第九章马氏体相变与形状记忆合金.ppt

第九章 马氏体相变与 形状记忆合金 § 9.1 相变概述一、相（phase） 系统中具有确定成分和结构的部分叫做相， 同一相中的物理性质和化学性质完全相同。 相与相之间有分界面，可用机械的方法将它们分开。系统中存在的相可以是稳定的、亚稳的或不稳定的。系统在某一热力学条件下，只有能量最小的相才是最稳定的。系统的热力学条件改变时，自由能会发生变化，相的结构也相应发生变化。 二、相变（phase transformation）1.相变 随外在约束条件的改变，发生相的结构变化过程称为相变。2.相变过程 a）狭义的相变过程 相变前后化学组成不发生变化，相变过程是个物理过程而不涉及化学反应，如液体蒸发、α-石英与磷石英间的转变。 b )广义的相变过程 包括过程前后相的组成发生变化，相变过程可能有反应发生。 1.一级相变：在临界温度、压力时，化学位的一阶偏导数不相等的相变。两相能够共存的条件是化学位相等。 相变时：体积V，熵S，热焓H发生突变 2.二级相变：在临界温度、临界压力时，化学位的一阶偏导数相等，而二阶偏导数不相等的相变。 因为： 恒压热容 材料压缩系数 材料体膨胀系数 所以二级相变时，系统的化学势、体积、熵无突变， 但 所以热容、热膨胀系数、压缩系数均不连续变化。 3. ??高级相变： 在临界温度，临界压力时，一阶，二阶偏导数相等，而三阶偏导数不相等的相变成为三级相变。 实例：量子统计爱因斯坦玻色凝结现象为三级相变。 推论：自由焓的n-1阶偏导连续，n阶偏导不连续时称为高级相变。二级以上的相变称为高级相变，一般高级相变很少，大多数相变为低级相变。 按相变发生的机理分 1、成核-生长机理 （nucleation-growth transition) 2、斯宾那多分解（spinodal decomposition) 3、马氏体相变 （martensite phase transformation） 4、 有序-无序转变（disorder-order transition） 马氏体相变 新相与母相的结构不同，但成分相同。 马氏体相变 马氏体相变的特点： 新旧成分不变，原子只做有规则的重排而不进行扩散。 1) 母相和马氏体之间不改变结晶学方位的关系 新相总是沿着一定的晶体学面形成，新相与母相之间有严格的取向关系，靠切变维持共格关系。 相变时不发生扩散，是一种无扩散转变。马氏体相变为一级相变。 2）点阵切变 表面浮凸 4) 马氏体相变过程也包括成核和长大 由于相变时长大的速率很大， 整个动力学决定于成核过程，成核功也就成为相变所必需的驱动力。也就是说，冷却时需过冷至一定温度使具有足够的成核驱动力时，才开始相变。 § 9.2 热弹性马氏体相变 1. 非热弹性马氏体相变 非热弹性马氏体的热滞后现象严重，Fe—Ni合金AS一Ms约400℃。连续冷却中不断形成马氏体，而且每个马氏体片都是以极快的速率长到最后大小，进一步降温中，马氏体片不再长大。马氏体生长速率，也就是相界推进速率，与冷却速率无关。马氏体量由成核率和马氏体片的大小来确定，与马氏体片的生长速率无关，相变速率是降温速率的函数。 2. 热弹性马氏体相变 相变温度滞后很小，约10℃，相变速率不仅与成核率有关，也与马氏体生长速率有关，马氏体生长速率受冷却速率的控制。 如Au—Cd合金的相变属热弹性马氏体相变。 热弹性马氏体的逆相变中，所需的过热不大，马氏体连续收缩。 3. 热弹性马氏体相变的晶体学特征 相变时不发生局部塑性形变的二元及多元合金才可能产生热弹性马氏体相变。 母相和马氏体相比容不同，只有当母相的弹性足够高时，不至于在相变时产生局部塑性变形。 母相的