js1固态相变概论.ppt

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1、第一章固态相变概论1.1固态相变的主要类型1.1.1平衡转变同素异晶转变纯金属在一定的温度和压力下，由一种结构转变为另一种结构的现象称为同素异晶转变。若在固溶体中发生这种结构的转变，则称为多形性转变。如钢在冷却时由奥氏体中析出先共析铁素体的过程。1(2)平衡脱溶转变高温过饱和固溶体缓慢冷却过程中析出第二相的过程特点：(a)新相的成分和结构始终与母相的不同；(b)母相不会消失。钢在冷却时，由奥氏体析出二次渗碳体的过程图1-1可发生脱溶转变的合金2（3）共析转变合金冷却时，由一个固相同时析出两个不同固相的过程称为共析转变钢中的珠光体相变（4）增幅分解由一种高温固溶体，冷至某一温度范围，

2、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α→α1+α23(5)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。Cu-Zn、Au-Cu等合金中均可发生这种转变特点：(a)新形成的微区之间无明显的界面和成分的突变；(b)通过上坡扩散，最终使均匀固溶体变为不均匀固溶体。41.1.2不平衡转变伪共析转变接近共析点成分的合金，过冷到共析点以下发生共析转变的过程铁素体和渗碳体的相对量随奥氏体的含碳量而变，故称为伪共析体图1-2Fe-Fe3C相图的伪共析区5(2)马氏体相变钢在快冷时，若能避免其发生扩散型转变，则将无需原子的扩散，以一种切变共格

3、的方式实现点阵的改组，而转变为马氏体(3)块状转变在一定的冷速下奥氏体转变为与母相成分相同而形貌呈块状的α相的过程通过原子的短程扩散使非共格相界面在母相中推移6(4)贝氏体相变在珠光体转变与马氏体转变温度范围之间（中温），铁原子不能扩散，碳原子可以扩散过冷奥氏体转变为由铁素体和渗碳体组成的非层片状组织—贝氏体(5)不平衡脱溶转变在等温条件下，由过饱和固溶体中析出第二相的过程析出相为非平衡亚稳相7金属固态相变的三种基本变化：（1）结构；（2）成分；（3）有序程度只有结构的变化：多形性转变，马氏体相变只有成分的变化：调幅分解既有结构又有成分上的变化：共析转变，脱溶沉淀81.2固态相变的

4、一般特征固态相变的驱动力也为新相与母相的自由能差，与结晶过程相比，固态相变有其自身特点1.2.1相界面按结构特点可分为：共格界面、半共格界面、非共格界面9（1）共格界面两相界面上的原子排列完全匹配，即界面上的原子为两相所共有特点：界面能很小，弹性应变能大错配度δ=∆a/a越大，弹性应变能越大10图1-3a)共格界面b)半共格界面c)非共格界面11半共格界面：相界面上分布若干位错，界面上的两相原子部分地保持匹配，弹性应变能降低。(3)非共格界面：两相界面完全不匹配，即存在大量缺陷的界面，为很薄的一层原子不规则排列的过渡层，界面能较高。121.2.2惯习面和位向关系固态相变时，新相往往

5、在母相的一定晶面上开始形成，这个晶面称为惯习面如：亚共析钢中，在{111}γ析出先共析铁素体------魏氏组织位向关系：新相与母相之间的某些低指数晶面和晶向往往存在一定的位向关系，以减小两相间的界面能{110}α//{111}γ；<111>α//<110>γ131.2.3弹性应变能图1-4新相形状与应变能的关系由纳巴罗(Nabarro)计算非共格相界面的体积（比容）应变能（由于比容不同）：球状最大，针状次之，盘状最小。两相界面上不匹配也引起弹性应变能，共格界面最大，半共格界面次之，非共格界面为零。14固态相变的阻力：界面能+应变能1.2.4晶体缺陷的影响大多数固态相变的形核功较大

6、，极易在晶体缺陷处优先不均匀形核，提高形核率，对固态相变起明显的促进作用。1.2.5过渡相（亚稳相）的形成为了减少界面能，固态相变中往往先形成具有共格相界面的过渡相（亚稳相）。亚稳相有向平衡相转变的倾向，但在室温下转变速度很慢。151.3固态相变的形核1.3.1均匀形核与凝固过程相比，增加了一项应变能∆G=V∆Gv+Sσ+εV(1-1)其中∆Gv----新旧相间单位体积自由能差σ----单位面积界面能ε----单位体积应变能相变驱动力：V∆Gv，新旧相间自由能差相变阻力：Sσ+εV，界面能+应变能16设形成的新相晶核为球形对于r求导：图1-5球形晶核的自由能变化可得临界晶核尺寸：形

7、成临界晶核的形核功形核功：晶核长大到r*所需克服的能垒，或所做的功17固态相变的形核率----单位体积母相中所形成的核心数N----单位体积母相中的原子数ν----原子振动频率∆G*----形核功Q----原子扩散激活能固态相变较难均匀形核181.3.2非均匀形核晶体缺陷储存的能量可使形核功降低，促进形核∆G=V∆Gv+Sσ+εV-∆Gd(1-5)-∆Gd----由于晶体缺陷消失所降低的能量晶体缺陷：空位、位错、晶界（1）空位空位通过促进溶质原子扩散或利用本身能量提供