金属学原理ppt课件.ppt

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1、金属学原理2006年10月六、相变Transformation相变概述相系统内物理性质均匀的部分，与其他部分之间有分界面隔开。相变相的数目或相的性质（如晶体结构、化学成分、应变状态等）发生变化。固态相变固态相变：固态金属材料在温度和压力等发生改变时，其内部组织结构会发生变化，发生从一种相状态向另一种相状态的转变，这种转变称为固态相变。固态相变表现为晶体结构、化学成分、表面能、应变能或者界面能中的一种或者几种发生变化。通过控制固态相变可使金属材料的力学性能变化近10倍，同时还可能赋予材料一些特殊的性能。按热力学划分相变按热力学条件分类相变根据相变前后热力学函数的

2、变化情况，可将相变分为一级相变、二级相变和更高级的相变。一级相变相变时新相与母相的化学势相等，但化学势的一阶偏微分不等的相变称为一级相变。即：按热力学划分相变：一级相变已知条件：按热力学划分相变：一级相变一级相变特点：在发生一级相变时，熵S和体积V将发生不连续的突变，一级相变存在相变潜热和体积的突变。材料的凝固、熔化、升华、固态多形性相变等均属于一级相变。几乎所有伴随晶体结构变化的金属固态相变都是一级相变，绝大多数第二相的沉淀析出相变都是一级相变。按热力学划分相变：二级相变二级相变相变时新相与母相的化学势相等，且化学势的一阶偏微分也相等，但化学势的二阶偏微

3、分不等的相变。即：按热力学划分相变：二级相变已知条件：按热力学划分相变：二级相变二级相变特点无相变潜热和体积的突变，但材料的比热CP、压缩系数K、膨胀系数λ会发生不连续的突变。材料的部分有序化转变、磁性转变以及超导转变均属于二级相变。更高级相变相变时新相与母相的化学势相等，且化学势的n阶以下偏微分也相等，但化学势的n阶偏微分不等的相变称为n级相变。二级以上的高级相变在实际中很少遇到。按平衡状态划分相变根据平衡状态分类根据相变发生过程是否符合平衡状态，从而是否得到符合平衡状态图所表示的平衡组织，可将固态相变分类为平衡相变和非平衡相变。由于动力学方面的原因，实际

4、相变均很难完全达到平衡，即实际相变在严格意义上均为非平衡相变，但通常仅将得到不符合平衡状态图所示组织的相变归类为非平衡相变按平衡状态划分相变平衡相变或近平衡相变平衡固态多形性相变平衡溶解和平衡沉淀析出共析相变和逆共析相变调幅分解有序化转变非平衡相变包晶及包析相变伪共析相变马氏体相变贝氏体相变非平衡沉淀析出按原子迁移方式划分：扩散与非扩散相变根据原子迁移方式分类扩散型相变相变过程中需要有原子扩散运动，故相变速率受原子扩散速度控制；新相与母相的化学成分往往不相同；只有因新相和母相的比容不同而引起的体积变化，而没有宏观形状的改变。非扩散型相变相变过程中不需要原子扩散

5、运动；新相与母相的化学成分相同；存在由于均匀切变引起的宏观形状改变，可在预制的抛光试样表面上观测到浮突现象；新相与母相之间存在确定的晶体学位向关系；某些材料发生非扩散型相变时，相界面移动速度极快，可接近声速。按相变方式划分：有核与无核相变根据相变方式分类有核相变有核相变是通过形核-长大方式进行的。也被称为不连续相变无核相变无核相变不存在形核阶段。无核相变以固溶体中的成分涨落为开端，通过成分涨落形成溶质高浓度区和低浓度区，通过上坡扩散使浓度差逐渐增大，最终单相固溶体分解成化学成分不同但晶体结构相同的以共格界面相联系的两个新相。固态相变特点固态相变的主要特点新相与

6、母相自由能之差是相变的驱动能，相变自由能必须为负值才能发生相变，负值越大，相变越容易进行。相变自由能由化学自由能变化引发的相变，自由能较大由塑性变形引发的形变储能，数值较小由界面能引发的相变，相变自由能很小固态相变特点弹性应变能弹性应变能使相变过程中系统的能量升高，减小了相变自由能的数值，在一定程度上阻碍固态相变的进行。弹性应变能的存在是固态相变的主要特点盘(碟)状球形ac棒(针)状100.10.0100.51相对弹性应变能新相形状与相对弹性应变能的关系c/a固态相变特点相界面新相形成时将产生新的界面，系统必须提供相应的界面能。相变时界面能和弹性应变能均为阻碍相

7、变发生的因素，但前者是体积能，后者是面积能。哪个是主导因素需根据具体情况而定。影响因素包括相变自由能大小、第二相形状、界面类型（共格、半共格、非共格）等。晶体缺陷固态晶体中存在晶界、亚晶界、位错、相界等各种晶体缺陷，固态相变一般在缺陷处优先形核。固态相变特点原子扩散原子扩散速率随温度降低而迅速下降，导致扩散控制型冷却相变的转变量-温度-时间曲线往往出现C曲线的特征。冷却速度很大时，会抑制扩散控制型固态相变，而发生无扩散相变。过渡相若新相与母相晶体结构差异较大，二者之间的比界面能较高，相变势垒较大，母相将先转变为晶体结构和化学成分与母相比较接近因而自由能比母相稍低

8、但比稳定相又略高的亚稳定