第九章马氏体相变与形状记忆合金ppt课件.ppt

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1、第九章马氏体相变与形状记忆合金§9.1相变概述一、相（phase）系统中具有确定成分和结构的部分叫做相，同一相中的物理性质和化学性质完全相同。相与相之间有分界面，可用机械的方法将它们分开。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，只有能量最小的相才是最稳定的。系统的热力学条件改变时，自由能会发生变化，相的结构也相应发生变化。二、相变（phasetransformation）1.相变随外在约束条件的改变，发生相的结构变化过程称为相变。2.相变过程a）狭义的相变过程相变前后化学组成不发生变化，相变过程是个物理过程而不涉及化学反应，如液体蒸发、α-石

2、英与磷石英间的转变。b)广义的相变过程包括过程前后相的组成发生变化，相变过程可能有反应发生。相变的分类分类方法有很多，目前有以几种：一、按物质状态划分二、从热力学角度划分三、按相变发生的机理来划分1.一级相变：在临界温度、压力时，化学位的一阶偏导数不相等的相变。两相能够共存的条件是化学位相等。相变时：体积V，熵S，热焓H发生突变二、从热力学角度划分：根据相变前后热力学函数的变化，可将相变分为一级相变、二级相变和高级相变2.二级相变：在临界温度、临界压力时，化学位的一阶偏导数相等，而二阶偏导数不相等的相变。因为：恒压热容材料压缩系数材料体膨胀系数所以二级相变时，系统的化学

3、势、体积、熵无突变，但所以热容、热膨胀系数、压缩系数均不连续变化。3.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。推论：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。按相变发生的机理分1、成核-生长机理（nucleation-growthtransition)2、斯宾那多分解（spinodaldecomposition)3、马氏体相变（martensitephasetransformation）4、有序

4、-无序转变（disorder-ordertransition）马氏体相变新相与母相的结构不同，但成分相同。钢铁中高温奥氏体珠光体钢经高温淬火后，当母相奥氏体快速冷却时，奥氏体转变成片状或针状新相，新相与母相的成分相同，新相结构由面心立方转变为体心四方，形成的相叫做马氏体相。从奥氏体到马氏体的转变叫做马氏体相变。以晶格转变为主的位移型无扩散相变统称为马氏体相变。马氏体相变马氏体相变的特点：新旧成分不变，原子只做有规则的重排而不进行扩散。1)母相和马氏体之间不改变结晶学方位的关系新相总是沿着一定的晶体学面形成，新相与母相之间有严格的取向关系，靠切变维持共格关系。相变时不发生扩散

5、，是一种无扩散转变。马氏体相变为一级相变。2）点阵切变表面浮凸3)马氏体转变速度很快，存在惯习面和缺陷4)马氏体相变过程也包括成核和长大由于相变时长大的速率很大，整个动力学决定于成核过程，成核功也就成为相变所必需的驱动力。也就是说，冷却时需过冷至一定温度使具有足够的成核驱动力时，才开始相变。马氏体转变的热力学（一）马氏体转变的热力学条件1、相变驱动力马氏体转变与其它类型的转变有许多不同之处，但仍然是热学性的，即相变的驱动力仍是马氏体与母相之间的体积自由能之差。马氏体转变的热力学条件是必须在一定的过冷度下转变才能进行。通常把Ms与As之差称为马氏体转变的热滞。热滞的大小，视合

6、金的种类和合金的成份而异，Fe系合金的热滞可高达200℃以上，而有的合金，其热滞仅十几度到几十摄氏度，例如：Au－Cd、Ag－Cd。Fe系合金马氏体转变的热力学特点是具有很大的热滞，必须在很大的过冷度下才能发生马氏体转变，一般的马氏体转变都须要在降温过程中不断进行，等温保持马氏体转变将终止进行。逆转变的热力学特征与冷却时的刚好相反，过热度，逆转变是在升温过程中进行的。As是逆转变的开始点，终了点为Af，As与Ms之差视合金的种类不同而不同。Ms的物理意义母相和马氏体两相之间的体积自由能之差达到相变所需的最小驱动力值时的温度。Ms、As之间的关系：Ms、As都是合金成分的函数

7、，不同的合金系As与Ms之差是不同的，例如，Fe-Ni合金中As较Ms高420℃，Au-Cd合金中As较Ms仅高16℃。§9.2热弹性马氏体相变1.非热弹性马氏体相变非热弹性马氏体的热滞后现象严重，Fe—Ni合金AS一Ms约400℃。连续冷却中不断形成马氏体，而且每个马氏体片都是以极快的速率长到最后大小，进一步降温中，马氏体片不再长大。马氏体生长速率，也就是相界推进速率，与冷却速率无关。马氏体量由成核率和马氏体片的大小来确定，与马氏体片的生长速率无关，相变速率是降温速率的函数。2.热弹性马氏体相变相变温度滞后很小，