【教学课件】第九章固态相变.ppt
第九章 固态相变,第一节 概 述,一 固态相变的特点 界面能增加1 相变阻力大 额外弹性应变能：比体积差 固态相变 扩散困难（新、旧相化学成分不同时）困难,第一节 概 述,一 固态相变的特点 2 新相晶核与母相之间存在一定的晶体学位向关系*新相的某一晶面和晶向分别与母相的某一晶面、晶向平行。共格界面类型 半共格 降低界面能,形成共格、半共格界面 位向关系 非共格,第一节 概 述,一 固态相变的特点 3 惯习现象*新相沿特定的晶向在母相特定晶面上形成。惯习方向（母相）惯习面 原因：沿应变能最小的方向和界面能最低的界面发展。,第一节 概 述,一 固态相变的特点 4 母相晶体缺陷促进相变 点 缺陷类型 线 晶格畸变、自由能高，促进形核及相变。面（思考：晶粒细化对相变的影响）,第一节 概 述,一 固态相变的特点 5 易出现过渡相*固态相变阻力大，直接转变困难 协调性中间产物（过渡相）Fe3C+(3Fe+C)例 M+Fe3C,第一节 概 述,二 固态相变的分类 1 按相变过程中原子迁移情况（1）扩散型：依靠原子的长距离扩散；相界面非共格。（如珠光体、奥氏体转变，Fe,C都可扩散。）（2）非扩散型：旧相原子有规则地、协调一致地通过 切变转移到新相中；相界面共格、原子间的相邻 关系不变；化学成分不变。（如马氏体转变，Fe,C都不扩散。）（3）半扩散型：既有切变，又有扩散。（如贝氏体转变，Fe切变，C扩散。）,第一节 概 述,二 固态相变的分类 2 按相变方式分类（1）有核相变：有形核阶段，新相核心可均匀形成，也可择优形成。大多数固态相变属于此类。（2）无核相变：无形核阶段，以成分起伏作为开端，新旧相间无明显界面，如调幅分解。,第一节 概 述,二 固态相变的分类 3 按热力学函数变化分类（1）一级相变：相变时两相的化学位相等，而化学位对温度及压力的一阶偏微分（S,V）不等的相变。伴随潜热的释放和体积的改变。如蒸发、升华、熔化以及大多数固态晶型转变属于此类。（2）二级相变：相变时两相的化学位相等，化学位的一阶偏微分也相等，但二阶偏微分不相等的相变。没有相变潜热和体积改变，有比容、压缩系数、膨胀系数变化，如磁性转变、有序无序转变、超导转变等属于此类。,第一节 概 述,三 常见固态相变类型 相变名称 相变特征同素异构转变 同一种元素通过形核与长大发生晶体结构的变化多型性转变 合金中晶体结构的变化脱溶转变 过饱和固溶体脱溶分解出亚稳定或稳定的第二相共析转变 一个固相转变为两个结构不同的固相包析转变 两个不同结构的固相转变为一个新的固相，组织中一般 有某相残余马氏体转变 新旧相之间成分不变、切变进行、有严格位向关系、有 浮凸效应贝氏体转变 兼具马氏体和扩散转变的特点，借助铁的切变和碳的扩 散进行调幅分解 非形核转变，固溶体分解成结构相同但成分不同的两相有序化转变 合金元素原子从无规则排列到有规则排列，担结构不变。,第二节 固态相变的形核与长大,一 均匀形核（能量条件）1 形核时的能量变化 相变驱动力（1）化学自由能（体积自由能，Gv）GvT曲线 随成分变化,第二节 固态相变的形核与长大,一 均匀形核（能量条件）1 形核时的能量变化 相变阻力（2）界面能（，S）取决于界面结构 T越大，晶核越小，S 大 共格/半共格（与过冷度有关）T越小，晶核越大，S小 非共格,第二节 固态相变的形核与长大,一 均匀形核（能量条件）1 形核时的能量变化（3）应变能(,V)相变阻力 共格应变能：共格大，半共格小，非共格0 分类 比体积差 球状最大 体积应变能 新相几何形状 片状最小 针状居中,第二节 固态相变的形核与长大,一 均匀形核（能量条件）2 形核的能量条件GVGv+S+V0rK=2/(Gv-)GK=16/3(Gv-)2,第二节 固态相变的形核与长大,二 非均匀形核（能量条件）固态相变均匀形核的可能性很小，非均匀形核（依靠晶体缺陷）是主要的形核方式。,第二节 固态相变的形核与长大,二 非均匀形核（能量条件）1 不同晶体缺陷对形核的作用 能量高，降低GK（1）晶界形核 结构混乱，降低 易扩散、偏析，利于扩散相变 新相/母相形成共格、半共格界面降 低界面能,第二节 固态相变的形核与长大,二 非均匀形核（能量条件）1 不同晶体缺陷对形核的作用 能量高，降低GK（1）晶界形核 结构混乱，降低 易扩散、偏析，利于扩散相变 新相/母相形成共格、半共格界面降 低界面能,第二节 固态相变的形核与长大,二 非均匀形核（能量条件）1 不同晶体缺陷对形核的作用 新相生成处位错消失，能力释放，提高驱动力（2）位错形核 位错不消失，可作为半共格界面的形成部分 易于发生偏聚，有利于成分起伏 易于扩散，有利于发生扩散型相变,第二节 固态相变的形核与长大,二 非均匀形核（能量条件）1 不同晶体缺陷对形核的作用 促进扩散（3）空位形核 新相生成处空位消失，提供能量 空位群可凝结成位错（在过饱和固溶体的脱溶析出过程中，空位作用更明显。）,第二节 固态相变的形核与长大,二 非均匀形核（能量条件）2 非均匀形核的能力变化 GVGv+S+VGDGD晶体缺陷导致系统降低的能量。,第二节 固态相变的形核与长大,三 晶核的长大 1 长大机制 切变长大（1）半共格界面 台阶式长大 原子直接迁移（2）非共格界面 原子迁移至新相台阶端部,第二节 固态相变的形核与长大,三 晶核的长大 2 新相长大速度 新相生成时无成分变化（有结构、有序度变化）（1）界面控制长大 u=exp(-Q/kT)1-exp(-Gv/kT)新相生成时有成分变化（2）扩散控制长大 u=dx/dt=(C/x)D/(C-C),第二节 固态相变的形核与长大,三 晶核的长大（3）相变动力学 f=1-exp(-btn),2h,第三节 过饱和固溶体的分解,一 脱溶（时效）转变1 概念：脱溶转变2 脱溶转变过程 相的名称形貌尺寸结构点阵常数共格关系强化作用3 脱溶动力学,第三节 过饱和固溶体的分解,二 调幅分解 1 概念：调幅分解2 调幅分解的热力学条件和决定因素3 调幅分解的特点,第三节 过饱和固溶体的分解,二 调幅分解 1 概念：调幅分解2 调幅分解的热力学条件和决定因素3 调幅分解的特点,第四节 金属中固态相变要点,一 概念 1 晶粒度（3种 2 奥氏体稳定化（2种）3 回火脆性（2种）二 马氏体相变 1 马氏体相变特点。2 马氏体高强度高硬度的原因。三 相变总结 参考 教案 第九章二）金属固态相变,
