固态相变第五章概要.ppt

如D0极小，可以忽略不计。则有： D=k′τ1/2 一般写为: D=k′τn （5-31） 其中 n的取值为： n=1/2，若晶界上没有杂质拖曳作用和异相颗粒针扎； n﹤1/2，若晶界上有杂质的拖曳作用或异相颗粒针扎。 5.4 思考题 1）如何通过相变控制新相颗粒的形状与尺寸？ 2）如何通过相变后的粗化控制新相颗粒的形状与尺寸？ 图 5-12 纤维转化为球的各种机制 d-纤维直径；l-纤维长度 有限长纤维变化趋势 若纤维长度与直径之比大于7.2（为有限长纤维），则在端部形成圆球，并与纤维主体脱离。 如果纤维主体长度与直径之比仍大于7.2，将再次断裂出小球；依次向中心发展，成为一个个独立的球。 最后当剩余纤维的长度与直径之比小于7.2时，直接球化成球（见图5-12b）。 无限长纤维 如纤维无限长，最终将断裂为一连串球（见图5-12c）。 纤维中存在晶界 沿晶界处断裂成段，每段各自收缩成球（见图5-12d）。 3）分支吸收 纤维或杆状状新相在形成时有可能存在如图5-13所示的分支。 分支在转变时未充分生长，长度有限，其终端成球形。 图5-13 纤维分支吸收 a) 纤维分支； b) 分支缩小 ；c)形成隆丘 按Gibbs-Thomson原理，支纤维终端为凸面，在基体中的溶解度大于为平面时的溶解度；在与基体相建立溶解/析出平衡的过程中，支纤维将不断溶解并缩短；而相邻的主纤维为平面状，溶解度小，将吸收来自支纤维的物质而不断长大变粗；最后支纤维消失，而在主纤维上形成一个隆丘。 随时间延长，隆丘也有可能断开而收缩成球。 5.2.2片状组织的粗化 片状组织的界面为平面，在平面上形成任何凹凸，都将使界面增大。故片状组织是一种相当稳定的亚稳状态，但这种亚稳状态仍可能发生粗化。 可能粗化机制有以下二种 1）分支吸收 与纤维组织中分支吸收相类似，在片状新相组织内部也可能存在终止在内部的片状新相，其端部呈半圆柱形。半圆柱形端面在基体相中的溶解度大，而逐渐溶解，使该片状相缩短直至消失；而与半圆柱形端面相临的相邻的平面的片状新相获得了这些溶解物质，将增厚（见图5-14）。 图 5-14 片状组织的分支吸收 2）胞区粗化 细片状的胞区内界面积大，能量高。 在胞区组织的胞界上，形成新的粗大的片状组织的核，然后向细片状的胞区生长。最后形成粗片状的胞区组织。 图 5-15 胞区粗化 a)细片状的胞区;b)在胞界上形成新的粗大的片状组织的核;c)粗片状的胞区 图 5-16 钢中珠光体的球化过程示意图 图 5-17 钢中渗碳体片的球化机理示意图 图 5-18 钢中粒状珠光体照片 5.3晶粒粗化 母相全部转化为新相后，相界面除了表面外，材料内部没有相界面，但有新相之间的界面－晶界。由于晶界能的驱动，新相也会粗化。 5.3.1曲面晶界的移动方向 1）晶界张力产生的压应力 考虑多晶体中的一个球形晶粒，设其半径为R，与其它晶粒相界，形成球面晶界。取其一片晶界，由于晶界张力的原因，该晶粒内部原子存在等效压应力。 a)晶界张力 b) 晶界张力的二维表达 c)晶界张力的等效压力 图5-19 球形晶粒内存在净压力 P=2γ/R （5-15） 式中γ为晶界张力。 该压应力指向曲率中心（球心）。 若晶界为任意曲面，曲面上任一点的界面张力产生的压应力为： P=γ(1/R1+1/R2) （5-16） 式中R1、R2 为那一点曲面的主曲率半径 ，P也指向曲率中心。 2）晶界张力产生的吉布斯自由能变化 曲面晶界对附近原子能量的影响 由于该压应力，在曲面晶界处靠近曲率中心侧的原子的吉布斯自由能较平面晶界处的要高：