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金属材料扯淡时间(三)

  • 牛牛0322
    2017/05/25
  • 私聊

透射电镜(TEM)

  • (本文为无敌大冰冰老师原创,感谢老师的分享)
    上次扯了半天相,开了个相变的头,今天说说相变。

    物质总是倾向于能量最低的方式存在,同样也以适合环境的结构存在。如同我们休息的时候,身体总是希望躺着、坐着,就算军人解散的时候也要稍息靠着树唱唱小曲,舒服不如倒着就这意思。环境也很重要,同样休息休闲的时候,一个人卡拉ok恨不得脚翘上桌,一群人的时候就要矜持一点。
    相变的过程就是能量改变的过程,能量环境的变化经常需要材料本身改变结构改变构成甚至重组以适应能量环境的变化,同样,材料中某些原子在这种改变的过程中总是希望选择自身能量最低的方式存在,大部分是最简单的方式存在。仍以前文说的奥氏体化为例,我们暂且把这个过程简单的说成铁素体转变为奥氏体,学过材料入门的都知道是体心立方向面心立方转变的过程。那么为什么要有结构变化?为什么体心要变成面心呢?


    当温度升高的时候,能量增加这是个基本规律对吧,发烧脑门就热,能量多了,当然严格的说应该是热量,具体不争,知道意思就可以了。能量增加了让材料有了可以选择变化的能力,“原子”本来在一个地方呆着挺好,住个小房子,没钱没护照,没能力旅游到另一个地方,只能老老实实的在一个范围内生活,突然间它有了能量,有了钱,有能力坐火车坐飞机啦,它自然选择动一下。钱多了呢就飞上天,比如水变成水蒸气,钱少呢,就换个大房子(不要参考一线城市!!),结果就是原子间距变大一些。因此材料温度升高的时候,原子变活跃,间距变大了,有时间的童鞋们可以查一查体心立方和面心立方的数据,面心立方晶格间距比体心立方的大很多,这就是为什么铁素体转变为奥氏体后体心立方结构要转变为面心立方结构,能量环境的改变使材料选择自身最舒服的排列方式。有人问了:那晶格间距变大了很多,体积不是要变大很多!可实际上虽然材料有热胀冷缩,但没有变大太多啊?我只能说图样图岑破!大家都能去欧洲旅游就代表宇宙变大了么?你们这点naive的活动范围宇宙还真不叼你。

    温度的升高带来晶体结构的改变,这是原子取优的存在方式,在这个过程中让一部分元素有了质的变化。简单的用铁碳相图说明,就是C有了用武之地,开始走上材料的历史舞台!铁素体由于体心立方晶格间距小的原因,基本上是容不下碳生存的,顺便说一下,前面讲的包括现在说的所谓体心立方面心立方结构都是以Fe原子为基础的啊,不要混淆,晶格上的点都是Fe!还没有到有别的东西的时候,毕竟刚扯到第三次。。。异型蛋我们十几次以后再扯啊!

    C在铁素体里溶解度很低很低,就是因为晶格间距小。当奥氏体化后,晶格结构变成面心立方了,晶格间距变大,C就可以挤进去了,注意,这时候还只能是挤进去,因为即使晶格间距变大,也没有大到每个位置都能容下一个C。当年体心立方的时候人家是马蜂窝,你一个人类死活是进不去的,现在变成面心立方了,人家是鸽子笼了,练瑜伽的印度人拼了老命也就挤进去了,同时把鸽子笼撑变形了,其他地方就再也挤不进去其他人了,就这个道理,C的溶解度是建立在面心立方晶格由于C的挤入而局部产生畸变造成的,总之很难受。

    我把C比喻成改革开放时最先富起来的一部分人。。。把奥氏体化比喻成现在的吃喝玩乐的社会。低温下的铁素体很稳定,因为大家都没钱,国家资源也匮乏,于是买东西凭票,买粮食凭粮票,买油有油票,买衣服有布票,其乐融融。当高温来了,改革开放了,大家有钱了,国家也能赚钱了,物质极大丰富,再保持凭票生活的原则就会导致大部分人有钱没票,就会有人高价买票,带来票市场的混乱,从而引起社会混乱,所以这个体心立方的结构就湿吻了,啊。。写错了,还想着520呢,是“失稳了”!
    解决失稳的方式就是建立一个在物质极大丰富的年代的新规则新体系,于是粮票作废了,介绍信作废了,于是大商场、高级饭店、超市等等面心立方形成了,大家快乐赚钱,放心花钱,新的稳态形成了,奥氏体化完毕!
    虽然我家没有成为先富起来的那一部分人,也不等待扔另一只靴子,指望能后富起来。但二伯还是为C走上历史舞台而兴奋,至少让二伯有了这个深深爱戴的工作。。奥氏体化后结构是不稳定的,只能在高温下存在,当温度降低,自然会改变为另一个结构存在,使能量重新分配,于是降温会形成铁素体啊,珠光体啊,贝氏体啊等等,看起来乱乱呼呼,其实规律极其简单,我们下次再说这方面的,别问为什么这次不说!

    一般钢铁童鞋记住铁素体变成奥氏体后碳可以更大的溶解到奥氏体结构中就可以了,很多过程掌握了规律就可以了,不做定性说明,什么意思?比如人们常说铁素体组织+珠光体组织转变为奥氏体的过程,提个问题:铁素体组织和珠光体组织那个先转变?那个先消失?如果你敢回答,那么恭喜你,你上套了,和上一次扯淡时的问题一样,你要先看看问题对不对!
    转变过程中需要掌握的是铁素体先消失,注意不是铁素体组织!因为升温过程带来的结构改变,从而使C的溶解度越来越大,C慢慢向本来无法进入的铁素体中过度,这时候严格意义上的铁素体消失了,同时!注意是同时,随着C逐渐扩散,珠光体组织中的渗碳体在变性,C流失到原来铁素体的位置中,剩余的所谓渗碳体中的C已经逐渐变少,慢慢的,整个材料中C逐渐均匀化,同时渗碳体消失。因此,相变的过程是铁素体和渗碳体同时逐渐转变为“有序铁晶格中间隙C原子”这种结构的奥氏体,不存在铁素体组织、珠光体组织的顺序问题!


    简单的铁素体--奥氏体相变简单的规律就说完了,后面还有奥氏体形成后的变化,比如均匀性、比如长大等等问题,结合到材料最终晶粒大小的问题,材料人研究了很多,但至今仍处于迷糊阶段,我们慢慢说,今天先扯到这。

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  • 牛牛0322

    第2楼2017/05/26

    会在光学仪器的不同版面更新哦,四、五、六……

    雷复(v2986430) 发表:学习了!~

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  • 黄石道人

    第3楼2017/05/27

    嬉笑之中,对于一些结构转变,有了比较形象的科普;

    题主一定是对学科有独特思考之人啊

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  • fengyonghe

    第4楼2017/07/10

    这个第三个扯谈是错的。真是错的不应该。

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