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第一章固态相变固态相变过程热处理原理与工艺1金属固态相变的主要类型2固态相变的主要特点

3固态相变过程第一章固态相变概论形核+长大1.3固态相变时的形核§3

固态相变过程一、固态相变中的形核1、均匀形核驱动力（体积自由能差），能量来自：母相内部的能量起伏依靠变形等因素引起的内应力提供阻力（界面能、应变能:σS＋EV

)

应变能是固态相变新增加的一项阻力形核条件:系统自由能变化△G<0△G

=－△GvV＋σS＋ԐV新相单位体积弹性应变能1.3固态相变时的形核2、非均匀形核驱动力体积自由能差晶体缺陷和自由表面→释放能量阻力界面能应变能形核条件：△G<0

△G=－△GvV＋σS＋EV-△Gd临界形核能小（与均匀形核相比）在母相内的择优地点上发生的形核过程。1.3固态相变时的形核形核排序自由表面＞相界>晶界＞层错＞位错＞空位＞均匀形核（驱动力非常大时发生）1.4晶核长大二、固态相变中的晶核长大1、新相长大实质：界面向母相方向的迁移迁移过程：界面附近原子调整位置使晶核得以长大的过程相变类型不同→新相长大机制不同界面结构不同→新相长大机制不同例如：两相成分不同→长程扩散→伴随传质过程两相成分相同→短程扩散或无扩散1.4晶核长大（1）半共格界面迁移切变机制大量原子有规则沿某一方向作小于一个原子间距的瞬时移动，并保持原有相邻关系不变→协同型长大、位移式长大、无扩散型相变台阶机制平界面：界面沿法向迁移困难台阶面：可以通过台阶的侧向移动实现界面沿法向推进1.4晶核长大（2）非共格界面迁移原子移动无先后顺序任何位置都可以接受和输出原子微观区域可能存在台阶长大机制扩散相变在许多情况下，新相晶核与母相之间呈非共格界面，界面处原子排列紊乱，形成不规则排列的过渡薄层非共格界面的迁移→非协同型长大、扩散型相变1.4晶核长大三、新相长大速率（扩散相变）1、无成分变化的新相长大例如同素异构、再结晶实质是相界面附近原子短程扩散进行晶格改组，长大速度受界面扩散控制长大速度取决于新/旧相原子相互进入的频率、势垒长大速度公式

△T很小→长大速度随温度降低而增大。

△T很大→长大速度随温度降低而降低，抛物线状规律1.4晶核长大2、有成分变化的新相长大界面附近存在浓度梯度新相内部也存在溶质浓度梯度变化→扩散溶质在新相中长程扩散，长大速度由扩散速度决定的，根据Fick第一定律计算

公式：长大速度与扩散系数、界面处浓度梯度呈正比，与相界平衡时的浓度差呈反比溶质原子由相界扩散到母相一侧远离相界区溶质原子由母相一侧远离相界区扩散到相界1.4固态相变动力学研究新相形成量(体积分数)与时间、温度关系四、固态相变动力学固态相变的速度取决于新相的形核率和晶核长大速度形核、长大速度与温度有关→相变速度与温度有关阿佛瑞米方程(Avrami方程)

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