金屬組織控制原理

前言

　　材料科學與工程類有關(guān)專業(yè)的名稱和內(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，制訂本科專業(yè)教學計劃，并不斷地修訂和完善。根據(jù)我國工業(yè)發(fā)展水平和對人才的需求，大部分企業(yè)迫切地需要工程創(chuàng)新人才。因此我國大部分設(shè)置材料類專業(yè)的高校，應(yīng)著力培養(yǎng)社會急需的工程應(yīng)用創(chuàng)新型人才。與人才培養(yǎng)目標相應(yīng)的，在教學計劃、課程體系、課程內(nèi)容和實踐性環(huán)節(jié)等方面都要進行一系列改革。該教材適用于以工程人才為培養(yǎng)目標的高校材料類本科專業(yè)的教學?！　”窘滩氖墙饘俨牧瞎こ痰炔牧项悓I(yè)的主干課程教材，也是材料成型與控制等材料類其他專業(yè)的必修（選）課程教材?，F(xiàn)在，金屬材料工程等新專業(yè)的內(nèi)涵拓寬了。近20年來，材料學科無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》?！　∫驗榻饘俨牧涎芯枯^早，發(fā)展最成熟，所以就本科專業(yè)的教學而言，無論是體系還是內(nèi)容都是較經(jīng)典的?！敖饘俳M織控制原理”課程在學科專業(yè)知識體系中起著一個承上啟下的橋梁作用。在多年的講稿和教學經(jīng)驗及體會的基礎(chǔ)上，我們根據(jù)原有一些教材的體系進行新編。本教材編寫的主要原則是保持科學的體系，簡化繁雜的內(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“控軋控冷過程的組織控制”的內(nèi)容。隨著國民經(jīng)濟的迅速發(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)合原有各教材取長補短，進行補充和修改。在內(nèi)容的取舍上兼顧了前后專業(yè)課程的知識銜接，在某些章節(jié)的深度方面也考慮了與研究生學位課程“材料固態(tài)相變”的分工。

內(nèi)容概要

　　材料類本科專業(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、合金的時效與脫溶等內(nèi)容?！　「鶕?jù)學科專業(yè)的內(nèi)涵，在內(nèi)容編寫上盡可能地凸現(xiàn)材料組織演化規(guī)律及其性能特點的課程主線，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、動力學和結(jié)構(gòu)學的課程核心。　　《金屬組織控制原理》既可以作為材料類本科專業(yè)的教材，也可以供研究生和從事材料科學與工程技術(shù)人員參考。

作者簡介

　　戴起勛，1948年生，江蘇吳江人。江蘇大學材料科學與工程學院教授、博導(dǎo)。中國機械工程學會材料分會第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)機械學院，1985年結(jié)業(yè)于北京鋼鐵學院材料系助教班，修滿碩士研究生學分。歷任江蘇工學院機械制造工程系副主任、材料工程系副主任、江蘇理工大學教務(wù)處副處長、機械部蘇州培訓(xùn)中心主任、江蘇大學材料科學與工程學院黨總支書記，材料科學與工程學院院長。一直從事材料工程的科研和教學工作，主要研究方向是材料設(shè)計與新材料開發(fā)、金屬材料強韌化與形變斷裂、材料激光物理。參加或主持完成科研項目16項，其中部省級8項。負責或參加在研部省、國家自然科學基金及工業(yè)攻關(guān)等課題5項。獲6項部省、市科技進步獎，獲省市級教學成果獎6項，其中2005年獲江蘇省精品教材獎1項，2006年獲江蘇省一類精品課程1項。合作申請國家發(fā)明專利6項，授權(quán)國家發(fā)明專利2項。編著出版《金屬材料學》、《材料科學與研究方法》、《材料固態(tài)相變與擴散》、《科技創(chuàng)新與論文寫作》、《奧氏體鋼設(shè)計與控制》等教材著作9部，其中國家“十一五”規(guī)劃教材2項。在國內(nèi)外主要雜志上發(fā)表論文100余篇，其中40余篇被《SCI》等國際三大檢索收錄，SCI引文20余篇。2003年獲鎮(zhèn)江市勞動模范，2003和2005年度獲江蘇大學優(yōu)秀共產(chǎn)黨員榮譽稱號。2004和2006年為江蘇大學優(yōu)秀教師。

書籍目錄

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 組織演化過程的基本原理1.3 固態(tài)相變的分類1.4 固態(tài)相變的特點1.5 固態(tài)相變的形核與長大1.6 第二相顆粒的粗化本章小結(jié)思考題與習題2 鐵合金奧氏體化與奧氏體2.3 奧氏體形成動力學2.4 奧氏體晶粒長大及控制本章小結(jié)思考題與習題3 共析分解與珠光體3.2 珠光體組織形成機制3.3 珠光體轉(zhuǎn)變動力學3.4 過冷奧氏體轉(zhuǎn)變動力學圖3.5 非鐵合金中的共析分解本章小結(jié)思考題與習題4 控軋控冷過程的組織演化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5.5 馬氏體相變熱力學5.6 馬氏體相變動力學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 貝氏體相變熱力學與動力學6.3 貝氏體相變的過渡性與主要特征6.4 貝氏體相變機制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 淬火鋼回火時力學性能的變化本章小結(jié)思考題與習題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)思考題與習題9 合金的時效與脫溶9.1 脫溶過程析出物組織特征9.2 脫溶過程中材料性能的變化9.3 脫溶過程熱力學和動力學9.4 脫溶沉淀析出過程9.5 鐵基合金的脫溶析出本章小結(jié)思考題與習題參考文獻

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，往往會發(fā)生晶體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變和組織狀態(tài)的變化，也就是常說的相變或組織演化。材料的組織演化進行的類型和程度，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 材料是一個開放的復(fù)雜系統(tǒng)。錢學森從控制論角度，強調(diào)了系統(tǒng)的功能：“系統(tǒng)是由相互依賴的若干組成部分結(jié)合而成的、具有特定功能的有機整體”。特定功能類似于材料的性能，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)成的有機整體。　?、郗h(huán)境性材料是開放的系統(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)境對材料系統(tǒng)的影響，從而達到控制材料組織和性能的目的?！　、苷w性對于系統(tǒng)的功能，特別是系統(tǒng)的最優(yōu)化功能，必須從系統(tǒng)的整體來考慮問題和進行研究。有些系統(tǒng)中的每個組元并不是很完善，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，但因為組織結(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?！　≡谝话闱闆r下，材料在制備、加工和使用過程中都會涉及組織演化（evolution）的問題。材料組織演化有四個共性問題：能量、過程、結(jié)構(gòu)和性能。　　材料的能量既包括了材料的內(nèi)能，也包括了材料與環(huán)境交換的能量。材料的過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動的方式。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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