相变热力学基名础-第6章.ppt

* 调幅分解过程中新旧相始终保持共格关系。 调幅组织弥散度非常大（调幅波长小），有极好的弥散强化效应，故强度较高。 无位错的过分堆积，保证材料有较好的塑性。 调幅组织具有明显的规律性和方向性，因而具有良好的物理性能（如导磁和屏磁） 组织与性能 * 液相的spinadol分解 * 冷却过程中凝固组织的变化 凝固分层 why * Apollo （阿波罗）14,16号 宇宙飞船， Sky Lab. USA, 1979 无重力，如何？ * 液相雾化法 * Science, Vol. 297 (2002), pp.990-993 * * 3. 冷却速度很快：如雾化制粉法 2. 冷却速度较快：如通常凝固法 1. 冷却速度很慢：如在坩锅中自然冷却 * 马氏体相变最早在中，高碳钢冷淬火后被发现，将钢加热到一定温度（形成奥氏体）后经迅速冷却（淬火）即会使钢变硬，增强。这种淬火组织具有一定特征，称其为马氏体。 最早把钢中的奥氏体转变为马氏体的相变称为马氏体相变。后来发现纯金属和合金也具有马氏体相变（具有马氏体相变特征的相变） 6.6.2 马氏体相变 * 形状记忆效应 * 1878年，德国冶金学家Martens用金相显微镜观察到淬火钢中的马氏体组织。 1895年法国人Osmond将其命名为马氏体（Martensite）。 1924年，Bain 发现马氏体表面浮凸现象，提出了马氏体相变的应变模型，称为贝茵模型。 1926年Campell在美国，1927年Cеляков在原苏联，各自分别测得钢中的高碳马氏体的晶体结构为体心正方晶格，认为马氏体是碳在α-Fe中的过饱和固溶体。 1930年，Γ.Β.库尔久莫夫和G.萨克斯(Sacks)首先测得Fe-C合金马氏体与母相奥氏体保持K-S关系。提出马氏体相变切变模型。 * T0线 就是各温度下母相与转变产物相的摩尔自由能相等的各点成分的连线，或称无扩散相变驱动力为0的成分与温度关系曲线 * 马氏体点 原指Fe基合金冷却时奥氏体转变成马氏体的开始温度，后来将所有冷却时发生的无扩散切变相变开始温度都称为马氏体点。 由于马氏体相变要克服的阻力（如界面能、弹性能）较大， 需要较大的驱动力，所以马氏体点要比T0线温度低得多。但马氏体点又是以T0线为根据来分析的，T0线的走向决定了马氏体点的走向。 * 马氏体相变的特点： 马氏体相变在动力学和热力学上都有自己的特征，但最主要的特征是在结晶学上，这种转变发生时，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。 2)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。 * 3)马氏体转变速度很快，有时速度高达声速。 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一般很大,因此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。 马氏体转变程度x与温度T的关系 x Mf Ms T * 结晶学特征： 从一个母晶体四方块（A）形成一个马氏体（B）的示意图 R 相变后存在习性平面和晶面的定向关系。 * T0为相同成分的马氏体和奥氏体两相热力学平衡温度，此时 ΔGγ→α’ = 0 ΔGγ→α’ 称为马氏体相变驱动力。 相变驱动力 自由能-温度关系 * 相变化学驱动力用来提供切变能量、亚结构储存能、膨胀应变能、共格应变能、界面能等，所以要有足够大的相变驱动力。 Ms点为奥氏体和马氏体两相自由能之差达到相变所需的最小驱动力（临界驱动力）时的温度。 无扩散相变 γ→α’的T0温度 * 旧相和新相结构只是对称性的改变，相变过程以有序参量表征的相变。 有序－无序的转变是固体相变中的另一种机理，属扩散性相变。如尖晶石结构的磁性体Fe3O4，室温下Fe3+Fe2+无序排列，但在120K以下，Fe3+Fe2+占具各自的位置呈有序排列，有序-无序转变的温度称居里点。 6.6.3 有序—无序相变 * 有序-无序转变——随温度升降而出现低温有序和高温无序的可逆转变过程称为有序-无序转变。 引入有序参数ξ表征材料中有序与无序的程度。 完全有序时ξ=1，完全无序时ξ=0。 R——原子占据应该占据的位置数； ω——原子占据不应占据的位置数； R+ω——该原子的总数。 * * 脱溶过程（以及其他固态相变）中，相变的阻力除了界面能外，还包括弹性应变能。界面能和应变能的大小，不但影响新相的形核方式，而且影响新相的形状。 脱溶时的能量变化： 若脱溶过程能够进行，则必有△G＜0（其中△G表示新相和母相的自由能差）。