8－物理冶金原理－固态相变概论.ppt

《物理冶金学原理》研究对象: 金属固态相变概论Introduction to Solid-State Phase Transformation of Metals 相变及其对材料科学与工程的意义?相 Phase?相变 Phase Transformation or Transition 气-固相变（Condensation or Vapor Deposition）  液-固相变（Solidification） 固态相变（Solid-State Phase Transformation） 一、固态相变及意义 控制材料组织结构、提高挖掘材料性能的主要途径 加热时的平衡及非平衡固态相变 冷却时的平衡及非平衡固态相变 固态相变亚稳组织的进一步固态相变（过饱和固溶体的时效、马氏体的回火等） Processing of Advanced Materials via Solid-State Phase Transformation Metastable States 固态相变的分类Classifications of Solid-State Phase Transformation 根据相变时热力学函数的变化： ?一级相变（First Order Phase Transition）：相变时有体积变化及相变潜热释放的固态相变 (物态变化及同素异构) ?二级相变（Second Order Phase Transition） ：相变时无体积变化、无相变潜热，只有比热、膨胀系数、压缩系数等的变化 （磁性转变、有序化、超导转变等） 固态相变的分类Classifications of Solid-State Phase Transformation 根据相变时有无原子扩散： 扩散型相变（Diffusive Phase Transformation） 非扩散型相变(Diffusionless Phase Transformation or Martensite Transformation) 固态相变热力学Thermodynamics of Solid-State Phase Transformation 固态相变的特点Characteristics of Solid-State Phase Transformation 由于相变阻力大?相变的过冷度一般很大 固态相变都是非自法形核 晶体缺陷（空位、位错、界面）对固态相变形核、生长及固态相变组织与性能具有决定性影响 新相与母相间往往存在严格的晶体学取向关系（Habit Planes） 相变历程复杂，往往经历溶质偏析－过渡相析出－稳定相析出及粗化等一系列过程 扩散性相变过程动力学 存在形核的孕育期（Incubation Time） 转变量服从Avrami方程 f = 1 – exp(-k tn) C-曲线 固态相变动力学Kinetics of Solid-State Phase Transformation 固态相变动力学Kinetics of Solid-State Phase Transformation 典型的扩散型相变：过饱和固溶体的时效（沉淀析出）Typical Diffusive Transformation：Aging of Supersaturated Solid Solution 时效析出过程 时效析出过程（形核、生长）对晶体缺陷密度及温度的依赖性 时效热力学 共格界面－Coherent Interface ?特点：界面能很低！但应变能较高！ a 沉淀析出第二相粒子的强化效果及强化机制与粒子尺寸的关系：Strengthening Effect and Mechanisms by Precipitation Particles 炮状沉淀或非连续沉淀：Cellular Precipitation or Discontinuous Precipitation 过固溶体的调幅分解－一种特殊的沉淀析出转变Spinodal Decomposition 过固溶体的调幅分解－一种特殊的沉淀析出转变Spinodal Decomposition 无形核过程，形核功为零 母相与新相完全共格 转变速度很快速 组织细小均匀 马氏体转变－无扩散型转变或切变型转变Martensitic or Shear Transformation 一次切变（均匀切变）完成晶体结构重构 二次切变（非均匀切变）形成马氏体的亚结构 马氏体转变的条件：1、冷却速度很高（高于Vc），抑制了高温的扩散型相变2、亚稳相应力或应变诱发相变 固态相变动力学Kinetics of Solid-State Phase Transfo