《固态相变初步》word版

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1、第六章　　固态相变初步固态相变是从固相到固相的转变，即反应相和生成相均是固态。固态相变的生成相可能是平衡相，也可能是亚稳相；可能是稳态组织，也可能是亚稳态组织。即：稳态组织，平衡相固态相变的产物亚稳态组织，平衡相亚稳态组织，亚稳相固态相变可分为两大类：扩散型相变和非扩散型相变6.1扩散型相变扩散型相变有五种：1）沉淀(脱溶、析出)相变新相从母相中沉淀析出ba脱溶相变一般都是经过形核和长大两个过程，与结晶过程相似。2)共析分解ga＋b典型实例：珠光体转变3)调幅分解aa1+a2特征：1、a、a1、a2结构相同，点阵常数不同2、没有形核过

2、程3、成分分布呈调幅波（图1、图2）形成条件：从化学成分的角度，调幅分解必需发生在G－X曲线的拐点内（化学调幅），如图3所示。图1图2图3134)块状转变（图4、图5）ba不同于脱溶晶界形核，快速长大，形貌无规则（图4）图55)有序化转变分两种类型（图6）：一种有形核（有序畴）长大过程属一级相变（图7），另一种没有形核长大过程（图8)，属二级相变。图6图7图86.2沉淀相变　从组织的角度，沉淀相变可分为连续沉淀和非连续沉淀，连续沉淀的生成相可能是稳态组织，也可能是非稳态组织。　从工艺的角度，沉淀相变可以在冷却过程中发生，也可以在时效过

3、程中发生。所谓时效是指将材料置于一定的温度下保温。时效分人工时效和自然时效。后者是在室温下自然放置，前者则是人为地将材料置于设定的温度，时效的时间根据时效时间和材料性能之间的关系而决定。因此，在工业上也有时效相变的说法。沉淀相变的分类方法可参看图9.沉淀相变的分类按工艺分类按组织分类冷却过程中沉淀时效过程中沉淀自然时效人工时效连续沉淀非连续沉淀稳态组织亚稳态组织图9136.2.1连续沉淀和非连续沉淀（1）连续沉淀一般情况下脱溶是以连续沉淀的方式进行的连续脱溶的形核大多数是非均匀形核（因为晶体内部存在大量缺陷），形核借助于缺陷，因此可能

4、的形核位置有，晶界、位错、和空位。如：高温合金中的g’相。（图10）脱溶相呈均匀分布一般不是均匀形核。（2）非连续沉淀少数合金系中可能出现，最典型的Mg合金特征：晶界形核、垂直于晶界生长、和母相晶界一起迁移。非连续沉淀往往是有害相。(图11)图10图116.2.2连续沉淀的形核（1）均匀形核形核过程的能量变化可表达为：式中，　V为晶核体积，S为晶核表面积，σ为单位面积界面能，ω为单位体积弹性应变能。其中：　ΔGV=GN－GP为单位体积新旧两相化学自由能差（GN、GP分别为新、旧相的自由能）。相变驱动力：　ΔGV　　当ΔGV＜0时，相变

5、有可能发生。假定晶核为半径为r的球体，上式变为：　　　　　图12从上面的三个表达式可见：DGV（驱动力，绝对值）越大，则临界半径和临界晶核的体积越小，形核功也越小；s　越大，则临界半径和临界晶核的体积越大，形核功也越大；w　越大，则临界半径和临界晶核的体积越小，形核功也越小。13（2）非均匀形核在固态相变中绝大多数是非均匀形核,析出相呈均匀分布不一定是均匀形核.例：图13中所示的Cu-Al-Ni三元系中的沉淀相NiAl和Cu9Al4（g2）　　　　　　　　　图13在固态相变中非均匀形核的形核位置为晶体缺陷（界面、位错、空位）。形核过程

6、中的吉布斯自由能变化可表示为：其中：DGd缺陷消失所引起的能量变化，作为形核位置的缺陷类型不同，则DGd也不同。以晶界形核为例计算形核功（参看教材图6-12）.如果忽略弹性应变能，形核过程中吉布斯自由能变化为：设晶核形状是两个是球冠（图14），则式6.7中：图14代入(6.7)式，以上只是以晶界形核为例说明非均匀形核的形核功和临界尺寸的计算。在实际的相变过程中可能在其它的晶体缺陷上形核。影响形核的主要内在因素是界面能。13在什么形核位置上形核，取决于形成什么样的相界使系统的能量达到最小值。6.2.3连续沉淀的长大形核后晶核长大的速度主

7、要取决于界面能。界面能越低，长大速度越小。界面结构决定了界面能的大小,界面的共格性程度越高（错配度越小），则界面能越低。界面的迁移速率通常用界面迁移率（Mb)表示,Mb越大，界面迁移越快。当Mb很小，Dmi（组元在相界两侧的化学势差）很大时，界面迁移的速率受界面控制，称之为界面控制长大。当Mb很大，Dmi很小时，界面迁移的速率受扩散控制，称之为扩散控制长大。介于上述两种情况之间的是混合控制长大。一个沉淀相的颗粒（晶粒）与母相之间的相界可能不止一种，不同的相界迁移率不同；这决定了沉淀相颗粒的形貌。如果一个沉淀相颗粒与母相之间的相界不止一

8、种，颗粒在不同的方向上长大速度不同。晶粒长大的动力学问题比较复杂。6.2.4脱溶产生的亚稳相脱溶相变的产物可能是平衡相，也可能是亚稳相。如：Al-Cu合金时效，温度不同，析出相不同。图15显示了Al-Cu合金在不同温度下