè)發(fā)展水平和對(duì)人才的需求，大部分企業(yè)迫切地需要工程創(chuàng)新人才。因此我國(guó)大部分設(shè)置材料類(lèi)專(zhuān)業(yè)的高校，應(yīng)著力培養(yǎng)社會(huì)急需的工程應(yīng)用創(chuàng)新型人才。與人才培養(yǎng)目標(biāo)相應(yīng)的，在教學(xué)計(jì)劃、課程體系、課程內(nèi)容和實(shí)踐性環(huán)節(jié)等方面都要進(jìn)行一系列改革。該教材適用于以工程人才為培養(yǎng)目標(biāo)的高校材料類(lèi)本科專(zhuān)業(yè)的教學(xué)?！　”窘滩氖墙饘俨牧瞎こ痰炔牧项?lèi)專(zhuān)業(yè)的主干課程教材，也是材料成型與控制等材料類(lèi)其他專(zhuān)業(yè)的必修（選）課程教材?，F(xiàn)在，金屬材料工程等新專(zhuān)業(yè)的內(nèi)涵拓寬了。近20年來(lái)，材料學(xué)科無(wú)論是在理論上還是在工程技術(shù)上都取得了很大的成就，得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。因此，課程體系與教材的內(nèi)容也應(yīng)相應(yīng)地改變?，F(xiàn)在的教材取名為《金屬組織控制原理》?！　∫?yàn)榻饘俨牧涎芯枯^早，發(fā)展最成熟，所以就本科專(zhuān)業(yè)的教學(xué)而言，無(wú)論是體系還是內(nèi)容都是較經(jīng)典的?！敖饘俳M織控制原理”課程在學(xué)科專(zhuān)業(yè)知識(shí)體系中起著一個(gè)承上啟下的橋梁作用。在多年的講稿和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)及體會(huì)的基礎(chǔ)上，我們根據(jù)原有一些教材的體系進(jìn)行新編。本教材編寫(xiě)的主要原則是保持科學(xué)的體系，簡(jiǎn)化繁雜的內(nèi)容，增加新穎而成熟的理論。由于控軋控冷制備微合金鋼無(wú)論在理論上還是在應(yīng)用上都取得了巨大的成功，因此在教材中增加了“控軋控冷過(guò)程的組織控制”的內(nèi)容。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，有色金屬合金的應(yīng)用日益增多，因此新增了“非鐵合金的固溶與分解”一章?？紤]到非鐵合金固溶處理后，過(guò)飽和固溶體分解有沉淀析出第二相和調(diào)幅分解等性質(zhì)不同的情況，將晶體結(jié)構(gòu)無(wú)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的調(diào)幅分解、有序化等內(nèi)容在第8章“非鐵合金的固溶與分解”中介紹，而時(shí)效和沉淀析出的內(nèi)容作為第9章的內(nèi)容。其他各章內(nèi)容根據(jù)新發(fā)展，結(jié)合原有各教材取長(zhǎng)補(bǔ)短，進(jìn)行補(bǔ)充和修改。在內(nèi)容的取舍上兼顧了前后專(zhuān)業(yè)課程的知識(shí)銜接，在某些章節(jié)的深度方面也考慮了與研究生學(xué)位課程“材料固態(tài)相變”的分工。

內(nèi)容概要

　　材料類(lèi)本科專(zhuān)業(yè)主干課程的教材?！督饘俳M織控制原理》內(nèi)容分為9章，主要包括金屬固態(tài)組織演化概述、鐵合金奧氏體化與奧氏體、共析分解與珠光體、控軋控冷過(guò)程的組織演化、馬氏體相變與馬氏體、貝氏體相變與貝氏體、鋼的回火轉(zhuǎn)變、非鐵合金的固溶（淬火）與分解、合金的時(shí)效與脫溶等內(nèi)容。　　根據(jù)學(xué)科專(zhuān)業(yè)的內(nèi)涵，在內(nèi)容編寫(xiě)上盡可能地凸現(xiàn)材料組織演化規(guī)律及其性能特點(diǎn)的課程主線，最小能量原理和自組織理論的課程“思想”，材料組織演化熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)和結(jié)構(gòu)學(xué)的課程核心?！　　督饘俳M織控制原理》既可以作為材料類(lèi)本科專(zhuān)業(yè)的教材，也可以供研究生和從事材料科學(xué)與工程技術(shù)人員參考。

作者簡(jiǎn)介

　　戴起勛，1948年生，江蘇吳江人。江蘇大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授、博導(dǎo)。中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)材料分會(huì)第5屆理事，金屬熱處理雜志編委。1982年畢業(yè)于鎮(zhèn)江農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)院，1985年結(jié)業(yè)于北京鋼鐵學(xué)院材料系助教班，修滿碩士研究生學(xué)分。歷任江蘇工學(xué)院機(jī)械制造工程系副主任、材料工程系副主任、江蘇理工大學(xué)教務(wù)處副處長(zhǎng)、機(jī)械部蘇州培訓(xùn)中心主任、江蘇大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院黨總支書(shū)記，材料科學(xué)與工程學(xué)院院長(zhǎng)。一直從事材料工程的科研和教學(xué)工作，主要研究方向是材料設(shè)計(jì)與新材料開(kāi)發(fā)、金屬材料強(qiáng)韌化與形變斷裂、材料激光物理。參加或主持完成科研項(xiàng)目16項(xiàng)，其中部省級(jí)8項(xiàng)。負(fù)責(zé)或參加在研部省、國(guó)家自然科學(xué)基金及工業(yè)攻關(guān)等課題5項(xiàng)。獲6項(xiàng)部省、市科技進(jìn)步獎(jiǎng)，獲省市級(jí)教學(xué)成果獎(jiǎng)6項(xiàng)，其中2005年獲江蘇省精品教材獎(jiǎng)1項(xiàng)，2006年獲江蘇省一類(lèi)精品課程1項(xiàng)。合作申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利6項(xiàng)，授權(quán)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利2項(xiàng)。編著出版《金屬材料學(xué)》、《材料科學(xué)與研究方法》、《材料固態(tài)相變與擴(kuò)散》、《科技創(chuàng)新與論文寫(xiě)作》、《奧氏體鋼設(shè)計(jì)與控制》等教材著作9部，其中國(guó)家“十一五”規(guī)劃教材2項(xiàng)。在國(guó)內(nèi)外主要雜志上發(fā)表論文100余篇，其中40余篇被《SCI》等國(guó)際三大檢索收錄，SCI引文20余篇。2003年獲鎮(zhèn)江市勞動(dòng)模范，2003和2005年度獲江蘇大學(xué)優(yōu)秀共產(chǎn)黨員榮譽(yù)稱(chēng)號(hào)。2004和2006年為江蘇大學(xué)優(yōu)秀教師。

書(shū)籍目錄

1 金屬固態(tài)組織演化概述1.1 固態(tài)組織演化的辯證觀與自組織1.2 組織演化過(guò)程的基本原理1.3 固態(tài)相變的分類(lèi)1.4 固態(tài)相變的特點(diǎn)1.5 固態(tài)相變的形核與長(zhǎng)大1.6 第二相顆粒的粗化本章小結(jié)思考題與習(xí)題2 鐵合金奧氏體化與奧氏體2.3 奧氏體形成動(dòng)力學(xué)2.4 奧氏體晶粒長(zhǎng)大及控制本章小結(jié)思考題與習(xí)題3 共析分解與珠光體3.2 珠光體組織形成機(jī)制3.3 珠光體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)3.4 過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)圖3.5 非鐵合金中的共析分解本章小結(jié)思考題與習(xí)題4 控軋控冷過(guò)程的組織演化4.1 概述4.2 高溫形變與奧氏體的回復(fù)再結(jié)晶4.3 第二相質(zhì)點(diǎn)在奧氏體中的溶解和析出規(guī)律4.4 微合金鋼γ—a相變的控制本章小結(jié)思考題與習(xí)題5 馬氏體相變與馬氏體5.1 馬氏體組織形態(tài)5.2 馬氏體組織的性能特性5.3 馬氏體相變主要特征5.4 馬氏體結(jié)構(gòu)的晶體學(xué)5.5 馬氏體相變熱力學(xué)5.6 馬氏體相變動(dòng)力學(xué)5.7 馬氏體轉(zhuǎn)變理論5.8 熱彈性馬氏體與形狀記憶效應(yīng)本章小結(jié)思考題與習(xí)題6 貝氏體相變與貝氏體6.1 貝氏體組織基本特征與性質(zhì)6.2 貝氏體相變熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)6.3 貝氏體相變的過(guò)渡性與主要特征6.4 貝氏體相變機(jī)制6.5 非鐵合金中的貝氏體6.6 鋼中的魏氏體組織本章小結(jié)思考題與習(xí)題7 鋼的回火轉(zhuǎn)變7.1 淬火鋼的回火組織7.2 馬氏體的分解7.3 殘留奧氏體的轉(zhuǎn)變7.4 碳化物的析出與轉(zhuǎn)變7.5 a相的回復(fù)、再結(jié)晶及內(nèi)應(yīng)力的消除7.6 淬火鋼回火時(shí)力學(xué)性能的變化本章小結(jié)思考題與習(xí)題8 非鐵合金的固溶（淬火）與分解8.1 非鐵合金的均勻化處理8.2 非鐵合金的固溶（淬火）處理8.3 合金的調(diào)幅分解8.4 合金的有序化轉(zhuǎn)變本章小結(jié)思考題與習(xí)題9 合金的時(shí)效與脫溶9.1 脫溶過(guò)程析出物組織特征9.2 脫溶過(guò)程中材料性能的變化9.3 脫溶過(guò)程熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)9.4 脫溶沉淀析出過(guò)程9.5 鐵基合金的脫溶析出本章小結(jié)思考題與習(xí)題參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　1 金屬固態(tài)組織演化概述（Introduction to Solid—state Structure Evolution in Alloy）　　在一般情況下，金屬合金是一種具有晶體結(jié)構(gòu)的材料，它是由各種不同相所組成的系統(tǒng)。金屬合金材料在溫度、壓力等外界環(huán)境條件發(fā)生改變時(shí)，往往會(huì)發(fā)生晶體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變和組織狀態(tài)的變化，也就是常說(shuō)的相變或組織演化。材料的組織演化進(jìn)行的類(lèi)型和程度，決定了最終的產(chǎn)物，即組織狀態(tài)。而材料的性能是取決于組織狀態(tài)的。為了使材料得到所希望的性能，我們必須在加工、制備等過(guò)程中控制材料的宏觀與微觀組織狀態(tài)。因此，必須理解和掌握材料在不同環(huán)境條件下發(fā)生的相變或組織演化過(guò)程的規(guī)律及其產(chǎn)物特性?！　?.1 固態(tài)組織演化的辯證觀與自組織　　1.1.1 金屬材料系統(tǒng)組織演化的復(fù)雜性　　1.1.1.1 一般概念的內(nèi)涵與外延　?。?）系統(tǒng)與要素 材料是一個(gè)開(kāi)放的復(fù)雜系統(tǒng)。錢(qián)學(xué)森從控制論角度，強(qiáng)調(diào)了系統(tǒng)的功能：“系統(tǒng)是由相互依賴(lài)的若干組成部分結(jié)合而成的、具有特定功能的有機(jī)整體”。特定功能類(lèi)似于材料的性能，組成部分就是材料的組織結(jié)構(gòu)或組成相。材料系統(tǒng)所具有的主要特性描述如下。　?、倌康男?材料是作為某些性能為人類(lèi)服務(wù)的。因此研究材料系統(tǒng)，就是希望能獲得一定的性能或功能?！　、诮Y(jié)構(gòu)性 由于材料系統(tǒng)的組元之間是相互聯(lián)系和相互作用的，因此系統(tǒng)內(nèi)部是由各組元構(gòu)成的有機(jī)整體?！　、郗h(huán)境性材料是開(kāi)放的系統(tǒng)。在材料的制備、加工和使用等流程中，系統(tǒng)與環(huán)境之間都有輸入與輸出的關(guān)系，因此必須重視環(huán)境對(duì)材料系統(tǒng)的影響，從而達(dá)到控制材料組織和性能的目的?！　、苷w性對(duì)于系統(tǒng)的功能，特別是系統(tǒng)的最優(yōu)化功能，必須從系統(tǒng)的整體來(lái)考慮問(wèn)題和進(jìn)行研究。有些系統(tǒng)中的每個(gè)組元并不是很完善，但由于組織結(jié)構(gòu)較好，可以綜合成為具有良好功能的系統(tǒng)。反之，系統(tǒng)中的組元雖然都很好，但因?yàn)榻M織結(jié)構(gòu)欠佳，系統(tǒng)的整體功能仍是不好的。這就是材料組織控制的重要性。　　組織控制的最優(yōu)化目的，就是通過(guò)一定的方法與途徑，合理安排材料中合金元素的存在形式與分布，獲得所期望的組織結(jié)構(gòu)及其狀態(tài)，使材料的潛力得到充分的發(fā)揮。　　在一般情況下，材料在制備、加工和使用過(guò)程中都會(huì)涉及組織演化（evolution）的問(wèn)題。材料組織演化有四個(gè)共性問(wèn)題：能量、過(guò)程、結(jié)構(gòu)和性能?！　〔牧系哪芰考劝瞬牧系膬?nèi)能，也包括了材料與環(huán)境交換的能量。材料的過(guò)程表明材料在給定外界條件下從始態(tài)到終態(tài)的變化。材料的結(jié)構(gòu)表明材料的組元及其排列和運(yùn)動(dòng)的方式。材料的性能是一種參量，用于表征材料在給定外界條件下的行為。

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