热处理原理及工艺第一章.pptx

第一章金属固态相变概论;一、金属固态相变的主要类型;二、金属固态相变的主要特点;（一）相界面;1、共格界面;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，即错配度：

显然，错配度越大，弹性应变能就越大。;2、半共格界面;3、非共格界面;由于界面上原子排列的不规则性会导致界面能升高，因此，非共格界面能最高，半共格界面能次之，而共格界面能最低。因此，界面结构的不同，对新相的形核、长大过程以及相变后的组织形态等都将产生很大影响。;(二）两相间的晶体学关系;固态相变时，新相往往在母相一定的晶面族上形成，这种晶面被称为惯习面，通常用母相的晶面指数来表示。如马氏体总是在奥氏体的{111}面上形成。

惯习面的存在意味着在该晶面上新相与母相的原子排列很相近，能较好的匹配，有助于减少两相之间的界面能。;包括共格应变能与比容差应变能；

共格界面的共格应变能最大，半共格界面次之，非共格界面能最小；

比容差应变能为新相与母相之间比容差，在相变时产生体积约束而产生弹性应变能，与新相的几何形状有关。;应变能与界面能的总和为固态相变的阻力。与液态金属结晶过程相比，固态相变的阻力是很大的。

在固态相变阻力中，应变能与界面能究竟何者为主体需视具体条件而定。

在过冷度很大时，临界晶核小，比表面积较大，界面能增大占主要地位，因而需形成共格界面以降低界面能，故新相倾向于形成盘状。

过冷度很小时，临界晶核大，比表面积大，使新相界面能减少居于次要地位，倾向于形成非共格界面以降低应变能。

;（四）晶体缺陷的作用;过渡相也称中间亚稳相，指成分或结构，或者成分和结构二者都处于新相与母相之间的一种亚稳状态的相；

形成过渡相是减少相比阻力的有效途径之一；

过渡相在一定条件下仍然能转变成平衡相。;三、固态相变时的形核;上式中，DgvV项为体自由能差即相变的驱动力，当低于平衡转变温度时为负值，sS和EV项为相变阻力。可见，只有当DgvV的绝对值大于后两项的和时，才能使DG＜0，即形核称为可能。

临界晶核的半径大小可由上式导出，为：;因此，

具有低的??面能但有很高的应变能的共格晶胚，倾向于呈盘状或片状；

而具有高的界面能但有低的应变能的非共格晶胚则容易形成等轴状；

如因体积膨胀而引起的应变能较大或界面能的各向异性很显著时，也可呈片状或针状。;（二）非均质形核

母相中的晶体缺陷可以作为形核位置，因此，金属固态相变主要依赖于非均质形核，其系统自由能总变化为：

与均质形核相比，多了一项-DGd，它表示非均质形核时由于晶体缺陷消失而释放出的能量。因此，相变驱动力增加，这将导致临界形核功降低，从而大大促进形核过程。

;晶体缺陷对形核的具体作用;3、晶界

大角晶界具有高的界面能，在晶界形核时可使界面能释放出来作为相变驱动力，以降低形核功。因此，晶界是固态相变时形核的重要基地。;四、固态相变时的晶核长大;A）为平界面，若刃型位错的柏氏矢量b沿界面方向，则其不能通过滑移而必须借位错攀移才能随界面移动。但是平界面位错攀移困难，故其牵制界面迁移，阻碍晶核长大。;2、非共格界面的迁移

非共格界面是原子排列混乱的过渡薄层。在这种界面上原子的移动的步调是不协同的，亦即原子的移动无一定的先后顺序，相对位移距离不等，其相邻关系也可能变化。

两种观点

母相不断地以非协同方式向新相中转移，界面便沿其法向推进，从而使新相逐渐长大；

在非共格界面的微观区域中，也可能呈现台阶状结构。这种台阶平面是原子排列最密的晶面，台阶高度约相当于一个原子层，通过原子从母相台阶端部想新相台阶上转移，便使新相台阶发生侧向移动，从而引起界面推进，使新相长大。

;扩散型相变和非扩散型相变;无扩散型相变：相变是通过切变完成。其晶核长大是通过半共格晶面上母相一侧原子的切变来完成的。即大量原子有规则地沿某一方向作小于一个原子间距的迁移，并保持原有的相邻关系不变，故称其为协同型转变。

特点：

相变不需要通过扩散，新相和母相的化学成分相同；

新相和母相之间存在一定的晶体学位向关系。;（二）新相长大速度;1、无成分变化的新相长大;若原子跳一次的距离为l，每当相界上有一层原子从b相上跳到a相后，a相便增厚l，则a相的长大速度为：

;可见，当过冷度很小时，新相长大速度与新、母相间的自由能差（相变驱动力）成正比。但实际上相间自由能差是过冷度或温度的函数，故新相的长大速度随着温度的降低而增大。;2、有成分变化的新相长大;五、相变动力学;新相几何形状对比容差应变能的影响;9、春去春又回，新桃换旧符。在那桃花盛开的地方，在这醉人芬芳的季节，愿你生活像春天一样阳光，心情像桃花一样美丽，日子像桃子一样甜蜜。10月-2010月-20Sunday,October11