2013固态相变基础(Solid-State Transformation).pdf

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1、•1896•1920•1987•2006第七章固态相变基础(Solid-StateTransformation)参考书目•徐洲，赵连成主编.《金属固态相变原理》，科学出版社，2004•朱景川，来忠红编著.《固态相变原理》，科学出版社，2010固态相变的重要性我国大飞机上翼壁板、主支撑框等所需超强铝合金:相变组织强化与超高强度钢大客用7A55-T77大运用7B50-T77本章要点金属固态相变的主要类型•平衡转变与非平衡转变；•按不同方式对相变进行分类(热力学、原子移动机制、相变方式)固态相变的一般特征•位向关系、惯习面及弹性应变能的概念；•母相晶体缺陷对相变机

2、制的影响；形核与长大•均匀形核、晶界形核与位错形核；•影响形核的因素；•扩散生长与滑移生长•影响生长的因素相变动力学基础7.1金属固态相变概论相（phase）：Aphaseisaregionofmaterialthatischemicallyuniform,physicallydistinct,and(often)mechanicallyseparable.物理性质和化学性质完全相同且均匀的部分相与相之间有分界面系统中存在的相可以是稳定的、亚稳的或不稳定的。系统在某一热力学条件下，只有当能量具有最小值的相才是最稳定的。系统的热力学条件改变时，自由能会发生变化，相

3、的结构也相应发生变化。固态相变：•金属或陶瓷等固态材料在温度和压力改变时，其内部组织或结构会发生变化，即发生从一种相状态到另一种相状态的改变。•相变前的相状态称为旧相或母相，•相变后的相状态称为新相。•控制相变过程获得预期的组织，具有预期的性能。•最常用手段：热处理固态相变分类重构型相变按结构变化分类位移型相变按相变热力学分类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。设α代表旧相，β代表新相，μ为化学势、T为温度、P为压力，则有：∂μ1∂μ2∂μ1≠∂μ2≠∂TP∂TP∂PT∂PTμ=μ12

4、∂∂μμ=−S=V∂TP∂PT•在一级相变时，熵S和体积V将发生不连续变化，即一级相变有相变潜热和体积改变。•材料的凝固、熔化、升华以及同素异构转变等均属于一级相变。•几乎所有伴随晶体结构变化的固态相变都是一级相变。按相变热力学分类二级相变：相变时新旧两相的化学势相等，且化学势的一级偏微商也相等，但化学势的二级偏微商不等的相变称为二级相变。∂μ1=∂μ2∂μ1∂μ2μ1=μ2=∂TP∂TP∂PT∂PT222222∂μ∂μ∂μ1∂μ2∂μ1∂μ21≠2≠≠∂

5、T2∂T2∂P2∂P2PPTT∂T∂P∂T∂PC等压热容K压缩系数λ热膨胀系数P•相变时，S＝S；V＝V；C≠C；K≠K；λ≠λ即在二级αβαβPαPβαβαβ相变时，无相变潜热和体积改变，只有比热C、压缩系数K和膨胀系数Pλ的不连续变化。•材料的部分有序化转变、磁性转变以及超导体转变均属于二级相变。按相变热力学分类高级相变在临界温度、临界压力时，一阶、二阶偏导数相等，而三阶偏导数不相等的相变成为三级相变。实例：量子统计爱因斯坦玻色凝结现象为三级相变。依次类推，自由焓的n-1阶偏导连续，n阶偏导不连续时称为高级相变。二级以上

6、的相变称为高级相变，一般高级相变很少，大多数相变为低级相变。按转变条件（平衡状态）分类平衡转变、非平衡转变一、平衡相变(equilibriumtransformation)固态金属---缓慢加热或冷却---获得符合相图的平衡组织1.同素异构（allotropic）转变纯金属：温度和压力改变时----由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的过程------Fe、Ti、Co、Sn所有70余种金属元素中只有12种金属元素具有多种晶型，而其余的非金属元素中只有两种元素具有多种晶型。2.固溶体多晶型转变固溶体中一种晶体结构转变为另一种晶体结构的过程---F→A3平衡脱溶转变

7、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可发生脱溶转变的合金4.共析（eutectoid）转变一个固相分解为两个不同的固相γ→α+β特点：生成的两个相的成分和结构与原母相不同5.调幅（spinodal)分解一种固溶体分解为结构相同，而成分明显不同的微区，α→α+α12特点：转变初期，无明显界面和成分突变，随后通过上坡扩散溶质再分配，富溶质原子α与贫溶质原子α如Al-Zn、Al-Cu、Fe-Cr等合金。12。6.有序化转变固溶体中，各组元的相对位置从

8、无序→有序转变过程。如C