西北工业大学 材料科学基础课件 第八章_固态相变.ppt

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1、第八章固态相变1第八章固态相变第一节概述一固态相变的特点1界面类型:错配度δ=（αβ-αα）/αβ完全共格界面：δ=0，应变能和界面能接近于零；弹性应变共格界面：δ<0.05，界面能0.1J/m2，应变能增加；半共格界面：0.05<δ<0.25，界面能0.5J/m2，应变能降低；非共格界面：0.25<δ，界面能1.0J/m2，应变能进一步降低。2第九章固态相变第一节概述界面能依共格界面、半共格界面和非共格界面的顺序而递增．应变能恰恰相反。第一节概述一固态相变的特点界面能固-固两相界面能远比液-固两相界面能高：一部分是形成新相界面

2、时，因同类键、异类键的结合强度和数量变化引起的化学能；另一部分是由界面原子的不匹配产生的点阵畸变能．界面能依共格界面、半共格界面和非共格界面的顺序而递增．3第八章固态相变第一节概述第一节概述一固态相变的特点应变能:包括共格应变能和体积应变能。共格应变能：共格界面新旧两相点阵常数差异引起的应变能。体积应变能：由于新相与母相的比容不同，固态相变时新相的生成必然受到周围母相的约束而产生弹性应变而增加的应变能。新相与母相的比容差别越大，则体积应变能越大。单位体积应变能的大小还与新相的几何形状有关。4第八章固态相变第一节概述球状应变能最大

3、，针状次之，片状（盘状）应变能最小。第一节概述一固态相变的特点2位向关系当两相界面为共格或半共格时，新相晶核与母相之间存在一定的晶体学位向关系。新相的某一晶面和晶向分别与母相的某一晶面、晶向平行。一般是新旧两相原子密度最大的晶面互相平行，原子密度最大的晶向互相平行。如：钢由奥氏体转变为正方马氏体:{111}γ//{110}α´，<110>γ//<111>α´。5第八章固态相变第一节概述第一节概述一固态相变的特点3惯习现象*新相沿特定的晶向在母相特定晶面上形成。惯习方向（母相）惯习面原因：沿应变能最小的方向和界面能最低的界面发展。

4、6第八章固态相变第一节概述第一节概述一固态相变的特点3惯习现象7第八章固态相变第一节概述魏氏组织（白色片状）第一节概述二固态相变的分类1按相变过程中原子迁移情况（1）扩散型：依靠原子的长距离扩散；相界面非共格。（如珠光体、奥氏体转变，Fe,C都可扩散。）（2）非扩散型：旧相原子有规则地、协调一致地通过切变转移到新相中；相界面共格、原子间的相邻关系不变；化学成分不变。（如马氏体转变，Fe,C都不扩散。）（3）半扩散型：既有切变，又有扩散。（如贝氏体转变，Fe切变，C扩散。）8第八章固态相变第一节概述第一节概述二固态相变的分类2按相

5、变方式分类（1）有核相变：有形核阶段，新相核心可均匀形成，也可择优形成。大多数固态相变属于此类。（2）无核相变：无形核阶段，以成分起伏作为开端，新旧相间无明显界面，如调幅分解。9第八章固态相变第一节概述第二节固态相变的形核一均匀形核1形核的能量条件△G＝n△Gv+ηn2/3+nEs临界晶核形核功：△G*=4/27[η33/(△Gv+Es)2]10第八章固态相变第二节形核长大第二节固态相变的形核一均匀形核1形核时的能量变化（1）相变驱动力:体积自由能△Gv（2）相变阻力:界面能,应变能Es11具有低表面能和高应变能的共格/半

6、共格晶核：为了降低应变能，新相倾向于呈盘状和片状；具有高表面能和低应变能的非共格晶核：为了降低表面能，新相倾向于呈球状。若相变后应变能显著增加，则新相趋向于呈片状或针状。第八章固态相变第二节形核长大第一节概述一均匀形核相变阻力大：界面能增加额外弹性应变能：比体积差扩散困难（新、旧相化学成分不同时）固态相变困难固态相变均匀形核的可能性很小，非均匀形核（依靠晶体缺陷）是主要的形核方式。12第八章固态相变第一节概述点…缺陷类型线…面…晶格畸变、自由能高，促进形核及相变。第二节固态相变的形核二非均匀形核表面能高，降低△G*（1）晶界形核

7、新相在母相表面部分界面重建，降低界面能13第八章固态相变第二节形核长大结构混乱，易扩散，利于扩散相变第二节固态相变的形核二非均匀形核新相生成处位错消失，能量释放，提高驱动力（2）位错形核新相生成处位错不消失，可作为半共格界面的形成部分易于发生偏聚（气团），有利于成分起伏，易于扩散，有利于发生扩散型相变14第八章固态相变第二节形核长大第二节固态相变的形核二非均匀形核促进扩散新相生成处空位消失，提供能量（3）空位形核空位群可凝结成位错促进形核（在过饱和固溶体的脱溶析出过程中，空位作用更明显。）15第八章固态相变第二节形核长大第二节固

8、态相变的形核二非均匀形核2非均匀形核的能量变化△G＝n△Gv+ηn2/3+nEs-△GD△GD－晶体缺陷导致系统降低的能量。162h第八章固态相变第二节形核长大第三节固态相变的晶核长大17第八章固态相变第二节形核长大对扩散型相变来说，新相长大分为界面控制和扩散