金属固态相变的主要类型

     金属固态相变的类型很多，有许多金属在不同条件下可能会发生几种不同类型的转变。根据固态相变类型随外界条件不同而引起的变化，可大体上将其分为两大范畴：其一为平衡转变，其二为不平衡转变。 

       固态金属在缓慢加热或冷却时发生的能获得符合相图所示平衡组织的相变称为平衡转变。固态金属发生的平衡转变主要有以下几种。

1.1 同素异构转变和多型性转变 

      纯金属在温度和压力变化时，由某一种品体结构转变为另一种晶体结构的过程称为同素异构转变，铁、钛、钴、锡等纯金属都会发生这种转变。在固溶体中发生的由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的过程则称为多型性转变，钢在加热或冷却时发生的铁素体向奥氏体或奥氏体向铁素体的转变即属于这种转变。

1.2 平衡脱溶沉淀    

      设A-B二元合金具有如下图所示的相图，当成分为K的合金被加热到t₁温度时，β相将全部溶入α相中而成为单一的固溶体。若自t₁温度缓慢冷却，当冷至固溶度曲线MN以下温度时，β相又将逐渐析出，这一过程称为平衡脱溶沉淀。其特点是新相的成分与结构始终与母相的不同；随着新相的析出，母相的成分和体积分数将不断变化，但母相不会消失。钢在冷却时，二次渗碳体从奥氏体中析出，即属于这种转变。

1.3 共析转变    

      合金在冷却时由一个固相同时分解为两个不同的固相的转变称为共析转变，可以用反应式γ→α+β表示。共析转变生成的两个相的成分和结构都与原母相(反应相)不同。钢在冷却时由奥氏体转变为珠光体(铁素体与渗碳体的混合物)，即属于这种转变。

1.4 调幅(或增幅)分解    

      某些合金在高温下为均匀的单一固溶体，待冷却至某一温度范围时，将分解成为两种与原固溶体的结构相同，而成分却明显不同的微区的转变称为调幅(或增幅)分解，可以用反应式α→α₁+α₂表示。其特点是：在转变初期，新形成的两个微区之间并无明显的界面和成分的突变，但通过上坡扩散，最终使一均匀固溶体变为一个不均匀固溶体。

1.5 有序化转变   

      固溶体(包括以中间相为基的固溶体)中，各组元原子的相对位置从无序到有序(指长程有序)的转变过程称为有序化转变。在Cu-Zn，Cu-Au，Mn-Ni，Fe-Ni，Ti-Ni等60多种合金系中都可发生这种转变。

     固态金属在快速加热或冷却时，由于平衡转变受到抑制，可能发生某些不平衡转变而得到在相图上不能反映的不平衡(或介稳)组织。固态金属发生的不平衡转变主要有以下几种：

2.1 伪共析转变  

      以钢为例，当奥氏体以较快冷速被过冷到GS和ES的延长线以下温度时(如下图中虚线所示)，将从奥氏体中同时析出铁素体和渗碳体。从这一转变过程和转变产物的组成相来看，与钢中共析转变(即珠光体转变)相相同,但其组成相的相对量(或转变产物的平均成分)却并非定值，而是依奥氏体的碳质量分数而变，故称为伪共析转变。

2.2 马氏体转变   

     以钢为例，若进一步提高冷速，使奥氏体来不及进行伪共析转变而被过冷到更低温度，由于在低温下铁和碳原子都难于扩散，这时奥氏体便以一种特殊的机理，即无须借助于原子扩散的方式将γ点阵改组为α点阵，这种相变称为马氏体转变，其转变产物称为马氏体。马氏体的成分与母相奥氏体的相同。除Fe-C合金外，在许多其他合金(如铜合金、钛合金)中也能发生马氏体转变。

2.3 块状转变   

     对于纯铁或低碳钢，在一定的冷速下γ相或奥氏体可以转变为与之具有相同成分而形貌呈块状的α相。这种块状新相的长大是通过原子的短程扩散使新、母相间的非共格界面推移而实现的。这种相变在新相的形貌上和与母相的界面结构上均与马氏体转变不同，称为块状转变。这种转变在Cu-Zn，Cu-Ga合金中也存在。

2.4 贝氏体转变   

      以钢为例，当奥氏体被过冷至珠光体转变和马氏体转变之间的温度范围时，由于铁原子已难于扩散，而碳原子尚具有一定扩散能力，故出现一种不同于马氏体转变的的独特的不平衡转变，称为贝氏体转变，又称为中温转变。其转变产物的组成相是α相和碳化物，但α相的碳质量分数和形态，以及碳化物的形态和分布等均与珠光体的不同，称为贝氏体。

2.5 不平衡脱溶沉淀    

      如图1所示，若合金K自温度采取快冷，则相来不及析出，待冷到室温时便得到一过饱和固溶体α’。如在室温或低于MN线的温度下，溶质原子尚具有一定扩散能力，则在上述温度停留期间，过饱和固溶体便会自发地发生分解，从中逐渐析出新相，但这种新相在析出的初级阶段，在成分和结构上均与平衡沉淀相有所不同，这种相变称为不平衡脱溶沉淀(也称为时效)。在低碳钢和铝、镁等有色合金中会发生这种转变。  

     综上所述，尽管金属固态相变的类型很多，但就相变过程的实质来说，其变化不外乎以下三个方面：①结构；②成分；③有序化程度。有些转变只具有某一种变化，而有些转变则同时兼有两种或三种变化。例如，同素异构转变、多型性转变、马氏体转变、块状转变等只有结构上的变化，调幅分解只有成分上的变化，有序化转变只有有序化程度的变化，而共析转变、贝氏体转变、脱溶沉淀等则兼有结构和成分的变化等等。  

     由于不同的转变可以获得不同的转变产物，即不同的组织和结构，因此，同一种金属或合金通过不同的热处理便可获得不同的性能。