2金属固态相变基础

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固态相变的分类
2.按平衡状态图分类
(1)平衡相变
(2)非平衡相变 加热或冷却速度快，使无限缓慢的平衡相变被抑制， 产生不平衡相变。 伪共析相变 马氏体相变 Ⅰ L 贝氏体相变 非平衡脱溶转变
T A
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固态相变的分类
3. 按原子迁移情况分类 （1）扩散型相变 （2）非扩散型相变 相变过程中原子不发生扩散，参与转变的所有原子 运动是协调一致的。原子只作有规则的迁移以使晶体点 阵重组，原子迁移范围有限不超过一个原子间距。 如：淬火马氏体相变 特点： 存在均匀切变引起宏观变形； 相变无扩散，新、旧相化学成分相同； 新、旧相之间存在一定晶体学取向关系； 相变速度快。
若两相间为（半）共格界面 若两相间无取向关系
→
有取向关系
→ 为非共格界面
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固态相变的主要特点
（不同类型，具有不同界面能和应变能） 1. 相界面多样化 2. 新旧相之间存在一定位向关系与惯习面 （弹性应变能作用） 3. 相变阻力大

调幅分解 α α1+ α2 高温合金单相固溶体在冷却到某一温度分解为两个结构 相同成分不同两相

有序化转变 无序 有序 原子在晶体中相对位置由无序到有序转变，使其电、 磁、物理、机械性能变化。 如：Cu-Zn,Cu-Au ,Mn-Ni ,Fe-Ni ,Ti-Ni合金等。

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相界面上原子强制匹配引起的弹性应变能
共格＞半共格＞非共格 新、旧相比容差弹性应变能 弹性应变能和界面能共同构成固态相变的阻力

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新相形状与弹性应变能之间关系
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固态相变的分类
2.按平衡状态图分类
(1)平衡相变

同素异构转变和多形性转变 纯金属 固溶体

平衡脱溶沉淀
Ⅰ L T A
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+ B
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共析相变 如珠光体转变。由一个固相分解为两个固相的转变。
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固态相变的主要特点
1. 相界面多样化 （不同类型，具有不同界面能和应变能）
2. 新旧相之间存在一定位向关系与惯习面 新、旧相之间存在一定位向关系,并且新相往往 在旧相的一定晶面上开始形成,这个晶面称为惯习面.
惯习面和位向关系的区别： a a 惯习面指母相的某一主平面； 位向关系指新相的某些晶面、晶向∥旧相的某些晶 面、晶向 f.c.c b.c.c
很大，非共格关系
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1. 相界面多样化（新相和母相间存在不同的界面）
(3)非共格界面 新、旧相界面处原子排列差别很大,两原子之间匹 配关系不再维持,为非共格界面。
特点：界面能大，弹性畸变能小
界面能：非共格>半共格>共格 弹性畸变能： 非共格<半共格<共格
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固态相变的分类
4.按相变方式分类
(1)有核相变
形核----长大方式进行相变。 (2)无核相变
条件：可以以成分起伏或能量起伏为开始，直 接长大形成新相过程。
如：调幅分解以成分起伏为开始，进行上坡扩 散，形成两个成分不同的新相；
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固态相变的分类
1.按热力学分类 (2)二级相变 对新、旧相α和β，有： μα=μβ Sα＝ Sβ Vα＝Vβ 等压比热： C α ≠C β 等温压缩系数： K α ≠ K β 等压膨胀系数：λα≠λβ
化学势一级偏微商相等
化学势二级偏微商不等
因此：无相变潜热和体积变化，而比热、压缩系数、膨胀系 数是变化的。如材料有序化转变、磁性转变、超导转变等。
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固态相变的主要特点
5.易产生过渡相（降低形核功） 在有些情况下，固态相变不能直接形成自由能最低 的稳定相，而是经过一系列的中间阶段，先形成一系 列自由能较低的过渡相（又称中间亚稳相），然后在 条件允许时才形成自由能最低的稳定相．相变过程可 以写成： 母相―→较不稳定过渡相―→较稳定过渡相―→稳定相 温度越低时，固态相变的上述特点越显著。 过渡相的出现有利于减小固态相变的阻力。 如：铁碳合金中γ分解时 γ→M → α＋Fe3C Fe3C→Fe＋C M，Fe3C为过渡相
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固态相变的分类
1.按热力学分类 (1)一级相变 对新、旧相α和β，有： μα=μβ Sα≠ Sβ Vα≠Vβ 说明一级相变有相变潜热和体积变化。 材料凝固、熔化、升华、同素异构转变均为一级相变。 固态相变大部分为一级相变。
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固态相变的主要特点
6.母相晶体缺陷的促进作用 晶态固体中的空位、位错、晶界等缺陷周 围因点阵畸变而储存一定的畸变能。新相极易 在这些位置非均匀形核。它们对晶核的长大过 程也有一定的影响。 通常，固态相变时，母相中晶体缺陷起促 进作用。新相优先在晶体缺陷处形核。
固态相变的主要特点
4.原子迁移率低，多数相变受扩散控制 固态相变中，成分的改变必须通过组元的扩 散才能完成，此时扩散成为相变的控制因素，而 固态金属中原子的扩散系数，即使在熔点附近也 仅为液态的十万分之一，所以固态相变的转变速 率很慢，可以有很大的过冷度。随着温度降低， 过冷度增大，形核率增高，相变驱动力增大，但 同时原子扩散系数降低。这一对矛盾运动的结果， 就有可能使相变后得到的组织变细。
a
a
b.c.c
f.c.c
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1. 相界面多样化（新相和母相间存在不同的界面）
(2)半共格界面 新、旧相之间存在少量位错，除此之外的晶体结构 和点阵常数均能使两相原子之间产生完全匹配。 小，共格关系 新、旧相间错配度 δ=|αβ-αα|/αα 半共格关系 大，

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固态相变的主要特点
1.相界面多样化（新相和母相间存在不同的界面）
(1)共格界面
新、旧相的晶体结构、点阵常数相同；或有差异但存 在一组特定晶体学平面可使两相原子之间产生完全匹配。
旧相
新相
特点：界面能小， 弹性畸变能大
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+ B
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固态相变的分类
3. 按原子迁移情况分类 （1）扩散型相变 温度足够高、原子活动能力足够强、时间足够长 情况下发生的相变。 特点： 相变过程有原子扩散，相变速率受原子扩散速度控制；

新、旧相成分往往不同； 新、旧相比容不同引起体积变化，但宏观形状不变。 如：同素异构转变、脱溶转变、共析转变、调幅分解、 有序化转变、珠光体转变等
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固态相变的主要特点
1. 相界面多样化 （不同类型，具有不同界面能和应变能） 2.新旧相之间存在一定位向关系与惯习面
3.相变阻力大（弹性应变能作用）
4.原子迁移率低，多数相变受扩散控制
5.易产生过渡相 （降低形核功）
6.母相晶体缺陷的促进作用
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固态相变的分类
小结：相变的实质，是相结构、成分或有序化程度发生变化， 相变可以兼有上述相变类型的一种或几种。 如：马氏体相变 是一级相变、 非平衡相变、非扩散相变、有核相变； （新旧相成分相同、结构不相同）
珠光体相变
是一级相变、 平衡相变、 扩散相变、有核相变； （新旧相成分不相同、结构不相同） 思考：同素异构转变，脱溶转变（平衡、非平衡）， 伪共析相变，贝氏体相变，奥氏体转变，调幅分解等 各属于什么相变类型？
第二章
固态相变概论
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基本概念

相： 体系中具有相同成分、结构和性质的均匀部分 称为相，不同相之间有明显的界面分开。

相变： 随外界条件的变化(温度)，体系中新相取代 旧相的过程。 固态相变： 固态金属及合金在温度及压力改变时， 组织及结构发生的变化