一金属固态相变热力学和动力学选编.ppt

第一章 金属固态相变基础;1.1 金属固态相变概论;1.1.1 金属固态相变分类; 是指在缓慢加热或冷却时所发生的能获得符合平衡状态图的平衡组织的相变。;同素异构转变： 纯金属在温度和压力改变时，由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的过程称为同素异构转变。 多形性转变: 若在固溶体中发生这种结构的转变，则称为多形性转变。如钢在冷却时由奥氏体中析出先共析铁素体的过程 。;平衡脱溶沉淀：在缓慢冷却条件下，由过饱和固溶体中析出过剩相（或第二相）的过程称为平衡脱溶沉淀。;共析转变：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相变（或珠光体型转变），如：γ→α+β； 反之，如果合金加热时所发生的相反转变称为逆共析相变，如：α+β →γ 。 ;调幅分解：某些合金在高温下具有均匀单相固溶体，但冷却到某一温度范围时可分解成为与原固溶体结构相同但成分不同的两个微区，这种转变称为调幅分解。 特 点： 1、在转变初期形成的两个微区之间并无明显界面和成 分突变； 2、通过上坡扩散，最终使原来的均匀固溶体变成不均 匀固溶体。;有序化转变：固溶体中，各组元原子在晶体点阵中的相对位置由无序到有序（指长程有序）的转变称为有序化转变。 在Cu-Zn、Cu-Au、Mn-Ni、Fe-Ni、Ti-Ni等许多合金系中都可发生这种有序化转变。; 若加热或冷却速度很快，平衡相变将被抑制，固态材料可能发生某些平衡状态图上不能反映的转变并获得被称为不平衡或亚稳态的组织，这种转变称为非平衡相变。;Fe-C相图的伪共析区;马氏体转变： 若进一步提高冷却速度，钢中奥氏体只能以不发生原子扩散、不引起成分改变的方式，通过切变方式由γ点阵改组为α点阵来实现点阵的改组，这种转变称为马氏体相变，其成分与母相奥氏体相同。;贝氏体相变： 珠光体转变和马氏体转变温度范围之间，铁原子不能扩散，碳原子尚具有一定的扩散能力，这种非平衡相变称为贝氏体相变（或称为中温转变）。 转变产物是α相与碳化物的混合组成的非层片状组织，称其为贝氏体。;不平衡脱溶沉淀： 在不平衡状态下，过饱和固溶体中析出新相的转变。;二、热力学分类：一级相变和二级相变;特 点： 1、在一级相变时，熵S和体积V将发生不连续变化，即一级相变有相变潜热和体积改变。 2、材料的凝固、熔化、升华以及同素异构转变等均属于一级相变。 3、几乎所有伴随晶体结构变化的固态相变都是一级相变。; 相变时新旧两相的化学势相等，且化学势的一级偏微商也相等，但化学势的二级偏微商不等的相变称为二级相变。;特 点： 1、无相变潜热和体积改变，只有比热CP、压缩系数K和膨胀系数λ的不连续变化。 2、相变时无热效应和体积效应。 3、材料的部分有序化转变、磁性转变以及超导体转变均属于二级相变。;三、按原子迁移情况：扩散型和非扩散型; 相变过程中原子不发生扩散，参与转变的所有原子的运动是协调一致的相变称为非扩散型相变，也称为“协同型”转变。 非扩散型相变时原子仅作有规则的迁移以使点阵发生改组。迁移时，相邻原子相对移动距离不超过一个原子间距，相邻原子的相对位置保持不变。;特点： （1）存在由于均匀切变引起的宏观形状改变，可在预先制备的抛光试样表面上出现浮突现象。;四、按相变方式：有核相变和无核相变; 相变时没有形核阶段,以固溶体中的成分起伏为开端，通过成分起伏形成高浓度区和低浓度区，但两者之间没有明显的界限，成分由高浓度区连续过渡到低浓度区。 以后依靠上坡扩散使浓度差逐渐增大，最后导致由一个单相固溶体分解成为成分不同而点阵结构相同的以共格界面相联系的两个相。如调幅分解。;小结