金属及合金的固态转变.pptxVIP

第1页/共67页金属及合金的固态转变第2页/共67页1. 合金相图中的各种固态转变固态转变 对应的液态转变 a. 同素异形转变a.纯金属和 多形性转变β→α 固溶体的结晶L→α b. 固溶体转变为化合物b. 化合物或 或二次固溶体γ→β 二次固溶体结晶L→β c. 固溶度间隙α→α1+α2c. 溶解度间隙L→L1+L2 d. 单析转变α→α1+β d. 偏晶转变L→L1+β e. 共析转变γ→α+β e. 共晶转变L→α+β f. 包析转变α+β→γ f. 包晶转变L+α→β g. 固溶度变化发生脱溶现象g. 溶解度变化发生沉淀现象 h. 有序无序转变 i. 磁性转变 j. 调幅分解k. 切变式转变（马氏体转变）第3页/共67页材料通常经过热处理来改变它的性能，固态转变就是热处理根据。第4页/共67页2.相变分类一级相变按热力学参数分类二级相变固体相变分类扩散性相变按原子迁移分类非扩散性相变连续型相变按相变方式分类形核长大型相变第5页/共67页①按相变时热力学参数变化的特征分类一级相变：二级相变：第6页/共67页②按相变时原子迁移特征(生核和成长特点)分类(1) 扩散型相变： 相变主要依靠原子长距离的扩散， 相变是依靠相界面的扩散移动而进行， 相界面是非共格界面。(2) 非扩散型相变(切变型相变、马氏体转变)：旧相中的原子通过切变和转动，有组织地、协调一致地转移到新相中。 相界面是共格界面。 第7页/共67页③按相变转变方式分类连续型相变—原子大范围发生轻微重排的涨落，连续地长大成新相。浓度早期后期后期最终结果连续型相变形核长大型转变—由涨落形成新相核心，然后向周围长大。浓度早期最终结果形核长大型转变第8页/共67页3. 固态相变的一般特点固相与液相的不同：● 固相的弹性模量不为0，液相的近似为0；● 固相各向异性，而液相各向同性；● 存在各种分布很不均匀的结构缺陷。固态相变具有新的特点(1) 形核(2) 新相成长方向(3) 新生相的组织形态(4) 过渡相第9页/共67页(1) 形核a）非共格均匀形核设核心是半径为r的球，则形核的能量变化：ΔGV : 单位体积自由能差 γ : 单位面积相界能 A : 是两相界面面积 ΔGεV : 相变引起的单位体积应变能固态相变多了ΔGεV阻力项注意，ΔGV是负值，ΔGεV是正值临界核心半径r*为：临界核心形成功为：形核率：第10页/共67页将代入上式得Ttr: 平衡相变温度固态相变驱动力比凝固小很多，且多一个应变能阻力项凝固：ΔHV=~109 J/m3指数项差~100倍！固体相变：ΔHV=~108 J/m3注意： ΔHV是负值ΔGεV =106-108J/m3固态相变的非共格均匀形核率多大？第11页/共67页例：Fe的BCC→FCC相变Fe：Ttr=1667.47K，γ=0.1-2.5 J/m2，ΔHV=1.16×108 J/m3，n=8.44×1022 个/cm3, f=1013 S-1忽略应变能，γ取最小值0.1J/m2考虑应变能，I会更小！不可能非共格均匀形核！第12页/共67页例：Sn的Diamond→BCT相变Sn：Ttr=286.202 K，γ=0.06 J/m2，ΔHV=1.2×108 J/m3，n=3.68×1022 个/cm3, f=1013 S-1忽略应变能，γ取0.06J/m2不可能均匀形核！第13页/共67页锡疫第14页/共67页b) 非均匀形核非均匀形核的有利位置：点、线、面和体缺陷能量越高的缺陷越易于促进形核晶体内、外表面晶界、相界、孪晶界、亚晶界位错空位、其它点缺陷高能量低实验结果当过冷度小时，绝大多数固态转变总是只沿表面和晶界进行，并形成形成网状组织；过冷度增大时，境内和晶界才可以同时进行，并形成比较均匀的组织。第15页/共67页c)核心的取向关系界面能与应变能的竞争： 共格界面 界面能最低 共格应变能最高 半共格界面 界面能中等 应变能中等 非共格一般界面 界面能最高 应变能可以忽略形核时，应变能很小，更容易出现共格界面。第16页/共67页为降低相变阻力，新相与母相的晶体学取向相关： {hkl}?∥ {h’k’l’}? 新旧相的某一晶面平行 uvw?//u’v’w’? 新旧相的某一晶向相平行例如：纯铁进行多形性转变γ-Fe(fcc)→α-Fe(bcc)时,{110}bcc//{111}fcc 两相的密排面平行111bcc//110fcc 两相的密排方向平行新相习惯于以针状或片状的形式沿着一定的方向躺卧在母相的特定晶面上。这种现象叫惯习现象。母相的这