临界晶核的形核功.PPT

§8-2 成分保持不变的相变 一. 多型性转变 纯金属在一定的温度和压力下，由一种结构转变为另一种结构的现象称为同素异构转变（同素异晶转变）。 若在固溶体中发生这种结构的转变，则称为多型性转变。如钢在冷却时由奥氏体中析出先共析铁素体的过程 。 形核、长大方式进行。 二. 块状转变 某些固溶体或纯金属可在快速冷却过程中，以很快的速率转变成与母相成分相同而结构相异的块状新相——块状转变。 12CrMoV块状组织 特点：成分不变 点阵重构 非共格界面 机理：形核→冷冻核胚 再形核 长大→界面过程控制 三. 有序-无序转变 条件： 即：异类原子间的吸引力大于同类原子间的吸引力。 驱动力：自由能差 阻 力：组态熵 * 第八章 固态相变 §8-1 固态相变总论 材料的组织、结构在温度、压力和成分改变时所发生的转变统称为固态相变。 一. 固态相变的特点 相界面：新相与母相的界面 界面能：固/固界面能 应变能：共格应变能和体积应变能 取向关系：新相与母相的晶体学取向关系 惯习面：新相的主平面或主轴平行的母相的晶面 晶体缺陷：新相中伴随出现晶体缺陷 二. 固态相变的分类 n级相变：在相变点系统的自由焓的第（n-1）阶导数保持连续，而其n阶导数不连续。 1. 按热力学分类 热力学 二级相变 一级相变 高级相变 按照自由焓对温度和压力的偏导函数在相变点的数学特征——连续或非连续，将相变分为一级相变、二级相变或高级相变。 一级相变的特点是，相变发生时，两平衡相的自由焓和化学势相等，但自由焓的一阶偏微分不相等。 特点：具有体积效应和热效应 实例：大多数相变 二级相变的特点是，相变发生时，两平衡相的自由焓、化学势和自由焓的一阶偏微分相等，而自由焓的二阶偏微分不相等。 cp等压热容 β压缩系数 α膨胀系数 特点：压缩系数、热膨胀系数和比定压热容有突变。 实例：磁性转变、有序-无序转变等。 2. 按原子迁移情况分类 扩散型相变：依靠原子（或离子）的扩散来进行的相变。如：脱溶沉淀、调幅分解、共析转变等。 非扩散型转变：原子（或离子）仅作有规作的迁移使点阵发生改组。如：马氏体转变等。 3. 按相变方式分类 有核相变：通过形核——长大两个阶段进行的相变。如：大部分固态相变。 无核相变：通过扩散偏聚方式进行的相变。如：调幅分解等。 三. 固态相变的形核 形核 非均匀形核 均匀形核 1. 均匀形核 相变驱动力：新相和母相的自由能差。 相变阻力：界面能和应变能。 ΔG ΔG* ΔG r r* 临界形核功和临界晶核半径 令：dΔG/dr=0 即 ∴ 临界晶核半径： 临界晶核的形核功： 形核率： ——单位体积母相中所形成的核心数 η——临界晶核被单个原子撞击成为超临界晶核（rr*）的几率。 N —— 单位体积母相中的原子数 ?G* —— 临界形核功 固态相变较难均匀形核 共格界面 半共格界面 非共格界面 非共格界面 半共格界面 共格界面 弹性畸变能 界面能 界面 大 小 体积 小 球状 界面能 非共格 大 片状 针状 弹性畸变能 共格 表面积 晶核形貌 主导 相变 阻力 相界面 界面类型与晶核形貌的关系 新相的几何形状对 应变能相对值的影响 2. 非均匀形核 ?Gd ——由于晶体缺陷消失所降低的能量 晶体缺陷储存的晶格畸变能可作为固态相变的驱动力，使形核功降低，促进形核。 晶体缺陷：晶界、位错、空位 非均匀形核 位错形核 晶界形核 空位形核 （1）晶界形核 θ θ β α α 自由能变化： ∴ 临界晶核半径： 临界晶核的形核功： 形状因子： 界面形核示意图 θ=0°：ΔG=0 θ=180°：ΔG非*= ΔG均* 界面、界棱、界隅形核示意图 晶界不同位置形核功比较 (δ/L)3 (δ/L)2 界隅 界棱 δ/L 界面 数量 界面能 行核率： i=0，1，2，3。代表界隅、界棱、界面和均匀形核。 Ai=ΔG非*/ ΔG均*，A0 A1 A2 A3=1 界面、界棱、界隅晶核形状示意图 （2） 位错形核 （3） 空位对形核的促进作用 位错线消失释放能量，降低成核功 成为半共格界面中的位错 溶质原子在位错上偏聚，满足新相形核的成分 短路扩散作用 释放能量提供成核驱动力 凝聚成位错 四. 晶核的长大 1. 晶核长大的方式 非协同型长大（平民式） 协同型长大（军队式） 原子同时独立迁移 台阶机制 切变机制 原子