相变与扩散课件第4章 扩散性相变（3学时）

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1、第4章扩散型相变4.1脱溶相的长大晶界相的形成长大;针状(或片状)析出物的晶内长大;Ostwald粗化;晶界无沉淀区的计算;中温第二相的沉淀析出4.2第二相的溶解4.3有序化转变UJS—DaiQX4.1脱溶相的长大从显微组织特征来分类，一般可分为三类：局部沉淀普遍沉淀不连续沉淀优先在晶界、位错等缺陷处形成新相核心在晶粒内部普遍发生均匀形核的沉淀不连续沉淀(DiscontinuousPrecipitation)的特征为：新、旧相之间无共格关系，新相自晶界向晶内生长，基体内溶质元素的成分变化是不连续的。也称为胞

2、状沉淀（CellularPrecipitation）。UJS—DaiQX4.1.1晶界相的形成长大1晶界薄膜相的增厚由于界面是原子快速扩散通道的缘故，可假设在很短的时间内形成了晶界薄膜析出相。设新相溶质浓度>母相溶质平均浓度，则在新相β附近的基体必然会产生溶质的贫化区。β相的长大决定于溶质原子在α相中的扩散.设在极短时间里，在相界上就建立了局部平衡。由Fick扩散定律和质量平衡原理可以得到：UJS—DaiQX过饱和度与过冷的关系长大速率随温度的变化规律晶界相增厚速率在某T下得到最大值,类似于“C”曲线形状U

3、JS—DaiQX扩散长大机理如图所示，晶界相的长大包括三个过程：（1）溶质原子通过体扩散到晶界上；（2）溶质原子沿着晶界快速扩散到析出相前端，沉淀、连接，使新相长大；（3）溶质原子还沿着相界面扩散，使相增厚。对于置换型原子，这种扩散机制是重要的.晶界薄膜相增长模型晶界薄膜相扩散长大机理UJS—DaiQX图单晶体与多晶体的自扩散系数随温度的变化UJS—DaiQX4.1.2针状(或片状)析出物的晶内长大析出物晶内增长时界面浓度分布情况有些界面析出物是向晶内伸长的。如钢中的羽毛状上贝氏体、魏氏体等。实验证明，向晶

4、内伸长的析出物，其伸长速率是线性的；而晶内析出物的增厚主要是界面控制机制。UJS—DaiQX讨论正沉淀增长情况。由于Gibbs-Thompson效应，析出相顶端边缘附近基体中的平衡浓度要比原来没有效应时的平衡浓度高，设为Cr。作为近似处理，可设S为有效扩散距离,S=Kr，其中K为常数，随析出相形状而改变，一般均取1。设两相的摩尔体积相等，由Fick定律得：浓度梯度决定于顶端半径,Zener将其简化为：r*为临界半径UJS—DaiQX所以由上式可得：由此可知，析出相伸长速率是一常数。式中的(1-r*/r)称为

5、毛细效应。生长时根据最小能量原理，通常自动地选择使速度取得最大值的曲率半径。求导可得到r=2r*.晶内生长的片状析出物的增厚，其特点是片状析出物的宽面是半共格界面，而不是非共格界面，即析出相与基体之间有一定的位向关系。宽面是半共格界面的增厚机制，也称为突壁（Ledge）长大。UJS—DaiQX半共格界面突壁长大Al-Ag合金片状γ相增厚与时间的规律特征:具有台阶式的时间间隔半共格界面非共格界面台阶在运动台阶扫过若干UJS—DaiQX设台阶之间的距离为恒定值λ,台阶高度也是恒为h,析出物增厚的速度为V.设u为

6、台阶侧面移动的速率，台阶侧面是非共格的。在运动中，原子由基体向侧面扩散，显然，侧面移动速率是由扩散控制的。所以由扩散可有：UJS—DaiQX4.1.3Ostwald粗化当母相大致达到平衡浓度后，析出相以界面能为驱动力缓慢长大的过程称为Ostwaldripeningprocess。这是典型的Gibbs-Thompson效应的应用。Gibbs-Thompson效应产生的原子扩散流UJS—DaiQX在距析出粒子R处单位体积内的扩散流量为：此流量是提供给析出粒子长大的，析出粒子长大所需流量为：根据质量平衡UJS—D

7、aiQX从粒子半径到距离R的最大值积分,设瞬时dr/dt是恒定的根据Gibbs-Thompson效应的表达式可得到：联立（5.21）和（5.22）得：（5.21）（5.22）UJS—DaiQX（3）当质点半径r>时，质点都长大。这时dr/dt>0（2）当质点半径r<时，质点都会溶解。即dr/dt<0（1）当r=，dr/dt=0；式中：D是溶质原子扩散系数，为析出相的比表面能，是摩尔体积，是系统中溶质的平均浓度，r是粒子半径，是系统中平均粒子半径。UJS—DaiQX（5）在长大过程中，当增大时，所有粒子dr/

8、dt均降低；（6）温度的影响是比较复杂。综合效果T↑，dr/dt↑（7）体系过程刚开始时，稍大于的质点长大速度小于体系中粒子的平均长大速度，有可能在后期可能重新被溶解。（8）使析出相稳定的途径：低σ；D小；C0要小。（4）对式求极值得到r=2，dr/dt为极大值。当r>2时的质点，其长大速度逐渐降低；UJS—DaiQX扩散控制的析出相粒子Ostwald长大规律粒子体积分数对分散度的影响UJS—DaiQX根据能量最