固态转变.PDF

十章 固态转变 一、学习的意义，基本线路及要求 绝大多数工业合金铸造后冷却时会发生固态相变，如Fe，Al ，Cu，Ti 等合金 （纯铝，纯铜没有 固态相变），固态相变会改变组织，性能，造成软化或硬化、强化，其许多行为是液相结晶时所没有 的。因此，应学习并加以掌握。因固态转变涉及内容非常宽，不可能每一类型都详细介绍，只能有 所侧重，脱溶、块型转变、调幅分解是本章有特色的地方，它们是后续课程中，如热处理、合金钢、 材料学、有色合金，重要的基本内容。 本章介绍顺序：1）研究的意义：多样性、改变性能、分类；2）一般规律：相变热力学：相变/形核 驱动力；形核：高应变能，界面能，非均匀形核；长大：界面/ 散控制；相变动力学 （晶体学）；3） 脱溶：连续式及不连续式 （胞状）；时效强化原理：成分设计/工艺/组织(脱溶惯序)/粗化/机理/性 能；4）共析：成分变化/机制：界面/ 散控制；组织/控制；长大速度/性能；5）块状转变：条件 及特征；6）连续式相变：调幅分解。 要求：1）相变的分类法；2 ）相变基本原理，相变热力学、动力学，形核长大的基本原理；3 ） 脱溶原理，组织变化，性能影响；4 ）连续型转变特点。 二、主要内容 相变的分类方法有多种。按相变时热力学参数变化的特征，可把相变分为一 相变和高 相变。 在相变时两相的化学势相等，但化学势的一阶偏微商不相等 （如体积、熵、焓），这类相变称一 相 变。当相变时，两相的化学势相同，化学势的一阶偏微商也相等，但化学势的二阶偏微商不相等 （可 能是材料的压缩系数、膨胀系数及比热容），这类相变称二 相变。按相变方式分类。一类是在很小 范围中原子发生强烈重排的涨落；另一类则是在很大范围中原子发生轻微重排的涨落。前一种称为 形核长大型相变，后一种称为连续型相变。按相变时原子迁移特征，可把相变分为 散型的和无 散型的。无 散型相变是相变过程没有原子 散，或虽存在 散，但不是相变所必需的或不是主要 过程。 若一个恒温转变过程是降低自由能的，这个转变过程就自发进行，即转变后与转变前的自由能 差G 为负时转变才可以发生。一般把G 称为转变驱动力，这是转变的热力学条件。 转变一般包括形核和长大两个过程。形核是转变的开始，只有一定尺寸的核心 （临界核心）才 可以稳定长大，临界核心尺寸随离开平衡温度加大而减小。形核时，核心引起的弹性应变能抵消部 分驱动力，剩余的驱动力还要补偿核心与母相间的界面能。但是，驱动力只能补偿临界核心界面能 的2/3 ，所以形成一个稳定的核心还需要额外的能量（形核势垒），这部分能量称临界核心形成功， 它随离开平衡温度的加大而减小。 核心形成可以是均匀的（即核心不依赖靠背在材料内部各处形成）、也可以是非均匀的（即核心 以诸如晶界面、晶棱、角隅、层错和位错作为靠背形成），非均匀形核可以降低形核势垒，导致在不 大的过冷度下就能够迅速形核。固态转变经常是非均匀形核，只在某些特殊情况下才是均匀形核。 由于固态的母体（晶体）的各向异性，为了减小形核势垒，形成的核心形状呈多样化。形核速度取 决于过冷度（或过饱和度）和原子的迁移率，温度对二者的影响的相反的，因此形核速率在某个过 冷度下出现最大值。 核心的长大方式取决于核心与母相之间的界面结构以及长大时的热输运和物质输运。核心界面 推移有两个过程组成：其一是界面过程，即界面一侧的原子摆脱母相跨越界面依附到新相中的过程； 另一是 散过程，即原子的长程 散。由界面过程控制的长大可以是非热激活和热激活的，取决于 界面的结构。当核心成分不同于母相时，长程 散是必须的。核心界面的推移速度可能由这两个过 程之一或两个过程同时控制。和形核一样，冷却转变的核心长大速度会在某一个过冷度下出现最大 PDF 文件使用 pdfFactor