固态相变的特点.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第九章 固态相变,第一节 概 述,一 固态相变的特点,界面能增加,1,相变阻力大 额外弹性应变能：比体积差 固态相变,扩散困难（新、旧相化学成分不同时）困难,第一节 概 述,一 固态相变的特点,2,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。,共格,界面类型 半共格,降低界面能,形成共格、半共格界面 位向关系,非共格,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。,第一节 概 述,一 固态相变的特点,4,母相晶体缺陷促进相变,点,缺陷类型 线,晶格畸变、自由能高，促进形核及相变。,面,（思考：晶粒细化对相变的影响）,第一节 概 述,一 固态相变的特点,5,易出现过渡相,*固态相变阻力大，直接转变困难 协调性中间产物（过渡相）,Fe,3,C,+(3Fe+C),例,M,+Fe,3,C,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。）,第一节 概 述,二 固态相变的分类,2,按相变方式分类,（,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。,第一节 概 述,二 固态相变的分类,3,按热力学函数变化分类,（,1,）一级相变：相变时两相的化学位相等，而化学位对温度及压力的一阶偏微分（,S,V,）,不等的相变。伴随潜热的释放和体积的改变。如蒸发、升华、熔化以及大多数固态晶型转变属于此类。,（,2,）二级相变：相变时两相的化学位相等，化学位的一阶偏微分也相等，但二阶偏微分不相等的相变。没有相变潜热和体积改变，有比容、压缩系数、膨胀系数变化，如磁性转变、有序无序转变、超导转变等属于此类。,第一节 概 述,三 常见固态相变类型,相变名称 相变特征,同素异构转变 同一种元素通过形核与长大发生晶体结构的变化,多型性转变 合金中晶体结构的变化,脱溶转变 过饱和固溶体脱溶分解出亚稳定或稳定的第二相,共析转变 一个固相转变为两个结构不同的固相,包析转变 两个不同结构的固相转变为一个新的固相，组织中一般,有某相残余,马氏体转变 新旧相之间成分不变、切变进行、有严格位向关系、有,浮凸效应,贝氏体转变 兼具马氏体和扩散转变的特点，借助铁的切变和碳的扩,散进行,调幅分解 非形核转变，固溶体分解成结构相同但成分不同的两相,有序化转变 合金元素原子从无规则排列到有规则排列，担结构不变。,第二节,固态相变的形核与长大,一 均匀形核（能量条件）,1,形核时的能量变化,相变驱动力,（,1,）化学自由能（体积自由能，,Gv,）,Gv,T,曲线,随成分变化,第二节,固态相变的形核与长大,一 均匀形核（能量条件）,1,形核时的能量变化,相变阻力,（,2,）界面能（,，,S,）,取决于界面结构,T,越大，晶核越小，,S,大 共格,/,半共格,与过冷度有关）,T,越小，晶核越大，,S,小 非共格,第二节,固态相变的形核与长大,一 均匀形核（能量条件）,1,形核时的能量变化,（,3,）应变能,(,V,),相变阻力,共格应变能：共格大，半共格小，非共格,0,分类 比体积差 球状最大,体积应变能 新相几何形状 片状最小,针状居中,第二节,固态相变的形核与长大,一 均匀形核（能量条件）,2,形核的能量条件,G,VGv+S,+V,0,r,K,=2,/(,Gv,-,),G,K,=16,/3(Gv-,),2,第二节,固态相变的形核与长大,二 非均匀形核（能量条件）,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。,第二节,固态相变的形核与长大,二 非均匀形核（能量条件）,1,不同晶体缺陷对形核的作用,能量高，降低,G,K,（,1,）,晶界形核 结构混乱，降低,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,第二节,固态相变的形核与长大,二 非均匀形核（能量条件）,1,不同晶体缺陷对形核的作用,能量高，降低,G,K,（,1,）,晶界形核 结构混乱，降低,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,第二节,固态相变的形核与长大,二 非均匀形核（能量条件）,1,不同晶体缺陷对形核的作用,新相生成处位错消失，能力释放，提高驱动力,（,2,）位错形核,位错不消失，可作为半共格界面的形成部分,易于发生偏聚，有利于成分起伏,易于扩散，有利于发生扩散型相变,第二节,固态相变的形核与长大,二 非均匀形核（能量条件）,1,不同晶体缺陷对形核的作用,促进扩散,（,3,）空位形核 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。）,第二节,固态相变的形核与长大,二 非均匀形核（能量条件）,2,非均匀形核的能力变化,G,VGv+S,+V,G,D,G,D,晶体缺陷导致系统降低的能量。,第二节,固态相变的形核与长大,三 晶核的长大,1,长大机制 切变长大,（,1,）半共格界面 台阶式长大,原子直接迁移,（,2,）非共格界面 原子迁移至新相台阶端部,第二节,固态相变的形核与长大,三 晶核的长大,2,新相长大速度,新相生成时无成分变化（有结构、有序度变化）,（,1,）界面控制长大,u=,exp(-Q/kT)1-exp(-Gv/kT),新相生成时有成分变化,（,2,）扩散控制长大,u=,dx/dt,=(,C,/,x)D/(C,-C,),第二节,固态相变的形核与长大,三 晶核的长大,（,3,）相变动力学,f,=1-exp(-bt,n,),2h,第三节,过饱和固溶体的分解,一 脱溶（时效）转变,1,概念：脱溶转变,2,脱溶转变过程,相的名称形貌尺寸结构点阵常数共格关系强化作用,3,脱溶动力学,第三节,过饱和固溶体的分解,二 调幅分解,1,概念：调幅分解,2,调幅分解的热力学条件和决定因素,3,调幅分解的特点,第三节,过饱和固溶体的分解,二 调幅分解,1,概念：调幅分解,2,调幅分解的热力学条件和决定因素,3,调幅分解的特点,第四节 金属中固态相变要点,一 概念,1,晶粒度（,3,种,2,奥氏体稳定化（,2,种）,3,回火脆性（,2,种）,二 马氏体相变,1,马氏体相变特点。,2,马氏体高强度高硬度的原因。,三 相变总结,参考 教案 第九章,二）金属固态相变,