固态相变基础(共96张PPT).pptx

固态相变基础;课程结构;;;第一章固态相变基础;固态相变：固态物质内部的组织结构的变化。

相：成分相同、结构相同、有界面同其他部分分隔的物质均匀组成部分。相变是从已存的相中生成新的相。;新相，生成部分与原有部分存在着或成分不同、或相结构不同、或有序度不同、或兼而有之，并且和原来部分有界面分隔。

原来的部分称为母相或反应相，在转变过程中数量减少，生成部分称为新相或生成相，在转变过程中数量增加。;三种基本变化：

①晶体结构的变化

纯金属的同素异构转变、固溶体的多形性转变、马氏体相变

②化学成分的变化

只有成分转变而无相结构的变化

③有序程度的变化

合金的有序化转变，以及与电子结构变化相关的转变;

相变表现为：

1）从一种结构转变为另一种结构

2）化学成分的不连续变化

3）物质物理性能的突变;从理论上分析，固态相变过程

δ＜0.

对于有成分变化的沉淀析出型固态相变。

D0频率因子，R气体常数，T绝对温度，Q激活能

α碳含量、形态，Fe3C形态和分布与珠光体不同。

新相，生成部分与原有部分存在着或成分不同、或相结构不同、或有序度不同、或兼而有之，并且和原来部分有界面分隔。

γ(奥氏体)α?(马氏体)

不同等温温度下的动力学曲线

2相变热力学（thermodynamiesofphasetransition）

相变前形变奥氏体处于完全再结晶状态，再结晶细化晶粒；

合金在冷却时由一个固相分解为两个不同固相的转变称为共析转变（如珠光体转变）

3）物质物理性能的突变

Fe-C相图中，转变产物α和Fe3C的比值不是定值，随γ碳含量变化。;一、按平衡状态

（1）平衡相变;同素异构转变;在缓慢冷却条件下，由过饱和固溶体中析出过剩相的过程

;共析转变;高温单相固溶体分解为结构相同，成分不同的两相。上坡扩散。;相变过程的实质;如：共析碳钢;（2）非平衡相变;马氏体转变;贝氏体相变;非平衡脱溶沉淀;二、按热力学分类

（1）一级相变由ɑ相转变为β相时，μiα=μiβ，但自由焓的一阶偏导数不相等，有体积V和熵S的突变。;凝固、熔化、升华以及同素异构转变等均属于一级相变。几乎所有伴随晶体结构变化的金???固态相变都是一级相变。;(2)二级相变

由ɑ相转变为β相时，

μiα=μiβ，自由焓的一阶偏导数相等，但自由焓的二阶偏导数不相等，无体积效应和热效应。;三、按原子迁移情况分类

（1）扩散型相变依靠原子（或离子）的扩散的相变，例如脱溶沉淀、调幅分解、共析转变等；

（2）非扩散型相变原子（或离子）尽作有规律的迁移使点阵发生改组的相变。

;四、按相变方式分类

（1）有核相变：通过形核－长大两个阶段进行的相变；

（2）无核相变：通过扩散偏聚方式进行的相变。;1.1.2固态相变的主要特点;①共格界面：当界面上的原子所占据的位置恰好是两相点阵的共有位置时，

两相在界面上的原子可以一对一地相互匹配。;（a）完全共格（b）伸缩型半共格（c）切变形半共格（d）非共格;②半共格界面：如果一相的某一晶面上的原子排列和另一相的某晶面的

原子排列不能达到完全相同，但相近，这样形成的界面在小区域内可以

利用少量得到弹性变形来维持共格关系，适当利用位错的半原子面来进

行补偿，达到能量较低。;③非共格界面：当两相在界面上的晶体结构或晶格参数差别很大时，

界面原子完全不匹配。;界面错配度

界面上弹性应变能的大小取决于两相界面上原子间距的相对差值，这种相对差值又称为错配度并以δ表示

;惯习面固态相变时，为了降低界面能和维持共格关系，新相往往以特定晶向在母相的一定晶面上形成。与生成新相的主平面或主轴平行的母相晶面称为惯习面。通常用母相的晶面指数来表示。

晶向则称为惯习方向，这种现象叫做惯习现象。;;;;弹性应变能：大中小

界面能：小中大;;1.2相变热力学（thermodynamiesofphasetransition）

系统发生转变的热力学条件是ΔG＜0，同时ΔG的数值给出相变驱动力的大小。单组元系材料转变驱动力可由参加转变的两相的自由焓－温度曲线确定。

相变热力学分析为固态相变提供判据。;对所有的相变，在母相开始向新相转变的平衡温度（相平衡），母相与新相的吉布斯自由能(G)相等，组成元素在两相中的化学位(μ)相等，即G1=G2，μ1=μ2。其中吉布斯

自由能由系统的热焓（H）和熵(S)所决定，第i种原子的化学位定义为在一定温度(T)和压强(P)下，每摩尔原子数量(ni)变