1 材料固态组织结构转变的基本规律 1
1.1 金属系统及相变的复杂性 1
1.1.1 金属及合金是复杂系统 2
1.1.2 金属整合系统 3
1.1.3 固态相变的自组织 4
1.2 固态组织结构转变的分类 5
1.2.1 形变与再结晶 6
1.2.2 固态相变的分类 6
1.3.1 金属的多形性 10
1.3 金属的多形性及铁的热力学特征 10
1.3.2 铁的多形性转变 11
1.3.3 体心立方铁的热力学特征 11
1.3.4 铁的临界点A3、A4的形成 12
1.4 相变驱动力和阻力 13
1.4.1 相变驱动力 14
1.4.2 相变阻力 14
1.5 形核 17
1.5.1 均匀形核 17
1.5.2 非均匀形核 19
1.6.1 成分不变协同型转变长大 24
1.6 新相的长大规律 24
1.6.2 成分不变非协同型转变长大 25
1.6.3 成分改变的非协同型转变的长大 26
1.7 相变动力学 28
1.7.1 形核率 28
1.7.2 Johnson-Mehl方程 30
1.7.3 Avrami方程 30
1.7.4 动力学曲线和等温转变图 30
1.8.1 弥散析出相的聚集长大 31
1.8 析出相的聚集和组织的粗化 31
1.8.2 纤维状组织的粗化 32
1.8.3 片状珠光体的球化 32
1.8.4 晶粒粗化及防止粗化措施 33
1.8.5 组织粗化应用实例——钢的退火软化机理 35
复习思考题 38
参考文献 38
2 金属及合金的塑性变形 40
2.1 单晶体的塑性变形 40
2.1.1 滑移 40
2.1.2 孪生 44
2.1.3 扭折 46
2.1.4 单晶体的应力—应变曲线（加工硬化曲线） 46
2.2 多晶体的塑性变形 48
2.2.1 晶粒取向差效应 48
2.2.2 晶界的作用 48
2.2.3 多晶体的应力—应变曲线 50
2.3 合金的塑性变形 50
2.3.1 单相固溶体合金的塑性变形特点 50
2.3.2 复相合金的塑性变形特点 52
2.4 金属形变后的组织、结构和性能 55
2.4.1 显微组织的变化 55
2.4.2 亚结构变化 55
2.4.3 晶粒位向改变——形变织构 56
2.4.4 塑性变形对性能的影响 57
2.5 高分子材料的塑性变形 59
复习思考题 60
参考文献 61
3.1.2 储存能变化 62
3.1.1 显微组织的变化 62
3.1 变形金属加热时的变化 62
3 回复、再结晶和金属热加工 62
3.1.3 性能的变化 63
3.2 回复 63
3.2.1 回复机制 64
3.2.2 回复动力学 65
3.2.3 回复退火的应用（消除内应力退火） 66
3.3 再结晶 66
3.3.1 再结晶机制 66
3.3.2 再结晶动力学 69
3.3.3 再结晶温度与再结晶后的晶粒尺寸 70
3.3.4 影响再结晶的主要因素 71
3.3.5 两相合金的再结晶 73
3.4 再结晶后的晶粒长大 74
3.4.1 晶粒的正常长大 74
3.4.2 晶粒的异常长大——二次再结晶 77
3.5 再结晶后的组织 79
3.5.1 再结晶退火后的晶粒大小 79
3.5.2 再结晶织构 79
3.6.1 动态回复 80
3.5.3 退火孪晶（再结晶孪晶、生长孪晶） 80
3.6 动态回复和动态再结晶 80
3.6.2 动态再结晶 82
3.7 金属的热加工 83
3.7.1 热加工对室温力学性能的影响 83
3.7.2 热加工的组织与性能 84
复习思考题 85
参考文献 86
4 钢中奥氏体的形成 87
4.1.1 奥氏体的组织形貌 88
4.1 奥氏体的组织结构和性能 88
4.1.2 奥氏体的晶体结构 89
4.1.3 奥氏体成分的不均匀性 89
4.1.4 奥氏体的性能 90
4.2 奥氏体形成机理 90
4.2.1 奥氏体形成的热力学条件 90
4.2.2 奥氏体晶核的形成 91
4.2.3 奥氏体晶核的长大 92
4.3.1 共析碳素钢奥氏体等温形成动力学 93
4.3 奥氏体等温形成动力学 93
4.3.2 亚共析碳素钢的等温TTA曲线 94
4.3.3 连续加热时奥氏体形成的TTA曲线 94
4.3.4 奥氏体的形核率和长大速度 95
4.3.5 影响奥氏体形成速度的因素 97
4.4 连续加热时奥氏体的形成特征 98
4.4.1 相变在一个温度范围内完成 99
4.4.2 奥氏体成分不均匀性随着加热速度的加快而增大 99
4.5.1 奥氏体晶粒长大现象 100
4.5.2 奥氏体晶粒长大机理 100
4.5 奥氏体晶粒长大及控制 100
4.4.3 奥氏体起始晶粒随着加热速度增大而细化 100
4.5.3 硬相微粒对奥氏体晶界的钉扎作用 102
4.5.4 影响奥氏体晶粒长大的因素 103
4.5.5 防止奥氏体晶粒长大的措施 103
4.6 非平衡组织加热时奥氏体的形成 104
4.6.1 针形奥氏体的形成 104
4.6.2 球形奥氏体的形成 104
4.6.3 影响非平衡组织加热转变的因素 105
4.6.4 粗大奥氏体晶粒的遗传性及防止措施 105
复习思考题 106
参考文献 107
5 共析分解与珠光体 108
5.1 珠光体的物理本质及其形貌 108
5.1.1 珠光体的物理本质 108
5.1.2 珠光体的组织形态 110
5.2 奥氏体共析分解机理 111
5.2.1 珠光体形成的热力学 112
5.2.2 珠光体转变机理 113
5.2.3 珠光体晶核的长大 115
5.3 钢中粒状珠光体的形成 117
5.3.1 特定条件下过冷奥氏体的分解 117
5.3.2 片状珠光体的低温退火 118
5.3.3 高温回火 118
5.4 动力学图 119
5.4.1 珠光体形核率及长大速度 120
5.4.2 过冷奥氏体等温转变C-曲线 120
5.4.3 退火用TTT图 123
5.4.5 退火用TTT图、CCT图在退火软化中的作用 125
5.4.4 连续冷却转变动力学图——CCT图 125
5.5 影响共析分解的内在机制 127
5.5.1 奥氏体化状态的影响 127
5.5.2 奥氏体固溶碳量的影响 127
5.5.3 奥氏体中合金元素的影响 127
5.5.4 系统整合的作用 130
5.6 共析分解的特殊形式——相间沉淀 131
5.6.1 相间沉淀产物的形态 132
5.6.2 相间沉淀机理 132
5.7 珠光体的力学性能 134
5.7.1 珠光体的强度和塑性 135
5.7.2 铁素体＋珠光体组织的力学性能 136
复习思考题 136
参考文献 137
6 马氏体相变与马氏体 138
6.1 马氏体相变的特征及定义 139
6.1.1 马氏体相变的基本特征 139
6.1.2 马氏体相变的判据 142
6.1.3 马氏体相变及马氏体的定义 142
6.2.2 按马氏体相变动力学特征分类 143
6.2.1 按相变驱动力分类 143
6.2 马氏体相变的分类 143
6.3 马氏体相变热力学 148
6.3.1 Fe-C合金马氏体相变热力学条件 149
6.3.2 相变驱动力和相变阻力的热力学运算 150
6.3.3 求纯铁的马氏体点Ms 151
6.3.4 钢的马氏体点Ms 152
6.4 马氏体的物理本质及组织形态 152
6.4.1 钢中马氏体物理本质 152
6.4.2 体心立方马氏体（小于0.2％C） 153
6.4.3 体心正方马氏体（0.2％～1.9％C） 154
6.4.4 Fe-M系合金马氏体 156
6.4.5 有色合金马氏体 159
6.5 马氏体的形核 161
6.5.1 引言 161
6.5.2 位错圈相界面模型 162
6.5.3 应变核胚模型 163
6.5.4 层错形核及长大模型 163
6.6 马氏体相变晶体学的经典模型 163
6.6.1 马氏体相变的K-S切变模型 164
6.6.2 马氏体相变的G-T模型，均匀切变和非均匀切变 167
6.7 马氏体相变晶体学的唯象学说 169
6.7.1 不变平面应变的概念 169
6.7.2 贝茵应变不是不变平面应变 170
6.7.3 不畸变平面的产生 172
6.7.4 简单切变 173
6.7.5 刚性转动 173
6.7.6 矩阵式描述 174
6.8 奥氏体的稳定化及残留奥氏体 175
6.8.1 奥氏体的热稳定化 175
6.8.2 奥氏体的机械稳定化 177
6.8.3 残留奥氏体 178
6.9 马氏体的力学性能 178
6.9.1 马氏体的强度和硬度 179
6.9.2 马氏体的韧性 180
6.9.3 马氏体相变超塑性 181
复习思考题 182
参考文献 182
7 贝氏体相变与贝氏体 184
7.1 贝氏体相变理论研究进展和学术论争 184
7.1.1 对贝氏体相变基本特征的共识 185
7.1.2 贝氏体相变争论的焦点 186
7.1.3 争论将会统一在“切变—扩散整合机制”这一整体认识上 188
7.1.4 贝氏体转变是自组织的 189
7.2 钢中贝氏体的组织结构 190
7.2.1 上贝氏体 190
7.2.2 下贝氏体 192
7.2.3 工业用钢中的贝氏体组织 193
7.2.4 贝氏体组织形貌的多样性 193
7.2.5 贝氏体组织中的精细亚结构 193
7.2.7 魏氏组织 196
7.2.6 贝氏体铁素体与残留奥氏体的取向关系 196
7.3 贝氏体相变热力学和动力学 197
7.3.1 贝氏体相变热力学 197
7.3.2 贝氏体相变动力学 199
7.4 贝氏体相变的过渡性及主要特征 202
7.4.1 中温转变是过冷奥氏体转变的中间过渡环节 202
7.4.2 上贝氏体转变和珠光体分解的联系与区别 203
7.4.3 下贝氏体转变和马氏体相变的联系与区别 204
7.4.4 贝氏体组织形貌的过渡性 205
7.4.5 贝氏体相变的主要特征 206
7.5.1 贫溶质区 207
7.5 贝氏体相变机制 207
7.5.2 钢中贝氏体相变受碳原子扩散控制 208
7.5.3 关于贝氏体相变的形核 209
7.5.4 关于贝氏体的长大机制 210
7.5.5 贝氏体组织的形成过程 212
7.5.6 结语 213
7.6.1 Cu-Zn系合金中的贝氏体 214
7.6.2 Ag-Cd合金中的贝氏体 214
7.6 有色合金中的贝氏体 214
7.6.3 U-Cr合金中的贝氏体 215
7.6.4 Ag-Zn合金中的贝氏体 216
7.7 块状相变 216
7.7.1 块状相变的定义 216
7.7.2 块状相变的合金及相图 216
7.7.3 纯金属中的块状相变 218
7.7.4 二元合金替换式固溶体中的块状相变 219
7.7.5 影响纯铁块状相变的因素 219
7.7.7 块状转变与贝氏体相变的亲缘关系 220
7.7.6 块状相变中形核及长大 220
7.8 钢中贝氏体的力学性能 221
7.8.1 贝氏体的强度和硬度 221
7.8.2 贝氏体的塑性和韧性 222
7.8.3 粒状贝氏体的力学性能 222
复习思考题 224
参考文献 224
8 淬火钢的回火转变 226
8.1 序言 226
8.2.1 新鲜马氏体在低温回火时性能的变化 227
8.2 碳素钢马氏体的脱溶 227
8.2.2 碳原子的偏聚 228
8.2.3 θ-Fe3C的过渡相 229
8.2.4 准平衡的θ-Fe3C 232
8.3 合金钢马氏体的脱溶 232
8.3.1 Fe-M-C马氏体脱溶时的平衡相 233
8.3.2 Fe-M-C马氏体脱溶时的（温度、时间）贯序 234
8.4 回火时α相的变化 235
8.4.1 马氏体的分解 236
8.4.2 α相物理状态的变化 236
8.5.1 残余奥氏体的转变 239
8.5 残余奥氏体分解及二次硬化现象 239
8.5.2 回火二次硬化现象 241
8.6 淬火钢回火时力学性能的变化 243
8.6.1 淬火钢回火组织的概念 244
8.6.2 回火规程对力学性能的影响 245
8.6.3 回火转变产物的性能特点 246
8.6.4 回火脆性 247
复习思考题 248
参考文献 248
9.1.1 固溶和脱溶 249
9 脱溶与时效 249
9.1 概述 249
9.1.2 脱溶的分类 250
9.2 脱溶热力学 251
9.3 铝合金中的脱溶过程 253
9.3.1 Al-Cu合金的脱溶 253
9.3.2 晶体缺陷对时效的影响 257
9.4 合金脱溶（时效）时性能的变化 259
9.5.1 概述 260
9.5 低碳钢的时效 260
9.5.2 Fe-N系过饱和α固溶体的脱溶 261
9.5.3 低碳钢的时效动力学 262
9.5.4 含铜低碳钢的时效 263
9.6 调幅分解（拐点分解） 265
9.6.1 调幅分解的合金系及组织 265
9.6.2 调幅分解的驱动力 266
9.6.3 调幅分解的上坡扩散 268
9.6.4 调幅分解的阻力 268
参考文献 269
复习思考题 269
10 陶瓷材料的组织、结构与转变 270
10.1 氧化铝陶瓷体系 270
10.1.1 氧化铝的晶体结构 270
10.1.2 氧化铝的晶型转变 270
10.1.3 氧化铝陶瓷体系 271
10.2 氧化锆陶瓷体系 273
10.2.1 氧化锆的晶体结构及晶型转变 273
10.2.2 氧化锆体系的相关系 275
10.2.3 部分稳定氧化锆（PSZ） 277
10.2.4 四方相多晶氧化锆（TZP） 280
10.3 氮化物陶瓷的组织结构 282
10.3.1 氮化硅 282
10.3.2 赛隆（Sialon）陶瓷 286
10.3.3 氮化铝 289
10.4 碳化物陶瓷体系的组织结构 289
10.4.1 碳化硅的晶体结构 290
10.4.2 Si-C体系相关系 290
10.4.3 碳化硅的组织结构 290
参考文献 293
复习思考题 293
附录 294
附录1 各类钢的相变临界点 294
附录2 相关常数 302
附录3 化学元素名称英汉对照表（按英文字母顺序排列） 302
附录4 化学元素名称英汉对照表（按原子序数顺序排列） 305
附录5 希腊字母表 306
附录6 罗马数字与阿拉伯数字对照表 307
附录7 构成十进倍数和分数单位的国际单位制SI词头 308