第一章金属固态相变基础2013介绍.ppt

1、第一章金属固体相变基础，概述，固体相变是热处理的基础相变。构成物质的原子(分子)的聚合状态(相态)变化的过程。固体相变：固体材料发生温度和压力变化时，内部组织或结构发生变化。也就是说，从一个相状态到另一个相状态的转换。母象或构想：相变前相状态新像：相变后相状态，1.1固体相变的分类，1 .按热力学分类，一阶相变和二阶相变(1)一阶相变：*熵和体积变得不连续，相变有潜热和体积变化。*一次相变包括凝固、熔化、升华、同素异构转化。*几乎所有伴随晶体结构变化的金属固体相变都是初级相变。化学势，构思，新像，熵，体积，化学势：吉布斯自由能对成分的偏微分，(2)二次相变：*不变潜热和体积变化，比热Cp湾，压

2、缩系数K，膨胀系数的不连续变化。*第二次相变包括部分有序的切换、自我切换、超导材料转换。比热、压缩系数、膨胀系数、2。按平衡状态图分类、平衡相变和非平衡相变缓慢加热或冷却时发生的平衡状态图对应的平衡组织的相变加热或冷却速度快。上述平衡相被抑制，固体材料可以引起一些平衡状态图中没有反映的转换，可以得到被称为不平衡或稳定的组织、平衡相转移。在固溶体中发生的同素异构转换称为多态性转换。钢的铁素体奥氏体变化、奥氏体铁素体的变化、平衡相变、平衡脱溶沉积在缓慢的冷却条件下，过饱和固溶体沉淀过剩相的过程称为平衡脱溶沉淀特征。母相没有消失，随着新的相析出，母相的成分和体积分数不断变化(结构不变)，新阶段的结构

3、和成分与以前不同。、空相变合金冷却时从固体分解成徐璐其他两个固体的转换称为空相变(或脉冲星体形转换)。这两种生成相结构和成分都与母相不同，加热时也会发生变化。逆空相变、平衡相变化、窄分解部分合金在高温下具有均匀的单相固溶体，但在冷却到一定温度范围时，可以分解成两种与原始溶体结构相同但成分不同的东西。特征：自发分解过程；通过上坡扩散实现成分变化；不经过核形成阶段。没有明显的拓扑接口。在分解速度快、平衡、有序变化的固溶体中，每个原子在晶体晶格中的相对位置从无序到有序(远距离秩序)的转换称为有序转换。合金，例如Cu-Zn、Cu-Au、Mn-Ni、Ti-Ni等。非平衡相变，(2)非平衡相变非平衡相变：

4、加热或冷却速度快时抑制上述平衡相。固体材料可以引起一些平衡状态图中没有反映的转换，可以得到被称为不平衡或稳定的组织的虚伪空缺相变。由元件离解共析成分的过冷固溶体形成的共析体的组织转化构成的相对量随A的碳含量而变化。不平衡相变化，马氏体相变进一步提高了冷却速度，伪空相变也来不及进行，奥氏体冷降到了更低的温度。在低温下，铁原子和碳原子已经不能扩散或不容易扩散，因此通过奥氏体原子扩散，没有成分变化，通过相变从点阵改编为晶格，称为马氏体相变，Fe-C合金，雨。贝氏体变态奥氏体牙齿珠光体转变和马氏体相变之间的温度范围冷却时，由于温度低，铁原子不能扩散，但由于碳原子仍具有一定的扩散能力，因此会发生独特的碳

5、原子扩散，铁原子不会扩散的不平衡相变，这种相变称为贝氏体相变(或称中温转变)。其转化产物也是相和碳化物的混合物，但阶段的碳含量、形态、碳化物的形态和分布都被称为贝氏体，与珠光体不同。非平衡相变，非平衡溶出沉淀，B成分的合金在T1温度下迅速冷，冷却过程中未被析出的话，到室温冷的时候可以得到过度饱和的固溶体。如果溶质原子在低于常温或固溶性曲线MN的温度下具有一定的扩散能力，则在常温温度下，过饱和固溶体仍会分解，逐渐析出新的相位。但是在析出的早期阶段，新阶段的成分和结构不同于平衡解吸。牙齿过程称为非平衡解吸(或时效)。3 .按原子移动特性分类，相变时原子移动特性，扩散型相变不扩散型相变，3 .按原子

6、移动特性分类，(1)扩散型相变时，介面移动是通过原子接近性或远程扩散进行的相变。可拆卸相变、空缺型相变(珠光体形变化)、振幅分解、有序转换等。特征：(1)有原子扩散运动，变化率受原子扩散速度控制。(2)神像和母像的成分往往不同。(3)只有因神像和母亲不同而产生的体积变化，没有宏观的形状变化。3 .按原子移动特性分类，(2)在不扩散型相变过程中，原子不扩散，参与转换的所有原子的运动，协调的相变称为不扩散型相变，也称为“合作型”转换。有不扩散型相变时，原子只进行有规律的移动，使点阵重组。移动时，相邻原子的相对移动距离不超过1原子间距，相邻原子的相对位置保持不变。例如：马氏体过渡特征：(1)由于均匀

7、剪切引起的宏观形状变化，提前准备的抛光样本表面可能会发生突然的现象。(2)相变不必通过扩散。新品和母体的化学成分相同。(3)神像和母像之间有一定的晶体度关系。(4)部分材料发生不扩散相变时，偏移面移动得很快，可以接近声速。4 .以相变方式分类，核相变化：通过成核-生长方式进行。新晶核可以在母上均匀地形成核，也可以在母上一些有利的部位先形成(非均匀核)。大部分固体相变属于核相变。非核相变：相变时没有核阶段，从固溶体的成分波动开始，通过成分波动形成高浓度区域和低浓度区域，但之间没有明显的界限，成分从高浓度区域连续转换到低浓度区域。之后依赖上升扩散，浓度差异逐渐扩大，最终被单相固溶体分解成成分不同、

8、晶格结构相同的攻击界面连接的两个相。像黑社会分解一样。(珠光体转换)，结，结，相变过程的本质：1，结构：同种异构，多态性，马氏体2，成分：调幅分解3，对位程度：对位转换相变：1，两个或多个变化结构和成分碳钢平衡切换3360珠光体程度。快速冷却：马氏体组织，HRC60以上硬度。1.2固体相变的主要特征，概述，形核增长(大部分)相变驱动力：新想象和母间自由能差异的主要特征： (固体相变和金属液体结晶过程)(1)介面(2)位置关系和习惯面(3)弹性应变能(3)相介面，(1)攻击(coherent)介面两相接口中的原子可以一对一徐璐匹配。在理想攻击介面条件下(如孪生晶系)，弹性变形能量和界面都接近于零

9、。实际上，两相网格总是有一定的差异，点阵类型不同，或者点阵参数差异，因此当两相界面完全相同时，在相介面附近会发生弹性变形。第一类攻击和第二类攻击，两阶段之间的攻击关系按照两边保持时称为第一类攻击(图A)。两相之间的攻击关系保持相切变形称为第二次攻击(图B)。晶面弯曲，攻击界面的特征，一般来说，攻击界面的特征是界面可能很小，但由于介面附近的畸变，弹性变异更大。、攻击界面必须依赖弹性畸变，当新的相变大，攻击界面的弹性变异可以在一定程度上增大时，超过母相的屈服限制，产生塑料变形，攻击关系可以破坏。介面：在界面上原子排列混乱，提升系统的能量，弹性应变能：固体在外力作用下因变形而存储的能量称为应变能或应

10、变能。a和a分别表示平行于接口的晶相上的原子间距，则牙齿方向上的两相原子间距的差值表示为a=|a-a|。误差配合度为：弹性应变，攻击界面的弹性应变取决于误差度。(2)在半牙齿点，接口的两相原子部分匹配，因此被称为反攻击(或部分攻击)接口。(3)非空间介面，两相界面的原子排列差异很大，即误差度大时，两相原子之间的匹配关系不再维持。这种接口称为非空间接口。非空间介面结构类似于大角晶系，由原子不规则排列的薄过渡层组成。错误的配气和接口的关系一般认为(1)0.25点容易形成非空间接口，新的相和母相之间经常存在一定的配气关系。习惯面：新的相经常形成在母相特定的晶面族中，这种晶面或晶面族称为习惯面。例如，

11、钢材从奥氏体()转换到马氏体()的习惯性情况：111，225，259 (c，t和相关)K-S关系：111 110，2。方向关系和习惯面，一般没有一定的方向关系，两相界面必须是非空间界面。但是相反，有时两相之间有一定的位置方向关系，但不一定有攻击或反攻击接口。这可能是因为随着新奖的增长，其界面的攻击或反攻击性已经破坏。2 .位置关系和习惯面，3 .弹性应变能，固体相变时，根据与新品和母体的比较用途，会发生体积变化。但是，由于周围母象的限制，新的相位不能自由膨胀，新的相位和周围母象之间发生弹性变形和应力，会给系统增加弹性应变能量。成本量：单位质量的物质所占的容积，弹性应变能=非容差生成变异能介面原

12、子强制匹配攻击变异能：攻击反攻击非容差变异能依次降低非容差变异能。与非容差、杨氏模量、新形状有关。3.弹性应变能、新形状与相对应变能的关系、新：圆盘(雕塑)ca应变是球形c=a应变力最大的、应变阻力：弹性应变力、介面能量介面类型对介面能量和弹性应变力的影响是徐璐其他攻击界面。可以减少介面能量，但弹性变形可能会增加。非空间介面：圆盘(雕塑)形状新阶段的弹性应变率最低，但界面可能更高。球形神像的弹性应变能是最大的，但界面可能是最低的。，3 .弹性应变能，3 .弹性应变能、固体相变、应变能和界面能起主导作用吗？T大而新的相临界核rk，单位体积新的表面S介面能量(主要位置)两相倾向形成攻击或反攻击介面

13、能量(前提条件：界面由攻击或反攻击介面形成引起的应变能)T小的新临界晶核rk单位体积新表面表面S介面能(次位置)倾向形成非共价介面非容差小弹性变形(前提条件：界面由攻击或反攻击形成引起的应变能)led)圆盘形状(弹性应变能)，4 .过渡相形成，过渡相(中间稳定相):成分或结构，或成分和结构都在新相和母相之间的不稳定状态相。转座像在新的像和母像之间。相变是降低电阻的重要方法。例如，马氏体(M)牙齿点燃时，首先形成与M基本共存的碳化物，最后形成更稳定的非共价三聚体。模拟，转换相，新像，自由能高，自由能低，自由能最低，界面小的攻击介面/反攻击介面，晶体结构或成分相似的自由能略低，亚稳定，非空间介面，

14、晶体结构差异大。x，rc小。非空间界面的介面能量，形核功能大，不易发生相变。5 .晶体缺陷影响，晶体缺陷(晶界、晶界、前卫、空位等)，能量起伏，结构起伏，构造起伏最大，原子扩散活性低，扩散速度快，相变应力容易缓解。晶系：形核孔低，形核容易。克服介面能量和变形能量的阻力，当相变加速胃、胃、五脏核时，电位线不会消失，而是附着在新的相面上，在反攻击界面上形成电位的一部分，系统自由能、形核功能的大小、均匀核、空核、位错型核、晶界核、最大、最小、最小、最小、最大但是，随着冷度在一定程度上增大，原子扩散能力下降，相变速度反而随着过冷度的增大而减慢。进一步提高过冷度可以抑制扩散型相变，低温发生不扩散型相变，

15、形成稳定的过渡相。1.3金属固体相变热力学，相变热力学：研究相变和相变平衡规律的科学，1。相变的热力学条件，(1)相变的驱动力上的稳定性取决于其自由能的高低。所有系统都有降低自由能以达到稳定状态的自发趋势。如果具备降低系统自由能的条件，系统会自发地从高能状态转换到低能状态，这种转换称为自发转换。(David aser，Northern Exposure(美国电视电视剧)，自由金属固体相变是自发改变新旧两相的自由能差，新自由能量低是构思自发转变为新像的驱动力。这就是所谓的相变热力学条件。1 .相变的热力学条件，(1)相变的推动力，G=H-TS，T:过冷/热，1。相变的热力学条件相变时为了重组晶格而必须克服的原子间重力。附加能量：(1)热振动的不均匀性(2)机械应力势障碍大小表示：活化能QQ，势障碍；t，Q自扩散系数D D，克服势障碍能力，容易相变，固体相变势障碍图表，(2)相变势障碍，活化能：将晶体原子从平衡位置移动到其他新平衡或非平衡位置所需的能量，2。金属固体相变核，大部分固体相变(振幅调制除外)结晶核：如果核胚超过临界尺寸，则可以稳定存在，自发生长。均匀成核：晶核在模拟中任意均匀分布；* *(很少发生