第1章 过冷奥氏体整合系统 1
1.1 钢是一个复杂系统 1
1.1.1 金属复杂系统 1
1.1.2 系统的特征 2
1.2 过冷奥氏体是整合系统 3
1.2.1 钢和合金钢是整合系统不是混合系统 3
1.2.2 整体大于部分之总和 4
1.2.3 非线性相互作用 5
1.3 相变的复杂性和转变产物组织形貌的多样性 9
1.3.1 相变的复杂性 9
1.3.2 组织、性能的多样性 10
1.4 过冷奥氏体转变的自组织 11
1.4.1 相变自组织的条件 11
1.4.2 过冷奥氏体转变过程是自组织的 12
参考文献 17
第2章 固态相变中原子的位移 18
2.1 金属中的扩散理论概要 18
2.1.1 扩散定律 19
2.1.2 扩散定律在固态相变中的应用举例 20
2.1.3 原子运动和扩散系数 21
2.1.4 扩散机理 23
2.2 原子迁移的热力学分析 27
2.2.1 扩散的驱动力 27
2.2.2 原子热激活跃迁 28
2.3 实际金属中的扩散 29
2.3.1 纯金属中的自扩散 29
2.3.2 稀合金中的扩散 31
2.3.3 金属晶体结构对扩散系数的影响 32
2.3.4 合金元素的影响 34
2.4 马氏体相变中原子的切变位移 34
2.4.1 马氏体相变的K-S切变模型 34
2.4.2 马氏体相变的G-T模型，均匀切变和非均匀切变 38
2.5 过冷奥氏体相变过程中原子的迁移方式 40
2.5.1 温度对原子位移方式的影响 41
2.5.2 奥氏体形成阶段原子的扩散 42
2.5.3 过冷奥氏体共析分解反应阶段的扩散 42
2.5.4 贝氏体相变阶段原子的位移 43
2.5.5 马氏体相变阶段 44
2.5.6 碳原子的长程扩散 44
2.5.7 铁原子和替换原子位移方式的过渡性 45
2.6 珠光体转变中的扩散规律 45
2.6.1 体扩散和晶界扩散 45
2.6.2 碳原子的扩散 47
2.6.3 合金元素对碳原子扩散的影响 47
2.6.4 合金元素的扩散 48
2.6.5 铁原子的自扩散 49
参考文献 49
第3章 珠光体的组织结构 51
3.1 珠光体的组织形貌和定义 51
3.1.1 共析分解和珠光体的定义 51
3.1.2 珠光体的组织形态 52
3.1.3 珠光体的片间距 54
3.1.4 珠光体组织形貌多样性、复杂性 56
3.2 珠光体的晶体学 57
3.2.1 珠光体与奥氏体A1的位向关系 58
3.2.2 珠光体团中铁素体和渗碳体之间的位向关系 58
参考文献 59
第4章 过冷奥氏体共析分解机理 60
4.1 珠光体转变热力学 60
4.1.1 奥氏体与珠光体的自由能之差 61
4.1.2 共析分解热力学条件 61
4.1.3 共析分解驱动力的计算模型 62
4.2 过冷奥氏体共析分解机理 63
4.2.1 非均匀形核的一般规律 63
4.2.2 珠光体的形核 65
4.2.3 珠光体晶核的长大 71
4.2.4 总结 77
4.3 钢中粒状珠光体的形成机理 77
4.3.1 析出相聚集长大理论 77
4.3.2 纤维状组织的粗化 78
4.3.3 低温退火时片状珠光体的球化 79
4.3.4 特定条件下过冷奥氏体的分解 81
4.3.5 高温回火 81
4.4 共析分解的特殊形式——相间沉淀 83
4.4.1 相间沉淀的热力学条件 83
4.4.2 “相间沉淀”产物的形态 84
4.4.3 相间沉淀机制 85
4.5 先共析铁素体的析出 88
4.5.1 亚共析钢中先共析铁素体的析出 88
4.5.2 先共析铁素体的析出速度 92
4.5.3 先共析魏氏组织铁素体的形成 94
4.5.4 伪共析转变 95
4.6 先共析碳化物的析出 97
参考文献 99
第5章 珠光体转变动力学 101
5.1 珠光体形核率及长大速度 101
5.1.1 形核率 101
5.1.2 Johnson-Mehl方程 101
5.1.3 Avrami方程 102
5.2 过冷奥氏体转变C-曲线 103
5.2.1 等温转变图 103
5.2.2 连续冷却转变图 106
5.3 退火用C-曲线 108
5.3.1 典型工具钢的退火用TTT图 108
5.3.2 退火用TTT图、CCT图的应用价值 111
5.4 钢中TTT图的类型 112
5.4.1 类型一：共析分解和贝氏体相变曲线重叠 112
5.4.2 类型二：珠光体TTT图与贝氏体TTT图逐渐分离，形成河湾区 113
5.4.3 类型三：合金结构钢的贝氏体TTT图普遍在珠光体TTT图的左方 114
5.4.4 类型四：渗碳后贝氏体转变C-曲线右移 115
5.4.5 类型五：贝氏体转变C-曲线严重右移直至消失 116
5.4.6 类型六：Cr-Ni-Mo合金系中，珠光体的C-曲线严重右移，直至消失 118
5.5 影响过冷奥氏体共析分解的内在机制 119
5.5.1 奥氏体化状态的影响 119
5.5.2 奥氏体固溶碳量的影响 120
5.5.3 奥氏体中合金元素的影响 120
5.5.4 合金奥氏体系统的整合作用 123
参考文献 127
第6章 珠光体的性能及应用 128
6.1 铁素体-珠光体的力学性能 128
6.1.1 钢铁材料的机械性能 129
6.1.2 珠光体的机械性能 130
6.1.3 铁素体＋珠光体组织的机械性能 132
6.2 铁素体-珠光体组织的应用 132
6.2.1 珠光体钢的应用 132
6.2.2 铁素体-珠光体钢的应用 133
6.3 粒状珠光体组织及退火新工艺 136
6.3.1 决定退火钢硬度的要素 136
6.3.2 典型钢种锻轧材的球化退火 140
参考文献 146
第7章 贝氏体相变理论研究的进展和评介 148
7.1 贝氏体相变的学术论争及述评 148
7.1.1 对贝氏体相变基本特征的共识 149
7.1.2 关于贝氏体的定义 150
7.1.3 关于贝氏体相变动力学 152
7.1.4 关于贝氏体相变的机制 152
7.2 贝氏体相变不是共析分解 154
7.2.1 珠光体和贝氏体的相组成物不同 154
7.2.2 两种相变的晶核不同 154
7.2.3 两种相变产物的形貌不同 156
7.2.4 珠光体和贝氏体的亚结构不同 157
7.2.5 两种相变产物的位向关系不同 158
7.2.6 其他方面的区别 159
7.3 过冷奥氏体转变贯序 159
7.3.1 从高温区过渡到中温区 160
7.3.2 从两相共析形核向单相形核的演化 160
7.3.3 动力学图的演化 161
7.3.4 组织形貌的演化 163
7.3.5 亚结构的演化 164
7.4 传承文明，开拓创新，实现整合 167
参考文献 168
第8章 贝氏体相变的特征和定义 170
8.1 贝氏体相变的过渡性 170
8.1.1 中温转变是过冷奥氏体转变的中间过渡环节 170
8.1.2 上贝氏体转变和珠光体分解的联系与区别 171
8.1.3 下贝氏体转变和马氏体相变的联系与区别 173
8.1.4 贝氏体的组成相和形貌的过渡性 174
8.1.5 贝氏体转变具有变温转变和等温转变特征 175
8.2 贝氏体相变的主要特点 177
8.2.1 表面浮凸特征 177
8.2.2 贝氏体相变的不彻底性特征 178
8.2.3 贝氏体相变具有Bs、Bf点 178
8.2.4 贝氏体碳化物的特点 178
8.2.5 贝氏体铁素体亚结构特征 179
8.2.6 贝氏体相变的晶体学特征 181
8.2.7 在相变机制方面的特征 181
8.3 贝氏体的定义 182
8.3.1 概念的科学抽象 182
8.3.2 以往的定义 183
8.3.3 贝氏体的新定义 183
8.3.4 贝氏体相变的定义 184
参考文献 184
第9章 贝氏体的组织结构 186
9.1 贝氏体的组织形貌 186
9.1.1 上贝氏体组织形貌 187
9.1.2 下贝氏体的组织形貌 189
9.1.3 工业用钢中的贝氏体组织的复杂性 192
9.1.4 贝氏体组织形貌的多样性 192
9.1.5 魏氏组织 193
9.2 贝氏体铁素体的亚结构 194
9.2.1 贝氏体组织中的精细亚结构 194
9.2.2 贝氏体铁素体中的位错和孪晶 197
9.2.3 贝氏体中的中脊 199
9.3 贝氏体碳化物的形貌 201
9.3.1 上贝氏体中的碳化物形貌 201
9.3.2 下贝氏体中的碳化物形貌 203
9.4 有色合金中的贝氏体 206
9.4.1 Cu-Zn系合金中的贝氏体 206
9.4.2 Ag-Cd合金中的贝氏体 208
9.4.3 U-Cr合金中的贝氏体 208
9.4.4 Ag-Zn合金中的贝氏体 209
9.5 贝氏体组织中的位向关系 209
9.5.1 贝氏体铁素体的位向关系 210
9.5.2 贝氏体中碳化物的位向关系 211
参考文献 213
第10章 贝氏体相变热力学 214
10.1 贝氏体相变热力学条件 215
10.1.1 自由焓变化 215
10.1.2 贫碳区及贝氏体铁素体的物理本质 216
10.2 贝氏体相变热力学计算 217
10.2.1 相变驱动力的计算模型 218
10.2.2 相变驱动力的计算 220
10.2.3 按切变机制计算相变驱动力 222
10.2.4 γ→αB+γ1→BF+γ1计算模型 223
10.3 相变驱动力与相变趋势 226
10.3.1 原子位移方式与相变机制 227
10.3.2 原子热激活跃迁无扩散型转变 228
10.3.3 热力学与相变机制的关系 229
参考文献 230
第11章 贝氏体相变动力学图 232
11.1 贝氏体相变动力学图特征 232
11.1.1 从TTT图看珠光体到贝氏体相变的演化 233
11.1.2 贝氏体相变速度比共析分解快的动力学图 235
11.1.3 贝氏体相变动力学具有变温性和等温性的双重特征 237
11.1.4 贝氏体转变速度较共析分解慢的TTT图 238
11.1.5 上、下贝氏体具有独立的相变动力学曲线 238
11.1.6 具有宽广的河湾区的TTT图 241
11.2 影响贝氏体转变动力学的因素 242
11.2.1 奥氏体化温度的影响 242
11.2.2 合金元素对贝氏体时γ→α转变的影响 242
11.2.3 偏聚现象对贝氏体相变动力学的影响 243
参考文献 245
第12章 块状相变 246
12.1 金属的块状相变 246
12.1.1 块状相变的定义 246
12.1.2 块状相变的合金及相图 247
12.1.3 纯金属中的块状相变 247
12.1.4 替换式固溶体中的块状相变 251
12.2 块状相变的形核-长大 253
12.2.1 块状相变的形核 253
12.2.2 块状相变的长大 253
12.3 块状转变与贝氏体相变的联系 254
12.3.1 块状转变与贝氏体相变的亲缘关系 254
12.3.2 热激活迁移相变机制 255
参考文献 257
第13章 贝氏体相变机制 258
13.1 贫碳区 259
13.1.1 奥氏体化学成分的不均匀性 259
13.1.2 贫溶质区 261
13.1.3 钢中贝氏体相变受碳原子扩散控制 261
13.1.4 贫碳区（γ′）尺度的理论分析 263
13.2 贝氏体铁素体的形核 264
13.2.1 贝氏体铁素体的形核位置 264
13.2.2 从贝氏体铁素体精细亚结构推测晶核的尺度 265
13.2.3 贝氏体铁素体的热激活位移形核机制 267
13.2.4 贝氏体激发形核机制 271
13.3 贝氏体碳化物的形成机理 272
13.3.1 贝氏体碳化物类型 272
13.3.2 贝氏体碳化物的来源 273
13.3.3 贝氏体碳化物的形核 277
13.3.4 贝氏体碳化物的长大 278
13.3.5 贝氏体碳化物形核-长大时原子的位移 280
13.4 贝氏体铁素体的热激活长大 281
13.4.1 贝氏体铁素体晶核的长大 281
13.4.2 上贝氏体铁素体长大速度和长大机制 284
13.5 贝氏体相变切变-扩散整合机制 287
13.5.1 贝氏体铁素体形核-长大热激活机制 289
13.5.2 无碳化物贝氏体的形成过程 291
13.5.3 羽毛状贝氏体的形成过程 291
13.5.4 下贝氏体的形成过程 292
参考文献 292
第14章 贝氏体的机械性能 295
14.1 钢中贝氏体的力学性能 295
14.1.1 贝氏体的强度和硬度 295
14.1.2 贝氏体的强化机理 296
14.1.3 贝氏体的塑性和韧性 298
14.1.4 粒状贝氏体的性能 300
14.1.5 准贝氏体的性能 301
14.1.6 贝氏体的疲劳性能和耐磨性 301
14.1.7 贝氏体回火后的强度和韧性 301
14.2 贝氏体钢及其应用 303
14.2.1 贝氏体钢的合金化 303
14.2.2 贝氏体钢钢种 305
14.2.3 准贝氏体钢的应用 307
参考文献 307
附录 308
附录1 各类钢的相变临界点 308
附录2 相关常数 317