《固态相变》PPT课件.ppt

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1、第八章固态相变固态相变：固态物质在温度、压力、电场、磁场改变时，从一种组织结构会转成另一种组织结构的过程。固态相变包括以下三种基本变化：①晶体结构的变化②化学成分的变化③有序程度的变化。一种相变可同时包括一种、两种或三种变化。1相变分类：1）扩散型相变；2）无扩散型相变。扩散相变的特点：是通过热激发原子运动而产生的，要求温度足够高，原子活动能力足够强。无扩散型相变的特点：是相变中原子不发生扩散，原子作有规则的近程迁移，以使点阵改组；相变中参加转变的原子运动是协调一致的，相邻原子的相互位置不变，因此也被称为“协同性”转变2第一节固态相变的特点相变的驱动力：两

2、相（新相和母相）的自由能差。相变阶段：形核和核长大两个基本阶段（除调幅分解）并遵循液态物质结晶过程的一般规律。一、相界面相界面分类：同格界面，半同格界面，非共格界面。相界面形成的条件：需要界面能。（定义：由于界面上原子排列不规则而导致界面能量的升高，则升高的这一部分能量为界面能）界面能的组成：应变能（畸变能）＋化学能（表面能）31.共格界面特点：两相点阵结构相同、点阵常数相同。晶体结构和点阵常数虽有差异，但两相存在一组特定的结晶学平面可使原子间产生匹配。在完全共格界面条件下，应变能和表面能都接近于零。4实际的共格界面状态界面上原子存在错配，但是失配可以借助

3、界面上原子的横向应变调整以维持共格。错配度：δ=5αβ和αα分别表示新旧两相沿平行于界面晶向上的原子间距。共格界面的典型例子如合金中析出Ni3Al相，另外α-Co（fcc）冷却以切变机制转变为β-Co（fcp）时，具有{111}α//{0001}β62半共格界面3非共格界面7二、位向关系固态相变中，新相常与低指数、原子密度大且彼此匹配较佳的晶面互相平行，借以减小新相与母相之间的界面能。典型的关系是K-S关系。{111}γ//{110}α,<110>γ//<111>α表明晶体发生固态相变时新相和母相存在特定的关系。三、惯习面固态相变时新相往往在母相的一定晶面

4、族上形成，这种晶面称为惯习面，并经常以母相的晶面指数表示亚共析钢先析F的惯习面{111}γ8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。四、应变能定义：新相与母相建立界面时，由于界面原子排列的差异引起弹性应变能。这种弹性应变能以共格界面最大，半共格界面次之，非共格界面为零，但非共格界面的表面能量最大。应变能构成：1）界面原子排列的差异2）新相和母相体积差9共格和半共格新相晶核形成时的相变阻力主要是应变能。非共格新相形核时的相变阻力是表面能固态相变时的应变能和表面能成为相变的阻力。10

5、第二节固态相变的形核固态相变都需经历形核和生长两个阶段无扩散性相变的形核：非热形核（变温形核）即通过快冷使过冷度突然增大时，使那些已存在于母相中的晶胚成为晶核。晶核的形成是靠热激活使晶胚达到临界形核尺寸。扩散性相变的形核：热激活形核固态相变的形核：均匀、非均匀。一、均匀形核形核时能量的变化：11应变能一项由新、旧相比体积差引起，也是相变阻力，为正值。临界晶核的形核功即形核存在能量条件：△G＝－V△Gv+S+V<0rK=2/(△Gv-)△GK=16/3(△Gv-)212晶核形态：1）共格晶核：倾向于呈盘状或片状；2）非共格晶核：呈球状或等轴状。

6、若形核时因体积胀大而引起应变能显著增加，其晶核趋势向于呈片状或针状。形核率：二、非均匀形核固态相变中以非均匀形核（依靠晶体缺陷形核）为主。131晶界形核晶界形核要考虑是由几个晶粒形成的晶界、晶界处所能提供形核的原子数、晶界能、表面能和应变能等。能量高，降低△GK结构混乱，降低晶界形核的特点：易扩散、偏析，利于扩散相变新相/母相形成共格、半共格界面降低界面能141）大角度晶界是优先形核的位置。2）新相可能位于两晶构成的界面、三晶构成的界棱和四晶构成的界角处形核。3）晶界的成分偏析有利于新相生产。晶界形核模型152.位错形核1）新相在位错上形核，新相形成处位

7、错消失，释放的弹性应变能量使形核功降低而促进形核。晶界形核的几种情况162)位错不消失，形核而是依附在新相界面上，成为半共格界面上的位错部分，补偿了失配，因此降低了能量，使生产晶核时错消耗能量减少而促进形核。3）由于溶质原子在位错上偏聚(形成气团)，有利于新相沉淀析出，也对形核起促进作用。体中存在较高位错密度时，固态相变难以以均匀形核方式进行173）空位对形核促进扩散空位形核被新相生成处空位消失，提供能量空位群可凝结成位错（在过饱和固溶体的脱溶析出过程中，空位作用更明显。）18第三节固态相变的的晶核长大长大扩散切变界面控制扩散控制相界面附近原子的短程迁移进

8、行原子的长程扩散完成一、长大机制共格、半共格界面的晶核，其长大方式