材料科学基础12章相变(推荐完整)
材料科学基础名词解释中英
《材料科学基础》名词解释AOrowan mechanism （奥罗万机制）位错绕过第二相粒子，形成包围第二相粒子的位错环的机制。
Austenite(奥氏体)碳在γ-Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体。
B布拉菲点阵除考虑晶胞外形外，还考虑阵点位置所构成的点阵。
Half-coherent interface（半共格相界）两相邻晶体在相界面处的晶面间距相差较大，则在相界面上不可能做到完全一一对应，于是在界面上将产生一些位错，以降低界面弹性应变能。
这时两相原子部分保持匹配，这样的界面称为半共格界面。
Sheet texture（板织构）轧板时形成的组织的择优取向。
Peritectic reaction（包晶反应）固相和液相生成另一成分的固溶体的反应Peritectic segregation（包晶偏析）新生成的固相的芯部保留残余的原有固相，新相本身成分也不均匀。
Peritectic phase diagram（包晶相图）具有包晶反应的相图Peritectoid reaction（包析反应）由两个固相反应得到一个固相的过程为包析反应。
Cellular structure（胞状结构）成分过冷区很小时，固相突出部分局限在很小区域内，不生成侧向枝晶。
Intrinstic diffusion coefficient（本征扩散系数）依赖热缺陷进行的扩散的扩散系数。
Transformed ledeburite（变态莱氏体）渗碳体和奥氏体组成的莱氏体冷却至727℃时奥氏体发生共析反应转变为珠光体，此时称变态莱氏体。
Deformation twins（变形孪晶）晶体通过孪生方式发生塑性变形时产生的孪晶（BCC，HCP）Chill zone（表层细晶区）和低温铸模模壁接触，强烈过冷形成的细小的方向杂乱的等轴晶粒细晶区。
Burger’s vector（柏氏矢量）表征位错引起的晶格点阵畸变大小和方向的物理量。
Asymmetric tilt boundary（不对称倾斜晶界）晶界两侧晶粒不对称的小角度晶界，界面含两套垂直的刃型位错。
赵品《材料科学基础教程》(第3版)笔记和课后习题(含考研真题)详解 第12章 陶瓷材料【圣才出品】
第12章陶瓷材料12.1复习笔记一、陶瓷概述（1）陶瓷①定义传统上“陶瓷”是陶器与瓷器的总称。
后来，发展到泛指整个硅酸盐材料，包括玻璃、水泥、耐火材料、陶瓷等。
②分类陶瓷一般归纳为：工程陶瓷和功能陶瓷。
（2）新型无机材料新型无机材料是指在传统硅酸盐材料的基础上，用无机非金属物质为原料，经粉碎、配制、成型和高温烧结制得的无机材料，如功能陶瓷，特种玻璃，特种涂层等。
（3）新型无机材料与传统硅酸盐材料的比较①从组成上看新型无机材料的组成远远超过硅酸盐的范围，除氧化物和含氧酸盐之外，还有碳化物、氮化物、硼化物、硫化物及其他盐类和单质。
②从性能上看a．新型无机材料不仅具有熔点高，硬度高，化学稳定性好，耐高温，耐磨损等优点；b．一些特殊陶瓷还具有一些特殊性能，如介电性、压电性、铁电性、半导性、软磁性、硬磁性等。
二、陶瓷材料的典型结构陶瓷是指由金属（类金属）和非金属元素之间形成的化合物。
这些化合物的结合键主要是离子键或共价键。
1．离子晶体陶瓷结构（1）分类①NaCl型结构：MgO、NiO、FeO等；②CaF2型结构：等；③刚玉型结构：等；④钙钛矿型结构：。
（2）刚玉型结构（如图12-1-1所示）图12-1-1Al2O3晶体结构刚玉型结构中每晶胞有6个氧离子、4个铝离子。
其中：①氧离子占密排六方结点位置，铝离子配置在氧离子组成的八面体间隙中，但只填2/3如图12-1-1（b）所示；②铝离子的排列要满足铝离子之间的间距最大，因此每三个相邻的八面体间隙，就有一个是有规律地空着，如图12-1-1（a）所示。
（3）钙钛矿型结构（如图12-1-2所示）图12-1-2钙钛矿结构钙钛矿型结构中每个晶胞中有1个钛离子、1个钙离子、3个氧离子。
其中：①原子半径较大的钙离子与氧离子作立方最密堆积；②半径较小的钛离子位于氧八面体间隙中，构成钛氧八面体[TiO6]。
钛离子只占全部八面体间隙的1/4。
2．共价晶体陶瓷结构共价晶体陶瓷多属金刚石结构。
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第一章材料的结构1．1材料的键合方式1离子键 2共价 3金属键4二次键 5混合键 6材料的结合键与性能1．2晶体学基本知识1晶体的特征 2空间点阵与晶胞 3晶系和布拉菲点阵 4空间点阵与晶体结构的关系5晶体的对称性概念 6晶面指数和晶向指数 7晶面间距 8晶面及晶向间的夹角 9晶带1．3纯金属的晶体结构1典型纯金属的晶体结构 2点阵常数与原子半径r的关系 3配位数和致密度 4 晶体中原子堆垛方式 5晶体结构中的间隙 6同素异构现象 7原子半径 8其他晶体结构1．4合金相结构1固溶体 2金属间化合物1．5陶瓷材料的晶体相结构1离子键结合的陶瓷晶体结构 2共价键结合的陶瓷晶体结构1．6非晶态金属(金属玻璃)1．6．1金属玻璃的获得与分类1．6．2金属玻璃结构模型1．7准晶体1．7．1准晶体的结构模型1．7．2准晶的稳定性1．8高分子材料的结构1．8．1高分子链结构1．8．2高分子的聚集态结构第2章空位与位错2．1 空位1空位的热力学分析 2空位的迁移 3材料中空位的实际意义2．2位错的基本类型及特征1刃型位错 2螺型位错 3混合位错2．3柏氏矢量2．3．1确定柏氏矢量的方法2．3．2柏氏矢量的特征和意义2．4位错的运动1位错滑移的晶格阻力 2刃型位错的运动 3螺型位错的运动 4混合位错的运动2．5位错的应变场和应力能2．5．1位错的应变能2．5．2位错的应力场2．6位错的受力2．6．1作用在位错上的力2．6．2位错的线张力2．7位错与晶体缺陷的交互作用1位错与点缺陷之间的交互作用 2位错之间的交互作用 3位错的塞积2．8位错的萌生与增殖2．8．1晶体中位错的萌生2．8．2晶体中位错的增殖2．9实际晶体中的位错组态1 FCC，BCC，HCP晶体中单位位错的柏氏矢量 2层错 3不全位错 4位错反应与扩展位错5位错的实际观察第三章材料的表面与界面3．1材料的表面3．1．1表面晶体学3．1．2表面热力学3．1．3实际表面3．2材料的界面3．2．1界面的定义和种类3．2．2晶界3．2．3相界3．2．4多晶材料中的界面第4章材料的凝固4．1金属液态结构与性能特点4．1．1液态金属与固态金属的比较4．1．2金属液态结构4．2金属结晶的基本规律4．2．1金属结晶的微观现象4．2．2金属结晶的宏观现象4．3晶核的长大4．3．1晶核长大的条件4．3．2液一固界面的微观结构4．3．3晶体长大的机制4．3．4纯金属长大的形态4．4结晶理论的应用4．4．1铸锭的组织及控制4．5聚合物的凝固第5章二元合金相图及合金的凝固和组织5．1二元相图的表示方法5．1．1二元合金中存在的相5．1．2二元相图的表示含义和杠杆定律5．1．3用实验方法测绘二元相图5．2匀晶相图及固溶体合金的凝固和组织1 相图分析2 固溶体合金的平衡凝固和组织3 固溶体合金的非平衡凝固和组织4 固溶体合金凝固过程中的溶质分布5 区域熔炼6 成分过冷及其对晶体成长形状和铸锭组织的影响5．3共晶相图及共晶系合金的凝固和组织1相图分析 2共晶系合金的平衡凝固和组织 3共晶组织及其形成机理 4共晶系合金的非平衡凝固和组织5．4包晶相图及其合金的凝固和组织1相图分析 2包晶系合金的平衡凝固和组织 3包晶系合金的非平衡凝固和组织4包晶转变的实际应用5．5偏晶相图及其合金的凝固和组织5．6形成化合物的二元相图5．6．1形成稳定化合物的二元相图5．6．2形成不稳定化合物的二元相图5．7具有固态转变的二元相图1 具有共析转变的相图 2具有包析转变的相图 3具有偏析转变的相图 4具有熔晶转变的相图 5具有无序一有序转变的相图 6具有固溶度变化的相图 7具有磁性转变的相图5．8如何分析和使用二元相图1 相图中的线条和相区分析 2结合Fe—Fe，c相图分析合金的平衡凝固过程及其组织变化 3 Cu—Sn合金系相图 4 M92Si04一Si02系相图 5 Zr02一Si02系相图5．9相图热力学基础1 吉布斯自由能与成分的关系 2克劳修斯一克莱普隆方程 3相平衡条件4吉布斯自由能曲线与相图第6章三元相图及合金的凝固组织6．1三元相图的成分表示法6．2三元相图的杠杆定律和重心法则6．2．1杠杆定律6．2．2重心法则6．3匀晶三元相图1 相图的空间模型 2合金的凝固过程及组织 3等温截面(或水平截面)4 变温截面(或垂直截面)6．4简单共晶三元相图1 相图的空间模型2合金的凝固过程和组织 3等温截面 4变温截面6．5 固态有限溶解的三元共晶相图1 相图的空间模型 2合金的凝固过程和组织3等温截面 4变温截面6．6具有包共晶反应的三元相图1 相图的空间模型 2合金的凝固过程和组织 3等温截面 4变温截面 5 固相具有固溶度时的相区界面投影图6．7具有三元包晶反应的三元相图6．8形成稳定化合物的三元相图6．8．1形成一个稳定化合物的三元相图简化法6．8．2形成几个稳定化合物的三元相图简化法6．9三元相图总结1 三元系的两相平衡 2三元系的三相平衡 3三元系的四相平衡 4液相面投影图5三元相图中的相区接邻规则6．10三元相图实例分析1Pb—Sn—Bi系2AI—Cu—Mg系 3W—C—Co系4Ire—Cr—C系 5Mgo—A1203一Si02系第7章固体材料中的扩散7．1扩散方程7．1．1菲克第一定律7．1．2菲克第二定律7．1．3菲克第二方程的解7．2扩散的微观机制1交换机制2间隙机制 3空位机制 4其他扩散机制7．3扩散系数7．3．1扩散系数的测定方法7．3．2影响扩散系数的因素7．4扩散的热力学分析7．4．1扩散驱动力7．4．2上坡扩散7．5固溶体中的扩散7．5．1固溶体中的自扩散7．5．2 固溶体中的互扩散——Kirkendall效应7．6反应扩散7．6．1反应扩散的概念7．6．2反应扩散的速率7．7离子晶体中的扩散7．8非晶体中的扩散7．8．1长链聚合物中的扩散7．8．2无机玻璃中的扩散7．9材料中扩散问题的几个实例1粉体材料的烧结 2渗碳 3铸锭的均匀化 4金属表面的氧化第8章材料塑性变形8．1单晶体金属的塑性变形8．1．1单晶体的滑移8．1．2扭折8．1．3孪生8．2多晶体的塑性变形8．2．1晶粒边界8．2．2晶界对多晶体塑性变形的影响8．2．3多晶体塑性变形的微观特点8．3单相固溶体合金塑性变形特点8．3．1屈服现象8．3．2应变时效8．4复相合金的塑性变形8．5金属冷加工后的组织与性能的变化8．5．1金属塑性变形后的组织变化8．5．2加工硬化8．5．3变形后金属中的残余应力8．5．4多晶体材料的织构(择优取向)8．6陶瓷材料的塑性变形8．7聚合物的变形8．7．1热塑性聚合物的变形8．7．2热固性塑料的变形第9章冷变形金属的回复再结晶与热加工9．1概述9．2冷变形金属的回复9．2．1回复动力学9．2．2回复过程的组织变化与回复机制9．3冷变形金属的再结晶1再结晶的形核 2再结晶动力学 3再结晶温度 4再结晶后的晶粒大小及再结晶全图5再结晶织构 6退火孪晶9．4晶粒长大9．4．1正常晶粒长大9．4．2反常晶粒长大(二次再结晶)9．5金属热加工9．5．1动态回复与动态再结晶9．5．2热加工后金属的组织与性能9．5．3超塑性第10章固态相变10．1固态相变概述1固态相变的分类 2固态相变的特点 3固态相变的热力学条件 4固态相变的形核5新相的长大 6相变动力学10．2过饱和固溶体的脱溶10．2．1脱溶的驱动力10．2．2脱溶顺序10．2．3脱溶方式及显微组织的变化10．2．4调幅分解10．3共析转变10．3．1 Fe—C合金中的共析转变10．3．2珠光体的形成过程10．3．3珠光体的组织特点及力学性能10．3．4有色合金中的共析转变10．4马氏体转变1 马氏体转变的特点 2马氏体转变热力学 3马氏体转变动力学 4马氏体转变晶体学 5热弹性马氏体和马氏体转变的可逆性 6有色合金中的马氏体 7非金属材料中的马氏体转变10．5贝氏体转变10．5．1贝氏体转变的特点10．5．2贝氏体的类型与组织形态10．5．3贝氏体转变的机制10．5．4贝氏体的性能10．6块型转变10．6．1纯金属中的块型转变10．6。
12相变
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§7－1
一、按热力学分类 一级相变： 1＝ 2 1
相变的分类
(P，T) 一级相变和二级相变
2 (V1 V2 ) P T P T 1 2 (-S1 S 2 ) T P T P
讨论：
H T a. 当T T0，即 T0，G<<RT，则 u B RT02
u T ,即说明在高温阶段，T ，u 。
b. 当T<<T0，则G>>RT,此时
u B
此时，生长速率达极大值，一般约在10-5cm/s范围。
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螺位错生长示意图
U∝ （ΔT）2
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二级相变实例
特例 混合型相变： 特点： 同时具有一级相变 和二级相变的特征
例如：压电陶瓷BaTiO3
有居里点，理论上是二级相 变，但是也有较小的相变潜 热。
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*二、按相变方式分类
成核－长大型相变：由程度大，但范围小的浓度起伏开始发生 相变，并形成新相核心。如结晶釉。 连续型相变(不稳分相)：由程度小，范围广的浓度起伏连续长 大形成新相。 如微晶玻璃。 三、按质点迁移特征分类 扩散型：有质点迁移。
第 12 章 相 变
Chapter 12 phase transformation
《材料科学基础》真题强化教程（第12讲固态相变）
一、固态转变基本类型由于金属（合金）的结构和组织在固态下可以进行多种多样的形势转变，因此具有性能方面的多变性。
包括同素异形转变、脱溶、有序化转变等等，甚至回复、再结晶也属于固态转变。
分类：①扩散型相变；②非扩散型相变（切变型）；③过渡型相变。
例1（名词解释）：调幅分解例2（名词解释）：一级相变、二级相变二、固态相变一般特点固态相变大多数为形核和生长的方式，由于此过程是在固态中进行，原子扩散速率甚低，且因新、旧相的比体积不同，其形核和生长不仅有界面能，还有因比体积差而产生的应变能，故固态相变往往不能达到平衡状态，而是通过非平衡转变形成亚稳相，且因形成时条件的不同，可能有不同的过渡相。
固态相变形成的亚稳相类型有多种，如固溶体脱溶产物、马氏体和贝氏体等。
固态相变要走转变阻力小、做功少的道路。
考点1：固态转变驱动力新旧两相自由能之差；阻力：新旧两相产生相界面引起界面自由能升高；新旧两相间因为比容不同导致的畸变能。
例：固态相变中，应变能产生的原因分析。
考点2：形核特点①非均匀形核；②核心的取向关系；③共格界面与半共格界面。
考点3：成长特点①惯习现象；②共格成长与非共格成长；③存在脱溶贯序。
例1（名词解释）惯习现象例2（名词解释）：脱溶贯序考点4：新生组织形态应变能主导时优先形成饼状、圆片状；其次是针状；最后是球状。
界面能主导时，优先形成球状、其次是针状、最后是片状。
P.S. 脱溶基本完成后，新相、母相基本达到平衡浓度、再延长时间或者提高温度会发生新相聚集长大和形貌转化。
界面能主导：小粒子溶解、大粒子生长，半径越来越大，Δp=2σ/r （压应力）变小，脱溶相变稳定，向球形转变，脱溶相弯处向平处扩散；应变能主导：球状→立方状→棒状片状→编织组织。
例1：例题根据如图所示的析出物能够得到何种结论？例2：固态相变与液—固相变在形核、长大规律方面有何特点？分析这些特点对所形成的组织会产生什么影响？考点5：过渡相所谓过渡相是指成分或结构或两者都处于新旧相之间的一种亚稳态相。
材料科学基础相变
材料科学基础相变相变是材料科学基础中重要的概念之一、相变指的是物质在一定的温度和压力下由一种物态转变为另一种物态的过程。
在相变过程中，物质的分子结构和物性发生了根本性的改变。
相变不仅在常见的物质如水和冰中发生，也在各种材料中都是普遍存在的。
相变的分类主要有几种，包括：一级相变和二级相变、固相变、液相变和气相变、晶体相变和非晶态相变等。
一级相变和二级相变是相变的基本分类之一、一级相变是指物质在相变过程中，在一定温度下会出现物质的两种形态共存的情况，例如水在0°C时同时存在液态水和固态冰。
在一级相变过程中，物质的温度保持不变，而吸收或释放的热量用于改变物质的物态。
二级相变则是指物质在相变过程中，直接从一种物态转变为另一种物态，没有物质两种形态共存的情况。
例如，水从液态直接转变为气态的过程。
固相变包括固固相变和固液相变。
固固相变指的是物质在固态下由一种结构转变为另一种结构。
这种相变在金属材料中尤为常见，例如铁的铁素体和奥氏体的相互转变。
固液相变是指物质在固态和液态之间的相变过程，例如冰的熔化就是固液相变的例子。
液相变通常指的是液体变为气体的相变过程，也就是蒸发过程。
在蒸发过程中，液体吸收外界的热量，分子动能增加，逐渐脱离液体表面，形成气体。
相反地，气体变为液体的过程称为凝结。
晶体相变是指物质晶体结构发生变化的相变过程。
晶体相变可以是由于温度的改变而引起，也可以是由于压力的改变而引起。
晶体相变的一个重要特点是在相变过程中结构的对称性发生了改变。
晶体相变的代表性例子之一是冰的六方晶相变为立方晶。
非晶态相变是指物质的非晶态结构发生变化的相变过程。
非晶态相变通常与玻璃态的形成有关，例如液态金属迅速冷却后变为非晶态。
非晶态相变在材料科学中的研究具有重要的理论和应用价值。
相变现象是材料科学基础中非常常见的现象。
通过对相变的深入研究，我们可以更好地理解材料的结构和性质变化规律，为材料设计和制备提供理论基础。
《材料科学基础》练习题集02
厦门理工学院《材料科学基础》练习题集 02第9章材料的凝固一、名词解释：1、均匀形核：在一定条件下，从液态金属中直接产生，原子呈规则排列的结晶核心。
2、非均匀形核：是液态金属依附在一些未溶颗粒表面或固液界面所形成的晶核。
3、变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非均匀形核晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒，这种处理方法即为变质处理。
4、变质剂：在浇注前所加入的难熔杂质称为变质剂。
5、枝晶偏析：实际生产中，合金冷却速度快，原子扩散不充分，使得先结晶出来的固溶体合金含高熔点组元较多，后结晶含低熔点组元较多，这种在晶粒内化学成分不均匀的现象称为枝晶偏析。
6、比重偏析：比重偏析是由组成相与溶液之间的密度差别所引起的。
如果先共晶相与溶液之间的密度差别较大，则在缓慢冷却条件下凝固时，先共晶相便会在液体中上浮或下沉，从而导致结晶后铸件上下部分的化学成分不一致，产生比重偏析。
7、溶质再分配8、成分过冷二、判断题：1、液态金属的结构特点是近程有序，长程无序。
（）2、晶粒尺寸和形核率N、线长大速度Vg之间的关系是N/Vg越大，晶粒尺寸越大。
（）3、区域提纯技术的理论基础是凝固过程中的溶质再分配。
（）4、液－固粗糙界面可描述为微观粗糙、宏观平整。
（）5、在结晶过程中，晶核越多，生长速率越慢，则凝固后的晶粒越细小。
（）6、在单相固溶体铸锭结晶时，成分过冷越大，越易形成枝晶。
（）7、由凝固理论可知，细化晶粒的途径是提高形核率，降低长大速率。
（）8、金属－非金属型共晶具有粗糙－光滑型界面，所以它多为树枝状，针状或螺旋状。
（）三、选择题：1、纯金属结晶均匀形核，当过冷度 T很小时，形核率低，是因为。
A、原子可动性低，相变驱动力低；B、原子可动性高，相变驱动力低；C、原子可动性低，相变驱动力高；D、原子可动性高，相变驱动力高；2、合金凝固时，出现成分过冷的原因是。
材料科学基础《相变原理答案》
3 试述马氏体转变的主要特点。 (1)切变共格和表面浮凸现象 (2)马氏体转变的无扩散性 无成分变化，仅有晶格改组 原子集体运动，原来相邻的原子转变后依然相邻，相对位移不超过一个原子间距 在相当低的温度范围内进行，转变速度极快 (3)具有一定的位向关系和惯习面 (4)马氏体转变是在一个温度范围内完成的 (5)马氏体转变的可逆性 综合：以切变共格形式进行、相变的无扩散性 4 试述钢中板条状马氏体和片状马氏体的形貌特征和亚结构并说明它们的性能差异。 形貌特征： 板条状马氏体： 板条体常自奥氏体晶界向晶内平行排列成群， 一个奥氏体晶粒内包含几个板 条群，板条体之间为小晶界，板条群之间为大晶界。 片状马氏体：凸透镜片状中间较厚，初生者较厚较长，横贯奥氏体晶粒，次生者尺寸较小。 在初生片与奥氏体晶界之间，片间交角较大，互相撞击，形成显微裂纹。有明显中脊。 亚结构：板条状：位错网络（缠结） ，有时亦可见到少量细小孪晶。片状：孪晶。 性能差异：低碳的位错型（板条状）马氏体具有相当高的强度和良好的韧性，高碳的孪晶型 （片状）马氏体具有高的强度，但韧性很差。位错型（板条状）马氏体还具有脆性转折温度 低，缺口敏感性低等优点。 5 Ms 点的定义和物理意义。 Ms 点为奥氏体和马氏体的两相自由能之差达到相变所需的最小驱动力值的温度。Ms 点和 T0 的差值表示了相变的化学驱动力的大小。 6 试述影响 Ms 点的主要因素。 (1)化学成分的影响 钢中碳含量增加，Ms 点下降，转变温度区间范围扩大。 合金元素使 Ms 点下降，Al 和 Co 例外使 Ms 点上升。 (2)形变和应力的影响 Ms 点以上、Md 点以下，塑性形变诱发马氏体相变；Ms-Mf 之间形变促进马氏体转变，马 氏体转变量增加。 弹性应力的影响： 马氏体转变产生体积膨胀， 多向亚应力阻止马氏体形成， 拉应力和单向压应力有利于马氏体的形成，使 Ms 点升高。 (3)奥氏体化条件的影响 加热温度和时间增加有利于碳和合金元素进一步溶入奥氏体中，使 Ms 点下降；在完全奥氏 体化的条件下，加热温度的提高和时间的延长是奥氏体晶粒长大，缺陷减少，Ms 点有所提 高；在奥氏体成分一定的情况下，晶粒细化，奥氏体强度提高，转变切变阻力增大，Ms 点 下降。 (4)淬火速度的影响 高速淬火时，Ms 点随淬火冷却速度增大而提高（抑制 C 原子气团的形成） (5)磁场的影响 加磁场只使 Ms 点提高，对 Ms 点以下的转变行为并无影响。
相变基本原理PPT课件
3、有序—无序相变
有序—无序相变在结构上往往涉及到多组元固溶体中两种或多种原子在 晶格点阵上排列的有序化。大量的多组元固溶体当温度降低时常会发生晶格 中原子从统计随机分布的状态向不同原子分别占据不同亚点阵的有序化状态 转变。随着温度的继续降低，这种有序结构的有序化程度可能会进一步增加， 直至形成完全有序的固溶体。这类相变属于结构相变，它们发生于某一温度 区间并涉及原子或离子的长程扩散和系统序参量的变化。 线衍射有分序析—得无知序，相在变高的温一无个序例状子态是下连，续合固金溶中体A铜u和—C金u合原金子中近的乎C完u全3A无u。规由地x排射 列在面心立方（FCC）点阵上，
4、其它形式的相变
①无公度相变 所谓无公度相变是指晶态物质失去平移对称性的相变过程。 某些晶态物质在温度降低至某一温度T1时，由于其长程关联作用使晶格不再 具有严格的三维平移周期性，出现局域原子的性质受到一个周期性调制，调 制波的波长与母相中晶体结构的周期之比为一无理数，故而称之为无公度调 制，其相变产物称为无公度相。涉及的调制波，可以是结构上的调制，成分 上的调制，乃至更细微层次如自旋结构上的调制。图18.5给出了两种无公度 调制的示意结构。当温度降低达到某一所谓锁定温度TL时，材料的晶格平移 性会重新出现而进入另一公度相。新相晶胞尺寸将是高温相晶胞边长的整数 倍。因此，无公度相就存在于T1和TL温度之间。
有序—无序相变在金属材料中是普遍的，在无机 非金属材料中也屡见不鲜。例如在几乎所有的尖 晶石结构铁氧体中，高温时阳离子可同时无序地 处在八面体或四面体位置，并呈无铁磁性状态。 随着温度降低至某一临界值时，结构中开始出现 离子在不同亚点阵上的择优占据有序化过程，并 使材料出现铁磁性。相似的相变也出现在诸如 KDP（KH2PO4）的铁电材料中，氢离子在其临界 温度以下发生的靠近PO4-3基团的有序化排列导致 了顺电——铁电——反铁电等相变。
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（2）. 位错形核
❖ ①位错与溶质原子交互作用形成溶质原子气团，使溶 质原子偏聚在位错线附近，在成分上有利于形核。
❖ ②位错形核形成的新相如果能使原来的位错消失，可 降低成核功
❖ ③短路扩散作用，可降低原子的扩散激活能，有利于 晶胚长大到临界晶核。
❖ ④比容大和比容小的的新相可分别在刃型位错的拉应 力区和压应力区形核，降低弹性应变能。
单位质量的物质所占有的容积称为比容, 用符号"V"表示。其数值是密度的倒数。
度范围内，随着温度的降低，即过冷度的增大， 相变驱动力增大，相变速度加快；但是当过冷度 增大到一定程度，扩散称为决定性因素，进一步 增大过冷度，反而使得相变速度减小。
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2）.形核特点 （1）非均匀形核 • 存在各种点线面体结构缺陷，缺陷能量最高，越
能促进形核。 • 在固体的各种缺陷结构中，界面是能量最高的一
类，其次是位错，再次是空位和其他缺陷。 • 非均匀形核是固态相变按阻力最小进行的有效途
径之一
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（2）共格界面
（a）完全共格 （b）伸缩型半共格 （c）切变形半共格 （d）非共格
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• 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 。
两相的体积和熵发生连续变化，热熔、膨胀系数和 压缩系数发生不连续变化。
常见的二级相变有磁性转变、有序－无序转变、 超导转变等，大多伴随材料某种物理性能的变化。
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2. 按动力学分类
• 1).扩散型（非协同型）： • 新相的形成和长大都要依靠原子的长距离扩散，相
材料科学基础(相变)2
第2章 钢中奥氏体形成
2.5 奥氏体晶粒长大及其控制
三、影响奥氏体晶粒长大的因素 4 合金元素的影响： 钢中加入形成难熔化合物的合金元素，奥氏体中存在很多弥散分布的 稳定化合物，阻碍奥氏体晶粒长大。
用Al脱氧的钢，形成的AlN阻在奥氏体晶粒长大，属于本质细晶粒钢。 用Si和Mn脱氧的钢，不形成难溶第二相，属于本质粗晶粒钢。
二、长大速度 随相变温度升高，碳在奥氏体中的扩散系数增大。 随相变温度升高，碳在奥氏体中的浓度梯度增大。 随相变温度升高，Cγ-α 与Cα -γ之差减小， Cγ-c与Cc-γ之差减小。 随相变温度升高，奥氏体长大速度增大。所以奥氏体形成速度随形 成温度升高而单调增大。 三、奥氏体等温形成动力学曲线 等温形成动力学曲线：在一定温度下，转变量与转变时间的关系曲线。 等温形成图：转变量与转变温度和时间的关系曲线，TTT图。 亚共析钢和过共析钢的等温形成图。
第2章 钢中奥氏体形成
2.5 奥氏体晶粒长大及其控制
三、影响奥氏体晶粒长大的因素 2 加热速度的影响： 加热速度提高，奥氏体形成温度提高，形核率和长大速率都提高， 但形核率和长大速率之比增大，所以起始晶粒细小。如果保温时间 过长，由于起始晶粒小，温度高，晶粒长大速度快，所以只有快速 加热、短时保温才能获得细小的实际奥氏体晶粒。 3 钢中碳含量的影响： 在一定的碳含量范围内，随碳含量的增加，碳原子和铁原子的扩散 速度提高，促进奥氏体晶粒长大；但碳含量过高，二次渗碳体不能 全部溶解，形成第二相质点，阻碍奥氏体晶粒长大。
n = 1.01(N/G)1/2
n为1mm2面积内的晶粒数。
第2章 钢中奥氏体形成
2.5 奥氏体晶粒长大及其控制
二、奥氏体晶粒长大原理 在一定温度下，奥氏体晶粒发生相互合并或吞并，降低晶界总面积， 使体系自由能降低，是一个自发进行的过程。
无机材料科学基础第十二章相变
T0
二级相变实例 特例 混合型相变： 特点： 同时具有一级相变 和二级相变的特征
例如：压电陶瓷BaTiO3
有居里点，理论上是二级相 变，但是也有较小的相变潜 热。
3. 高级相变： 在临界温度，临界压力时，一阶，二阶偏导 数相等，而三阶偏导数不相等的相变成为三 级相变。 实例：量子统计爱因斯坦玻色凝结现象为三 级相变。 依次类推，自由焓的n-1阶偏导连续，n阶偏 导不连续时称为高级相变。二级以上的相变 称为高级相变，一般高级相变很少，大多数 相变为低级相变。
3、马氏体相变：
马氏体相变最早在中，高碳钢冷淬火后 被发现，将钢加热到一定温度（形成奥氏体） 后经迅速冷却（淬火）即会使钢变硬，增强。 这种淬火组织具有一定特征，称其为马氏体。 最早把钢中的奥氏体转变为马氏体的相变称 为马氏体相变。后来发现纯金属和合金也具 有马氏体相变。
马氏体相变的特点： 马氏体相变在动力学和热力学上都有自己 的特征，但最主要的特征是在结晶学上， 这种转变发生时，新旧成分不变，原子只 做有规则的重排而不进行扩散。 1) 母相和马氏体之间不改变结晶学方位的 关系，新相总是沿着一定的晶体学面形成， 新相与母相之间有严格的取向关系，靠切 变维持共格关系。
当过饱和蒸汽压力为P的气相凝聚成液相或 固相(其平衡蒸汽压力为P0)时，有 ΔG=RTln P0 ／P (5)
要使相变能自发进行，必须ΔG <0，即P>P。，也 即要使凝聚相变自发进行，系统的饱和蒸汽压应大于 平衡蒸汽压P0。这种过饱和蒸汽压差为凝聚相变过程 的推动力。
对溶液而言，可以用浓度C代替压力P，(5)式写成
T P T P
P T P T
因为： 恒压热容 材料压缩系数
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（二）相变过程的推动力
相变过程的推动力是相变前后系统自由能变化为负值， 其负值↑，推动力↑。 1．相变过程的温度条件（P确定，其它条件都不变）。 1）在平衡条件下的相变：G=0 G=H–ToS=0，S=H/To, To 为相变的平衡温度， H 是相变热。 2）在非平衡条件下的相变： G≠0
/
T
P
(∂μ1/∂P)T≠(∂μ2/∂P)T，
由于(∂μ/∂T)P=-S，(∂μ/∂P)T=V，也即 一级相变时 S1≠S2， V1≠V2 。
因此在一级相变时熵（S）和体积
（V）有不连续变化。即相变时有相变
潜热，并伴随有体积改变。
晶体的熔化、升华；液体的凝固、气
化；气体的凝聚以及晶体中大多数晶型
一种是由程度大、但范围小的浓度起伏开始发生相变， 并形成新相核心称为成核–长大型相变；另一种却由程 度小、范围广的浓度起伏连续地长大形成新相，称为 连续型相变，如 Spinodal分解。 三、按质点迁移特征分类
根据相变过程中质点的迁移情况，可将相变分为： 扩散型和无扩散型两大类。
扩散型相变的特点是相变依靠原子（或离子）的 扩散来进行的。如晶型转变、熔体中析晶、气–固、液 –固相变和有序–无序转变。
CP1 CP2 热容量、热膨胀系数和压缩系数的不连相变温
度T0时趋于无穷大，因此可根据Cp–T曲线具有λ 形状而称二级相变为λ相变，其相变点可称λ点
或居里点。一般合金的有序–无序转变、铁磁性–
顺磁性转变、超导态转变等均属于二级相变。
二、按相变方式分类 Gibbs（吉布斯）将相变过程分为两种不同方式：
无扩散型相变主要是低温下进行的纯金属（锆、 钛、钴等）同素异构转变以及一些合金（Fe–C、Fe– Ni、Cu–Al等）中的马氏体转变。
相变分类方法除以上三种外，还可按成核特点而分为均质转 变和非均质转变；也可按成分、结构的变化情况而分为重建式转 变和位移式转变
二级 相变
超导相 变磁 性 相 变二级铁电相变
把母相奥氏体和转变相马氏体之间连接起来的平面称为 习性平面（A′1B′1C′1D′1 和A2B2C2D2平面）。 b.相变后奥氏体、马氏体是连续的，并且有严格的取向； c.习性平面与马氏体晶面保持平行。
②无扩散，组成不变； ③相变速度很快，瞬间完成； ④相变无特定温度，只有一个温 度范围。
低于Mf，马氏体转变基本结束。BaTiO3由高温顺电性立 方相低温铁电正方相的转变和ZrO2由四方单斜的转 变都属于马氏体相变。
G=H–TS=H–TH/To=H(1–T/To) G =H(To–T)/To= HT/To， （设H、 S不随温度而变化， = To–T） 3）讨论： a．l→s，G<0，HT/To<0，析晶放热过程H<0，To>0， 则T=To–T>0 ，即To>T，过冷，G<0； b．s→l，熔融吸热过程ΔH>0、ΔT<0 ，即T>To，过热， ΔG<0 。 相变驱动力可以表示为过冷（热）度的函数，相平 衡理论温度与系统实际温度之差即为该相变的推动力。
相变过程中涉及的基本理论对获得特定性能的材料 和制订合理工艺过程是极为重要的。
§12-1 相变的分类
一、按热力学分类
分为一级相变与二级相变。
一级相变：体系由一相变为另一相时，如两相的化学
势相等但化学势的一级偏微商（一级导数）不相等的
称为一级相变，即： 1 2
1
/
T
P
2
§10-2 液固相变
一、液–固相变过程热力学 （一）相变过程的不平衡状态及亚稳区
1．单元系统相变过程图 1）当Ａ点气体到达Ｂ点， 理论上应该出现液相， 发生凝聚，而实际情况 中却未出现液相，只有 冷却到C点才会出现稳定 的液相；
2）当C点液相冷却到D点，理论上应该出现晶相，但实 际上不会出现晶相，只有冷却到E点才出现稳定的晶相。 2．亚稳区的特点
第十二章 相 变
● 相：在一定的温度、压力等条件下，物质将以一种与 外界条件相适应的聚集状态或结构形式存在着，这种形 式就是相。 ● 相变：是物质从一个相转变为另一个相的过程，是指 在外界条件发生变化的过程中物相于某一特定的条件下 （临界值）发生突变，表现为： ①从一种结构变化为另一种结构，如气相、液相和固相 间的相互转变，或固相中不同晶体结构或原子、离子聚 集状态之间的转变； ②化学成分的不连续变化，例如均匀溶液的脱溶沉淀或 固溶体的脱溶分解等； ③更深层次序结构的变化并引起物理性质的突变，例如 顺磁体-铁磁体转变、顺电体-铁电体转变、正常导体-超 导体转变等等。
21/TP)≠(22/TP) 1=2，S1=S2，V1=V2，CP1≠CP2，1≠2，1≠2， CP、和分别为等压热容、等温压缩系数和等压 膨胀系数。
上式表明：二级相变时两相化学势、熵和体积相
1 2
等，但热容、热膨胀系数、压缩系数却不相等， 即无相变潜热，没有体积的不连续变化，而只有
转变都属一级相变，这是最普遍的相变
类型。
二级相变：相变时两相化学势相等，其一级偏微商也相
等，但二级偏微商不等，即：
1=2，(1/T)P=(2/T)P， (1/P)T=(2/P)T，
1 2 21/T2)P≠(22/T2)P ， (21/P2)T≠(22/P2)T ，
二级有序–无序相变
陶
玻璃态相变
铁电相变
瓷
点阵不畸变
相
有序—无序相变
变
无扩散位移型相变
切变为主—马氏体相变
点阵畸变 正应力为主—一些多形型相变
一级 相变
扩散型相变
连续有序 连续型相变 化Spinodal分解
沉淀
析晶反 成核-长大型相变 包应 析 反
应有 序 一 无 序 相 变贝氏体相变
三．马氏体相变 1．马氏体相变的概念 一个晶体在外加应力的作用下通过晶体的一个分立体积的 剪切作用以极迅速的速率而进行的相变称为马氏体相变。 2．马氏体相变的特征 ①结晶学特征 a.奥氏体和马氏体平行，并发生剪切状错动；
四、有序–无序转变
在许多合金与固溶体中，在高温时原子排列
呈无序状态，而在低温时则呈有序状态，这种随
温度升降而出现低温有序和高温无序的可逆转变
过程称为有序-无序转变。 一般用有序参数表示材料中有序与无序程度，
完全有序时为1，完全无序时为0。
R R
式中：R一原子占据应该占据的位置数；一原子占据不 R 应占据的位置数；R+—该原子的总数。