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2、OLOGYVol.5 No.4Dec. 1997合金调幅分解与有序化共存的图形热力学分析卫英慧 胡兰青 黄 源 王笑天 (太原工业大学,太原030024) (西安交通大学,西安710049)摘 要 经典固溶体理论认为调幅分解与有序化两种失稳模式不可能在同一合金系中同时出现,但许多合金中都发现了这一现象。本文通过构造的多种热力学图形,直观地解释了共存现象,从理论上证实了调幅分解与有序化共存反应的可能性。关键词 调幅分解;有序化;热力学;相变分类号 TG14 长期以来,有序化与调幅分解/丛聚被认为是互相排斥或相反的两种反应,这是经典固溶体理论——最近邻
3、原子作用模型(nearestneighborinteractionmodel)得出的一个最基本的结论,这一理论已被诸多金属物理学家所广泛接受。该理[1]个问题,通过构造热力学图形,直观地解释调幅分解与有序化共存现象。1 几种图形热力学构造图形热力学[1-4](Graphicalthermodynamic)论可以直观地解释如下:假设是通过构造热力学上可行的自由能-成分曲线,W=WAA+WBB-2WAB为二元固溶体的最近邻原子交换能(interchangeenergy),WAA、然后分析某一成分合金相分解时自由能的变化轨WBB、WAB分别为A-A、B-B和A-B的键能,若W0,说
4、明异类原子亲和力大于同类原子亲和力,这时产生异类原子偏聚的有序化。显然,以上理论预言,合金过饱和固溶体失稳(insta-bility)的模式(mode)只能有两种,一种是调幅分解/丛聚,另一种是有序化,这两种模式是互相排斥的,不可能在同一合金系中同时出现(即共存)。但是,正如我们研究发现的那样,Ni-Ti、Cu-Ti和Al-Li合金在时效相变过程中同时存在调幅分解与有序化两种失稳模式,这是经典固溶体理论所无法解释的现象。事实上,合金连续相变的研究开展以来,已经在许多合金系中发现了调幅分解与有序化的共存现象,如Fe-Al、Ni-[5,6]12[7,8][9,10]、Fe-C[1
5、1～13]等[14],这Mo、Fe-Be、Cu-Zn说明该现象具有相当的普遍性。本文就是针对这收稿日期:1997-02-25卫英慧,博士.太原工业大学,030024[3,4][2]迹,以了解相变全过程的一种方法。这种方法简单方便,不需要了解更多的合金系的有关参数,不受特定合金固溶体模型的限制,对于相变过程相对复杂的合金特别是了解连续相变过程非常有效。 通过对诸多合金连续相变过程的分析,构造了图1、2、3所示的几种热力学图形,图中示出了均匀无序和有序固溶体的成分-自由能曲线。 图1中,对所有成分的无序固溶体自由能曲线均呈下凹形,有序态自由能曲线在S1和S2处具有调幅分解拐点
6、。对成分为Co的固溶体,无序态时对析出AxBy相是不稳定的,但固溶体可以通过有序化由P点至Q点降低其自由能,这个有序化过程没有成分的改变,是一种区域性的短程有序化。当自由能处于Q点时,由于S1和S2点之间G″图1 热力学图形构造之一[14,15]第4期卫英慧等:合金幅分解与有序化共存的图形热力学分析79发生调幅分解失稳,贫、富溶质区呈现无序,其成分分别沿OS1种OS′2变化,当富溶质区成分达到O点时,无序态对有序态是不稳定的,富溶质区发生有序化。在富溶质区成分未达到S2时,调整分解与有序化是交替进行的,最后形成稳定的AxBy0的无序固溶体,对有序化和调幅分相。成分为γ解同时不
7、稳定,它可能会先发生短程有序化,使其′′自由能接近或达到OS′2,同时发生调幅分解,然后部分无序态通过调幅分解分解为有序的贫、富溶Fig.1 Firstgraphicalthermodynamicconstructionoffreeenergy-compo12sitiondiagrams质区,贫溶质区成分沿OS1,富溶质区沿OS2变化。当贫溶质区浓度达到O点时,贫溶质区发生无序化。最后无序的贫溶质区和有序的富溶质区形成稳定的平衡相。o和Vo的无序固溶体分解过程可以分成分V别表示如下:调幅分解o:无序固溶
