《合金固态相变》为教育部高等学校材料类专业教学指导委员会规划建设立项教材，国家级一流本科课程配套教材，根据教育部高等学校材料类专业教学指导委员会关于规划教材的编写要求编写。
合金固态相变是金属材料及相关专业本科生的必修内容，对学生理解并掌握金属材料成分—工艺—组织—性能四要素之间的相互关系极为重要，是学生未来从事材料科学研究和工程应用开发的基础。全书共分十二章，以固态相变晶体学、热力学、动力学、转变机理的“三学一理”为主线，论述了合金固态相变的一般规律和特点。重点介绍了钢的奥氏体转变、冷却过程中的珠光体转变、贝氏体相变、马氏体相变，以及钢在回火过程中的转变，并针对目前有色金属和合金应用领域不断扩大的发展趋势，对这些典型合金的时效和脱溶沉淀进行了介绍。同时，对强磁场和应力场下金属固态相变的最新研究成果进行概要介绍。为了使学生更好地全面了解固态相变的相关知识，本书还介绍了实现固态相变的热处理工艺和研究固态相变的方法手段，并在本书最后增加了合金相变理论及热处理应用实例章节。通过本书的学习，读者可了解合金固态相变的一般规律，学会运用基本理论和专业知识进行合金固态相变研究、分析及应用的基本思路和方法。
本书可作为材料科学与工程、金属材料工程、材料成型及控制工程等相关专业本科生、研究生的教材，也可供材料、冶金、机械等领域的工程技术人员参考。
赵乃勤，女，1961年9月生，籍贯江苏，现任天津大学材料科学与工程学院金属材料系主任，天津市材料复合材料与功能化重点实验室主任。中国复合材料学会理事，中国仪器仪表学会仪表材料学会理事，天津市X射线研究会副理事长。天津市科协第六届委员。赵乃勤老师从教二十八年，先后主讲了金属材料及热处理、金属X射线学、工程材料学、合金固态相变等本科生课程，合金热力学、固态相变、材料表面与界面等研究生课程。曾获国*家级教学成果二等奖，担任国*家级精品课程“合金固态相变”负责人，指导的博士论文被评为全国优秀博士学位论文。
第1章绪论
1.1引语 2
1.2固态相变发展简介和研究内容 3
1.2.1热处理相变研究的发展 3
1.2.2应力场对相变影响的研究 4
1.2.3磁场对相变影响的研究 5
1.2.4固态相变理论研究发展 6
1.2.5固态相变的研究对象 6
1.3固态相变的分类 7
1.3.1按热力学平衡条件分类 7
1.3.2按热力学参数分类 7
1.3.3按原子迁移方式分类 8
1.3.4按相变方式分类 9
1.4固态相变的一般特征 9
1.4.1固态相变的驱动力和阻力 9
1.4.2相界面 10
1.4.3新相的形状 12
1.4.4新相与母相的位向关系和惯习面 12
1.4.5固态相变的其它特点 13
1.5固态相变的形核和长大 13
1.5.1均匀形核 14
1.5.2非均匀形核 14
1.5.3晶核的长大 15
习题 17
参考文献 17
第2章合金固态相变的常用研究方法
2.1物相种类分析 19
2.1.1物相种类分析的原理 19
2.1.2X射线衍射分析方法 20
2.1.3电子衍射分析方法 21
2.2微观组织分析 24
2.2.1光学显微镜 24
2.2.2扫描电子显微镜 25
2.2.3透射电子显微镜 27
2.3相变过程的分析方法 31
2.3.1热分析法 31
2.3.2电阻分析法 33
2.3.3磁性分析法 34
2.3.4原位金相观察 35
2.3.5原位X射线衍射分析技术 35
2.3.6原位透射电子显微镜技术 36
习题 37
思考题 38
参考文献 38
第3章钢的加热和冷却转变及热处理概述
3.1钢的热处理基础知识 40
3.1.1Fe-Fe3C相图和钢的热处理 40
3.1.2加热和冷却对相变临界点的影响 41
3.1.3平衡相变和非平衡相变 41
3.2钢的加热转变——奥氏体化 41
3.2.1奥氏体的定义 42
3.2.2奥氏体的形貌及晶体结构 42
3.2.3奥氏体的性能 43
3.2.4奥氏体的形成 44
3.3钢的冷却转变 44
3.3.1过冷奥氏体及过冷奥氏体转变 44
3.3.2过冷奥氏体转变类型 44
3.3.3等温转变动力学图 45
3.3.4连续转变动力学图 50
3.4常规热处理方法 53
3.4.1退火 53
3.4.2正火 55
3.4.3淬火 56
3.4.4回火 59
习题 60
思考题 60
辅助阅读材料 60
参考文献 61
第4章钢的奥世体转变
4.1钢的奥氏体等温转变 62
4.1.1奥氏体转变热力学 63
4.1.2奥氏体转变机制 64
4.1.3奥氏体转变动力学 67
4.1.4奥氏体转变的影响因素 70
4.2钢中奥氏体的连续加热转变 72
4.2.1连续加热转变动力学图 72
4.2.2连续加热转变特点 72
4.3奥氏体晶粒长大及控制 74
4.3.1奥氏体晶粒度 74
4.3.2奥氏体晶粒长大与控制 75
4.4非平衡组织加热时的奥氏体转变 81
4.4.1针状奥氏体与颗粒状奥氏体 81
4.4.2非平衡组织加热转变的影响因素 82
4.4.3组织遗传现象及控制 83
习题 85
思考题 85
辅助阅读材料 86
参考文献 86
第5章珠光体转变
5.1珠光体组织 89
5.1.1珠光体的组织形态 89
5.1.2珠光体晶体学 92
5.2珠光体转变过程 93
5.2.1珠光体转变热力学 93
5.2.2片状珠光体的形成机制 94
5.2.3粒状珠光体的形成机制 98
5.2.4亚（过）共析钢珠光体转变 101
5.3珠光体转变动力学 104
5.3.1珠光体的形核率及长大速度 104
5.3.2珠光体等温转变的动力学图 105
5.3.3连续冷却转变的动力学图——CCT曲线及在退火中的作用 108
5.3.4珠光体转变的影响因素 109
5.4珠光体的力学性能 112
5.4.1共析成分珠光体的力学性能 112
5.4.2亚、过共析钢的珠光体转变产物的力学性能 114
5.4.3派登处理 114
5.5相间析出 115
5.5.1相间析出物的形态 115
5.5.2相间析出的条件 115
5.5.3相间析出机理 116
习题 116
思考题 117
参考文献 117
第6章马氏体相变
6.1马氏体的晶体学 120
6.1.1马氏体的晶体结构 120
6.1.2马氏体的位向关系和惯习面 121
6.2马氏体的类型及组织形态 123
6.2.1板条状马氏体 123
6.2.2针状（透镜片状）马氏体 123
6.2.3蝶状马氏体 125
6.2.4薄板状马氏体 125
6.2.5密排六方马氏体 126
6.3马氏体相变的主要特点 126
6.3.1表面浮凸与界面共格 127
6.3.2马氏体相变的无扩散性 128
6.3.3非恒温转变与转变的不完全性 128
6.3.4马氏体相变的可逆性 129
6.4马氏体相变机理 130
6.4.1马氏体相变热力学 130
6.4.2马氏体相变动力学特点 136
6.4.3马氏体的形核与长大 142
6.5淬火时的奥氏体稳定化 147
6.5.1热稳定化 147
6.5.2机械稳定化 149
6.5.3化学稳定化 149
6.5.4相致稳定化 149
6.5.5奥氏体稳定化的应用 150
6.6马氏体性能及其应用 150
6.6.1马氏体的硬度、强度与钢的强化 150
6.6.2马氏体的塑性、韧性和钢的韧化 153
6.6.3马氏体中的显微裂纹 154
6.6.4超弹性与形状记忆效应 154
6.6.5马氏体的物理性能与功能应用 156
习题 156
思考题 157
辅助阅读材料 157
参考文献 157
第7章贝氏体相变
7.1贝氏体相变的基本特征 161
7.1.1贝氏体相变的基本共识 161
7.1.2贝氏体的定义 161
7.1.3贝氏体组织的分类 161
7.2贝氏体组织形态 162
7.2.1上贝氏体 162
7.2.2下贝氏体 163
7.2.3其它各类贝氏体 163
7.3贝氏体相变的晶体学 165
7.3.1贝氏体铁素体晶体学关系 165
7.3.2碳化物的位向关系 166
7.4有色合金中的贝氏体 166
7.4.1Cu-Zn合金的贝氏体 167
7.4.2Ag-Zn合金的贝氏体 167
7.4.3Ag-Cd合金的贝氏体 167
7.5贝氏体铁素体的精细结构 168
7.5.1贝氏体铁素体中的亚单元 168
7.5.2位错密度 169
7.5.3中脊 170
7.5.4表面浮凸 170
7.6贝氏体相变机理 171
7.6.1切变机制 171
7.6.2台阶-扩散机制 173
7.7贝氏体中的碳化物 174
7.7.1碳的再分配 174
7.7.2贝氏体中碳化物分布与形成温度的相关性 175
7.7.3碳化物的形成与析出机制 176
7.8贝氏体相变的热力学 177
7.8.1贝氏体相变的驱动力 177
7.8.2Bs点及其与钢成分的关系 178
7.9贝氏体相变动力学 179
7.9.1贝氏体等温相变动力学的特点 179
7.9.2影响贝氏体相变动力学的因素 180
7.9.3连续冷却转变图 182
7.10贝氏体的力学性能 183
7.10.1贝氏体的强度和硬度 183
7.10.2贝氏体的塑性和韧性 185
7.11贝氏体钢及最新研究进展 186
习题 188
思考题 188
辅助阅读材料 189
参考文献 189
第8章钢的回火转变
8.1回火的定义及目的 192
8.2淬火碳钢回火过程的组织变化 192
8.2.1马氏体中碳原子偏聚和聚集 193
8.2.2马氏体分解 193
8.2.3残余奥氏体转变 196
8.2.4碳化物类型变化 197
8.2.5碳化物聚集长大 200
8.2.6基体α相状态的变化 201
8.3合金元素对回火转变的影响 202
8.3.1合金元素对马氏体分解的影响 202
8.3.2合金元素对残余奥氏体转变的影响 203
8.3.3合金元素对碳化物类型变化的影响 203
8.3.4合金元素对碳化物聚集长大的影响 204
8.3.5合金元素对α相状态变化的影响 205
8.4淬火钢回火时的力学性能变化 206
8.4.1硬度和强度的变化 206
8.4.2塑性和韧性的变化 207
8.4.3钢的回火脆性 208
8.5非马氏体组织的回火 211
8.6回火产物与奥氏体直接分解产物的性能比较 212
8.7回火工艺的制订及应用举例 213
8.7.1回火工艺的制订 213
8.7.2应用举例 215
习题 217
思考题 217
辅助阅读材料 218
参考文献 218
第9章合金脱溶沉淀与时效
9.1合金的时效过程 221
9.1.1时效过程 221
9.1.2脱溶相的粗化 230
9.2合金时效热力学及动力学 231
9.2.1合金时效过程热力学 231
9.2.2合金时效过程等温动力学 232
9.2.3影响合金时效动力学的因素 233
9.3时效后的微观组织 235
9.3.1时效过程中脱溶类型及其微观组织 235
9.3.2时效过程中微观组织的变化 239
9.4合金时效过程中性能的变化 240
9.4.1时效硬化曲线及影响时效硬化的因素 240
9.4.2时效硬化机理 244
9.4.3时效回归现象 248
9.5合金的调幅分解 249
9.5.1调幅分解的热力学条件和过程 249
9.5.2调幅分解的组织和性能 252
9.6典型合金的时效相变 252
9.6.1铝合金时效相变 252
9.6.2马氏体时效钢的时效相变 256
9.6.3镁合金的时效相变 259
9.6.4钛合金中的时效相变 261
9.6.5铜合金中的相变 264
习题 266
思考题 267
辅助阅读材料 267
参考文献 267
第10章强磁场作用下的固态相变
10.1强磁场对材料的主要作用方式 271
10.1.1强磁场介绍 271
10.1.2强磁场对材料的主要作用方式 272
10.2强磁场作用下原子固态扩散行为 273
10.2.1强磁场作用下Cu Ni固溶扩散行为及柯肯达尔效应 274
10.2.2强磁场作用下Al Mg固态反应扩散行为 279
10.2.3强磁场作用下合金热处理过程中溶质迁移行为（溶质偏析） 281
10.3强磁场作用下钢中的固态相变 283
10.3.1强磁场作用下的马氏体相变 284
10.3.2强磁场作用下的铁素体相变 286
10.3.3强磁场作用下其它固态相变 289
习题 293
思考题 293
辅助阅读材料 293
参考文献 293
第11章应力场作用下的相变
11.1应力场作用下的相变概述及基本原理 297
11.1.1应力的分类 297
11.1.2应力对相变热力学的影响 297
11.1.3应力对相变动力学的影响 298
11.2应力作用下钢的铁素体和珠光体转变 299
11.2.1弹性应力下的铁素体和珠光体转变 299
11.2.2塑性应力下的铁素体和珠光体转变 301
11.3应力场作用下的马氏体相变 303
11.3.1弹性应力对马氏体相变的影响 303
11.3.2相变前预应变对马氏体形核的影响 304
11.3.3相变塑性及TRIP钢 305
11.4应力场作用下的贝氏体相变 307
11.4.1弹性应力对贝氏体相变的影响 307
11.4.2塑性应力下的贝氏体相变 309
11.5形变热处理 311
11.5.1形变热处理的分类和应用 311
11.5.2形变热处理强韧化的机理 315
11.5.3影响形变热处理强化效果的工艺因素 317
习题 318
思考题 319
辅助阅读材料 319
参考文献 319
第12章合金固态相变热处理应用实例
12.1珠光体钢热处理实例 322
12.2贝氏体钢热处理实例 324
12.3马氏体时效不锈钢热处理实例 327
12.4增材制造起落架用超高强度钢热处理实例 329
12.5高铁车轴钢的热处理实例 331
12.6铁路钢轨用钢模拟热处理应用实例 333
12.7铁路桥梁钢CCT曲线测定及控轧控冷工艺实例 335
12.8汽车车身用钢淬火配分热处理实例 337
12.9核电用钢热处理及新一代钢研发进展实例 339
12.10风电轴承钢等温淬火相变实例 343
12.11铝合金固溶时效热处理实例 344
思考题 346
辅助阅读材料 347
参考文献 347
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