材料科学与工程基础 教学课件 作者 顾宜 主编第二章第5讲.ppt

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1、FourTypesofTransformationsinSolids2-7固体中的转变TransformationsinSolidsPhase,TypesofTransformationsPhaseRulePhaseDiagram,componentsUnitaryBinaryTernaryChapter102-7固体中的转变TransformationsinSolids2-7-1固体结构的稳定性(StabilityofStructuresinSolids)能量趋于越低，体系越稳定扩散和转变:均涉及体

2、系热力学状态（自由能变化）；和动力学因素（变化速率）。扩散：一般由于原子的热振动。自和互扩散转变：不稳态相分离亚稳态弛豫能量更低的亚稳态稳态亚稳态(MetastableState):可持续很长时间的非平衡态1．热力学因素G=H-TSG与温度相关。G<0，不稳态，扩散和转变会自发进行；是扩散和结构转变的推动力。自由能、焓变和熵变。2．动力学因素转变的能垒。外界提供能量。温度、压力。密排六方面心立方体心立方Ca——室温＞447CCo室温＞427C——Na＞-223C室温——Ti室温——＞8

3、83CFe——912~1400C（γ）　＜912C（α）＞1400C（δ）2-7-2固体中的转变类型(TypesofTransformationsinSolids)1.同素异构转变（AllotropicTransformations）固体从一种晶体结构变为另一种晶体结构1)均为相变（PhaseTransformations）；2)扩散型包括成核和长大；3)金属多高温倾向于体心立方,低温转变为密排六方或面心立方晶体结构变化2.非晶态的晶化（CrystallizationofNoncrystall

4、ine)非晶态是亚稳态，通过成核和晶核张大过程发生晶化。可能:非晶态某些性能改进，应促其发生晶化某些优良性能丧失，则应避免晶化*非晶态晶化是在Tg以下进行的，扩散系数小。（熔体结晶：Tg＜T＜Tm）有序程度变化3.结构弛豫(StructuralRelaxation)弛豫：偏离了原平衡态或亚稳态的体系回复到原状态的过程.非晶态的结构驰豫：不稳态非晶材料，常温或加热一定温度保温退火，许多性质随时间变化而达另一亚稳态结构驰豫的特点：未发生结晶，不是亚稳态向稳定态的相变微观结构是向一种能量较低的亚稳态的转变有

5、序程度变化4.相分离（SeparationofPhase)多组元体系分离成不同组份和结构的几相熔体冷却时,可能由不稳态或亚稳态分离成不同成分和结构的相相分离过程的机制：一种经过成核；一种不经过成核拐点分解(InflexionDecomposition)：不经过成核过程，不稳相向亚稳相或稳定相转变化学成分变化2-7-3相变类型(TypesofPhaseTransformations)1．从热力学角度一级相变：化学势的一阶偏微商不相等相变前后两相的体积和熵发生突变△G=0△S≠0△V≠0二级相变：化学势的

6、二阶偏微商不相等（一阶相等、连续）体积和熵无突变，等压热容和压缩、膨胀系数有突变△S=0△V=0△CP≠0△K≠0△α≠02．按相变方式形核-长大型相变：形成新相核心；变化程度大，范围小。连续型相变：连续长大（不形核）；变化程度小，范围大。3．按原子迁动特征有序-无序相变：对称性改变（有序参数变化）位移型相变：原子位移磁性相变：仅电子旋转方向改变扩散型相变：靠原子（或离子）扩散进行无扩散型相变：主要不靠原子（或离子）扩散进行Spinodal分解2-7-4相图（PhaseDiagram）多相系统平衡状态

7、与其影响变数的关系图相：物理化学性质相同完全均匀可含多种物质1．相律（PhaseRule）相数p：系统内性质相同且均匀部分的种类数独立组分数C：平衡系统中各相组成的最少纯物质数纯物质数减去独立化学反应数自由度数F：相平衡系统中可独立改变而不引起相变的变量数F=C－p＋nn为影响系统平衡状态的外界因素数一般（仅温度和压力）：n=2凝聚系统：n=1F=C–p+2Chapter102．一元相图（UnitaryPhaseDiagram）分别以温度、压力为两坐标（F=1-p+2，p≥1，F≤2）纯铁相图匀晶相图

8、（IsomorphousPhaseDiagram）3．二元相图（BinaryPhaseDiagram）Section10.6杠杆法则（LeverRule）：QL/QS=l(cb)/l(ac)SFigure10.2具有最低点和最高点的匀晶相图共晶相图（EutecticPhaseDiagram）共晶转变点（InvariantPoint）：ESection10.10EXAMPLEPROBLEM10.2Fora40wt%Sn–60wt%Pballoyat150℃