金属固态相变基础

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1、相和相变相变的分类金属固态相变的主要特点第一章金属固态相变基础1.1金属固态相变概论1.1.1相与相变概念相：任何物质都是由原子、分子、离子或分子团组成的，构成物质的这一体系，可以是均匀的，也可以是非均匀的，其中，均匀的部分即称为相。稳定相:对于一定的热力学条件，只有当某相的自由能位最低时，该相才是稳定的且处于平衡态亚稳相:若某相的自由能虽然并不处于最低，然而与最低自由能态具有能垒相分隔，则该相为亚稳相能垒:相变时改组晶格所必须克服的原子间引力。非稳定相：若不存在这种能垒，则体系处于非稳定态，这种状态是不稳定的，它一定会转变为平衡态或亚稳态。相变：在均匀一相或几个混合相内

2、，出现具有不同成分或不同结构（包括原子、离子或电子的位置或位向）或不同组织形态或不同性质的相，称为相变。固态相变：固态材料在温度和压力改变时发生的相变。1.1.2金属固态相变的主要分类1、按热力学分类:一级相变和二级相变相变类型一级相变相变时新旧两相的化学势相等，但化学势的一级偏微商不等的相变。μ为化学势；T为温度；P为压力；S为熵；V为体积。二级相变比热压缩系数膨胀系数熵体积一级相变具有体积和熵的突变；熵的突变表明在一级相变过程中，有相变潜热的吸收或释放，从而可以应用热膨胀仪来测量一级相变的开始点。体积的突变说明在相变过程中要发生体积变化。材料凝固、熔化、升华、同素异构

3、转变均属一级相变。几乎所有伴随晶体结构变化的固态相变都为一级相变。，二级相变β为材料的等温压缩系数α为材料的等压膨胀系数不能由两相的体积、熵分析二级相变材料的磁性转变属于二级相变。，，，，2、按平衡状态分类分为平衡相变和非平衡相变（1）平衡相变同素异构转变纯金属在温度压力变化时，由一种晶体结构转变为另一种结构的过程称为同素异构转变。多形性转变固溶体由一种晶体结构转变为另一种结构的过程称为多形性转变。平衡脱溶转变单一的α固溶体,冷至固溶度曲线MN以下温度时，β相又将逐渐析出，这一过程称为平衡脱溶沉淀。其特点是新相的成分和结构始终与母相的不同；随着新相的析出，母相的成分和体积

4、分数将不断变化，但母相不会消失。例如：钢在冷却时，二次渗碳体的析出，即属这种相变。共析转变由一个固相分解为两个固相的转变。如：珠光体转变。增幅分解:由一种高温固溶体，冷至某一温度范围，分解为两种与原固溶体结构相同，而成分不同的微区的转变称为增幅分解可用反应式表示:α→α1+α2其特点是：新形成的微区之间并无明显的界面和成分的突变，但通过上坡扩散，最终使一均匀固溶体变为一不均匀固溶体。有序化转变固溶体中，各组元的相对位置从无序过渡到有序的过程，称为有序化转变如：铜－锌合金，金－铜合金都发生有序性转变。（2）非平衡转变伪共析转变共析转变:平衡冷却下，奥氏体转变为铁素体与渗碳体

5、。但如果奥氏体自高温以较快速度冷却，共析转变来不及进行，非共析成分的奥氏体被过冷到GS和ES的延长线以下温度（图中阴影线区）时，将同时析出铁素体与渗碳体。这一转变过程类似于共析转变，当转变产物中铁素体量与渗碳体量的比值不是定值，而是随奥氏体碳含量而变，称为伪共析转变。伪共析转变也称为珠光体转变。马氏体相变由奥氏体转变为马氏体的相变T0为母相与马氏体自由能相等的曲线；低于T0，母相可转变为马氏体。除铁碳合金外，其它合金也可以发生马氏体相变。块状转变：纯铁或低碳钢，在一定的冷速下奥氏体可以转变为与母相成分相同而形貌呈块状的α相。贝氏体相变：奥氏体在珠光体转变与马氏体转变温度范

6、围之间发生的相变。非平衡脱溶转变：自t1快冷，在冷却过程中β来不及析出；故将得到过饱和固溶体；在室温或在低于固溶度曲线MN的某一温度下等温时将自α析出成分与结构均与平衡沉淀相不同的新相，称为不平衡脱溶沉淀。3、按原子的迁移情况分类扩散型相变定义：相变过程受控于原子（或离子）的扩散。特点：（1）相变的速度取决于原子的扩散速度；（2）新相和母相成分不同；（3）体积变化，但宏观形状不变无扩散型相变定义：相变过程不存在原子（或离子）的扩散，原子（或离子）仅做有有规则的迁移使点阵发生改组。特点：（1）宏观形状变化，试样表面会出现浮凸；（2）新相与母相化学成分相同；（3）新相与母相之

7、间存在一定晶体学位向关系。4、按相变方式分类有核相变（形核长大型相变）定义：通过形核以及核长大方式进行相变。特点：始于程度大而范围小的成分起伏，已相变区与未相变区以相界面相分隔。钢中的相变，大多为形核长大型相变。无核相变（连续型相变）定义：没有形核阶段的相变。特点：始于程度小而范围大的成分起伏，通过成分起伏形成高浓度区和低浓度区，成分由高浓度区连续过渡到低浓度区。以后依靠上坡扩散使浓度差增大，导致一个单相固溶体分解为成分不同的两个相。典型的相变如spinodaldecomposition（增幅分解）。固态相变总结：固态相变种类