C6-thermodynamics of phase transformation(1).ppt

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1、ThermodynamicsofMaterialsLecture6ThermodynamicsofPhaseTransformation第6章相变热力学6.1相变分类6.2新相的形成和形核驱动力6.3第二相析出的相变驱动力6.4析出相的表面张力效应6.5晶间偏析6.6固溶体的磁性转变自由能6.7有序-无序转变自由能6.8二级相变对相平衡的影响PhaseTransformationMeltMeltCrystalLoweringTemp.在均匀单相内,或在几个混合相中，出现了不同成分或不同结构（包括原子、离子或电子位置位向的改变）、不同组织形态或不同性质的相。相变：第6

2、章相变热力学6.1相变分类(1)按热力学分类相变种类繁多,可按不同方式分类：一级相变二级相变(2)按相变方式分类不连续相变连续相变(3)按原子迁移特征分类扩散型相变无扩散型相变一级相变（First-orderphasetransformations）将自由能（化学势）对温度和压力的一阶偏微分在相变过程中发生突变的相变称为一级相变。金属中大多数相变为一级相变。6.2相变分类(按热力学分类)表现：体积和熵(焓)的突变一级相变（First-orderphasetransformations）表现：体积和熵(焓)的突变一级相变（First-orderphasetransfo

3、rmations）Maxwell方程二级相变（Secondorderphasetransitions）在相变过程中，化学势对T,P的一阶偏微分相等，而二阶偏微分在相变过程中发生突变的相变称为二级相变。属于二级相变的有：铁磁-顺磁转变(Ferromagnetic-paramagnetictransition)Fe、Ni、Co及其合金，各种铁氧体，Mn-Al合物，稀土-过渡族元素化合物等反铁磁(Anti-ferromagnetic)-顺磁转变Fe、Mn、Cr及部分稀土元素等超导-常导转变(Superconduct-generallyconducttransition)I

4、n、Sn、Ta、V、Pb、Nb等纯金属和Nb-Ti、Nb-Zr、V3Ga、Nb3Sn、Nb3AlGe、Nb3Ge等金属间化合物以及Y-Ba-Cu-O等氧化物超导体等合金中有序-无序的转变Au-Cu、Ti-AI、AI-Mn、Cr-AI、Cu-Zn、Cu-Pd、Cu-Pt、Fe-Co、Fe-AI、Fe-Si、Fe-Ni、Fe-Pt、Ni-V等合金系二级相变（Secondorderphasetransitions）二级相变二级相变中，定压热容Cp、膨胀系数与压缩系数发生突变。6.1相变分类(按相变方式分类)连续型相变（无核型）：原子较小的起伏，经连续扩展而进行，新相和

5、母相无明显相界面。（大范围原子发生轻微重排的涨落）(2)按相变方式分类不连续相变（形核长大型）：形核、长大型两阶段进行，新相和母相有明显相界面。（小范围原子发生强烈重排的涨落）发生在转变前后晶体结构都相同的系统中。特点：发生区域大；无形核位垒；上坡扩散例：调幅分解；有序/无序转变无扩散型相变：无原子扩散，或虽存在扩散，但不是相变所必需的或不是主要过程。6.1相变分类(按原子迁移特征分类)(3)按原子迁移特征分类扩散型相变：依靠原子扩散进行原有的原子邻居关系被破坏；溶体成分发生变化。相邻原子的移动距离不超过原子间距，不破坏邻居关系；不改变溶体成分。马氏体相变材料发生相

6、变时，在形成新相前往往出现浓度起伏，形成核胚，再成为核心、长大。在相变过程中，所出现的核胚，不论是稳定相或亚稳相，只要符合热力学条件，都可能成核长大，因此相变中可能会出现一系列亚稳定的新相。这些亚稳定的过渡相在—定的条件下再向稳定相转化6.2新相的形成和形核驱动力热力学指明某一新相的形成是否可能。Forexample:材料凝固时往往出现亚稳相，甚至得到非晶态。如过冷至Tmγ以下，由液相凝固为α、β和γ都是可能的，都引起自由能的下降。6.2新相的形成和形核驱动力自由能最低的相最稳定(稳定相)相对稳定相(亚稳相)具有较高的自由能，但只要亚稳相的形成会使体系的自由能降低，

7、亚稳相的形成也是可能的。液相L、稳定相α、亚稳定相β、γ和δ发生浓度起伏(Concentrationundulate)时，如果将自由能曲线分成若干段，则每个成分段固溶体的性质与这段曲线的形状有关。固溶体稳定固溶体将发生失稳分解(Spinodaldecomposition)原因：6.2新相的形成和形核驱动力固溶体稳定性：，固溶体自由能升高，固溶体自由能降低固溶体要发生分解，不能以失稳分解的机制发生，而要通过普通的形核长大机制进行。亚稳区(Metastablerange)：单相固溶体的自由能高于两相混合物的白由能。6.2新相的形成和形核驱动力Forexample:在