《固态相变原理及应用》第一章 金属固态相变基础
合集下载
金属固态相变基础
09:39:01
《热处理原理及工艺》
第一节 金属固态相变的主要类型
一、固态相变的分类 3.按相变过程中原子迁移情况分类 ⑵非扩散型：旧相原子有规则地、协调一致地通过切 变转移到新相中；相界面共格、原子间的相邻关系不变； 化学成分不变。也称协同型转变。 （如马氏体转变，Fe，C都不扩散。） ⑶半扩散型：既有切变，又有扩散。 （如贝氏体转变，Fe切变，C扩散。）
09:39:01
《热处理原理及工艺》
第二节 金属固态相变的主要特点
一、新相和母相间存在不同的界面（相界面特殊） 1.共格界面
09:39:01
《热处理原理及工艺》
第二节 金属固态相变的主要特点
一、新相和母相间存在不同的界面（相界面特殊） 2.半共格界面
09:39:01
《热处理原理及工艺》
09:39:01
《热处理原理及工艺》
第一节 金属固态相变的主要类型
一、固态相变的分类 2.按平衡状态图分类 ⑹调幅分解——某些在高温下具有均匀单相固溶体组 织的合金，冷却到某一温度范围内时，可分解为两种结 构与原固溶体相同但成分有明显差别的微区的转变称为 调幅分解。 ⑺有序化转变——固溶体中，各组元原子的相对位置 由无序到有序的转变过程称为有序化转变。
《热处理原理及工艺》
第二节 金属固态相变的主要特点
五、易出现过渡相（过渡相（中间亚稳相）的形成） 固态相变阻力大，直接转变困难 协调性中间产物 （过渡相） ＋Fe3C M +Fe3C +(3Fe+C)
例
09:39:01
《热处理原理及工艺》
第三节 固态相变的形核
一、均匀形核（能量条件） 1.形核时的能量变化 相变驱动力 ⑴化学自由能（Δ Gv） Δ Gv～T曲线 随成分变化
金属固态相变原理
金属固态相变原理
金属固态相变原理是指金属在一定条件下从一种晶体结构转变为另一种晶体结构的现象。
金属固态相变是金属材料性质变化的根本原因，对于金属材料的微结构和力学性能具有重要影响。
金属固态相变通常发生在固态下的高温和高压条件下。
当金属的温度或压力发生变化，原子间的相互作用力也会发生变化，从而引起晶体结构的转变。
金属固态相变的过程中，原子重新排列形成新的晶体结构，相应地，金属材料的物理性质和力学性能也会发生改变。
金属固态相变的原理是基于金属的晶体结构和原子间的排列方式。
金属材料的晶体结构可以分为多种不同的形态，包括体心立方结构、面心立方结构、六方最密堆积结构等。
不同的晶体结构具有不同的密堆积方式和原子排列方式，决定了金属材料的力学性能和物理性质。
金属固态相变的原理还涉及到金属的晶格畸变和原子扩散。
晶格畸变是指金属晶体结构在相变过程中的形变和畸变现象，它可以影响金属材料的晶体结构稳定性和力学性能。
原子扩散是指金属内部原子的迁移和重新排列的过程，是金属固态相变发生的基础。
总之，金属固态相变原理是基于金属材料的晶体结构和原子间的相互作用力，通过改变材料的温度、压力和其他外界条件，使金属发生晶体结构的转变，进而影响金属材料的物理性质和
力学性能。
这一原理对于金属材料的研究和应用具有重要的意义。
14第一章 金属固态相变基础
2 2 V V V V V V 等压膨胀系数 TP V P P TT V T P
一级相变
二级相变
一级、二级相变时，两相的自由能、熵及体积的变化
S T P
第一章 金属固态相变基础
§1 金属固态相变概论
1 相和相平衡
相：相是系统中均匀的（成分和性质相同或者 连续变化）、与其他部分有界面分开的部分。
描述相的稳定性——Gibbs自由能
G H TS
相平衡的条件：
GP,T minGP,T
非稳定态：不存在这种能垒， 则体系处于非稳定态，它一定 会转变为平衡态或亚稳态。
(2) 平衡脱溶转变
定义：高温过饱和固溶体缓慢 冷却过程中析出第二相的过程 表达式： α→ α′+θ 特点： (a) 新相的成分和结构始终 与母相的不同； (b) 母相不会消失。 钢中？
可发生脱溶转变的合金
例：钢冷却时A中析出Fe3CⅡ或F中析出Fe3CⅢ的过程
（3）共析转变
定义：合金冷却时，由一个固相同时析出两个 不同晶体结构固相的过程称为共析转变。 表达式： γ →α+β 钢中？ 例：钢中的珠光体转变
亚稳态相：相的自由能并不处 于最低，但是与最低自由能态 之间有能垒相分隔；
平衡相：相的自由能最 低时——该相稳定 相平衡关系的描述—相图
两相平衡时——各元素在两相中的化学位相等 B元素在相 中的化学位
P E
A元素在相 中的化学位
G
G
A元素在相 中的化学位
B元素在相 中的化学位
x
2.4.2 不平衡转变
(1) 伪共析转变 定义：接近共析点成分的合 金，过冷到共析点以下发生 共析转变的过程。
第1章 金属固态相变基础
41
d. 调幅分解 ：由一种高温固 溶体，冷至某一温度范围， 分解为两种与原固溶体结 构相同，而成分不同的微 区的转变称为调幅分解 α→ α1 + α2 特点 ： (a) 新形成的微区之间无明 显的界面和成分的突变； (b) 通过上坡扩散，最终使 均匀固溶体变为不均匀固 溶体。
42
e. 有序化转变： 固溶体中，各组元的相对位置
部（固溶体）原子的扩散，使铸锭（或铸件）晶
内化学成分均匀，组织达到或接近平衡状态，改 善复相合金中第二相的形状和分布，提高合金塑 性，改善加工性能和最终使用性能。
19
b. 基于回复、再结晶的退火 金属冷变形后组织处于亚稳状态，内能高、
强度硬度增加、组织发生变化，有时还出现织
构。若加热到一定温度，会发生回复、再结晶， 变形织构也会发生变化，从而在一定程度上消 除了由冷变形造成的亚稳定状态，使金属材料 获得所需组织、结构和性能。这种热处理还包
31
在实际应用中，无论哪一种具体的热处理工艺过程都 可归诸于上述某种热处理类型，或上述几种热处理类型 的结合。但必须指出，实际应用的热处理工艺多种多样， 而且迄今为止，我国尚无统一的热处理分类标准，在生 产中有些热处理也不一定按上述类别的名称命名。 各种形式的热处理在生产中不总是单独分开的，往往 在一次热处理过程中，同一种金属材料内部就发生了多 种形式热处理的复杂过程，即在金属材料内部进行着多 种固态转变，因此，在遇到实际问题时，必须从具体情 况出发，进行全面、综合分析。
16
基本热处理的主要类型
a. 均匀化退火（扩散退火） ① 退火 b. 基于回复、再结晶的退火 c. ② 淬火 ③ 时效或回火 基于固态相变退火
17
淬火
退火 温 度 时效/回火
1 金属固态相变基础
非稳定相：若不存在这种能垒，则体系处 于非稳定态，这种状态是不稳定的，它一 定会转变为平衡态或亚稳态。
相变：在均匀一相或几个混合相内，出现
具有不同成分或不同结构（包括原子、离 子或电子的位臵或位向）或不同组织形态 或不同性质的相，称为相变。 固态相变：固态材料在温度和压力改变时 发生的相变。
1.1.2 金属固态相变的主要分类 1、按热力学分类:一级相变和二级相变
举例：
马氏体总是在奥氏体{111} 晶面上形成， 则{111}A为惯习面. 密排面{110} 与奥氏体密排面{111}A相平行 密排方向<111>与奥氏体密排方向<110>A相平行 则取向关系为：{110}||{111}A；<111>||<110>A
取向关系与相界面的关系：
当新相与母相间为共格或半共格界面时， 两相间必然存在一定的晶体学取向关系； 若两相间无一定取向关系，则其界面必 定为非共格界面； 但有时两相间虽然存在一定的晶体学取 向关系，也未必都具有共格或半共格界面， 生长时共格或半共格界面破坏。
五、晶体缺陷的作用
与液态金属不同，固态金属存在各种晶体 缺陷，如空位、位错、晶界等。在缺陷周围有 点阵畸变，储存畸变能，在固态相变时，释放 出来作为相变的驱动力，对固态相变起促进作 用。 具体作用： (1) 新相往往在缺陷处形核，提高形核率。 (2) 促进扩散过程，促进晶核生长。
六、 原子的扩散
(三) 非共格界面： 两相在界面上由于错配度大，无匹配关系。 特点：界面能高，应变能低。
二、两相间的晶体学关系（位向关系 与惯习面）
固态相变时新相与母相往往存在一定的晶体学关系。 惯习面：新相往往在母相一定的晶面族上形成，这种 晶面称为惯习面。 特征：(1) 惯习面上新相和母相的原子排列很相近， 能较好地匹配，有助于减少两相间界面能。 (2) 惯习面往往为新相主平面所平行的母相晶 面。 位向关系：新相、母相某些低指数晶面和晶向的对应 平行关系。
固态相变知识点整理 辽宁科技大学
第1章：奥氏体的形成1.金属固态相变的基础⑴热力学原理（自由能下降）：固体中有元素扩散、自由能最低原则、降低自由能的过程⑵动力学原理（时间和温度）：成份起伏，结构起伏，能量起伏→相变过程（形核、长大）发生相转变2.奥氏体的形成⑴热处理：通过加热、保温和冷却的方法，改变金属及合金的组织结构，使其获得所需要的性能的热加工工艺。
⑵奥氏体化：钢加热获得奥氏体的过程。
⑶奥氏体形成的热力学条件系统总的自由能变化ΔG：ΔG=-ΔG V+ΔG S+ΔGεΔGV——奥氏体与旧相体积自由能之差；ΔGS ——形成奥氏体时所增加的表面能；ΔGε——形成奥氏体时所增加的应变能ΔG<0，形成奥氏体。
⑷实际加热时临界点的变化加热：偏向高温，存在过热度；A C1，A C3，A CCm冷却：偏向低温，存在过冷度。
A r1，A r3，A rCm3.奥氏体的组织、结构⑴奥氏体的组织通常由多边形的等轴晶粒所组成，有时可观察到孪晶。
⑵奥氏体的结构①具有面心立方结构。
（奥氏体是C溶于γ-Fe中的固溶体。
合金钢中的奥氏体是C及合金元素溶于γ-Fe中的固溶体。
）②C是处于γ-Fe八面体的中心空隙处，即面心立方晶胞的中心或棱边的中点；③最大空隙的半径为0.052nm，与C原子半径（0.077 nm）比较接近。
C原子的存在，使奥氏体点阵常数增大④实际上奥氏体最大碳含量是2.11%（重量）4.奥氏体的性能⑴顺磁性。
用于相变点和残余奥氏体含量的测定等。
⑵比容最小。
也常利用这一性质借膨胀仪来测定奥氏体的转变情况。
⑶线膨胀系数最大。
利用奥氏体钢膨胀系数大的特性来做仪表元件。
⑷奥氏体的导热性能最差（除渗碳体外）。
奥氏体钢要慢速加热。
⑸奥氏体的塑性高，屈服强度低。
5.奥氏体的形成机制⑴奥氏体的形核①在铁素体与渗碳体的界面处依靠系统内的成分起伏、结构起伏和能量起伏形成。
②奥氏体形核于相界面处的原因：Ⅰ界面处碳浓度差大，有利于获得奥氏体晶核形成所需的碳浓度。
第一章固态相变基础
与液态金属结晶一样，其相变驱动力也来自新相与母相的自由能差，也 通过形核与长大过程来完成。但因相变前后均为固态，故有以下几个特点。
一、界面和界面能
固/固相界面可按结构特点分为： 共格界面：界面两侧的两个相的原子能一一对应，相互保持匹配。 半共格界面：由于界面两侧的原子间距不同，界面上只有部分原子能够依 靠弹性畸变保持匹配，在不能匹配的位置将形成刃型位错。 非共格界面：两相的原子间距差别太大，在界面上两侧原子不能保持匹 配。 界面能：界面上原子排列的不规则性将导致界面能量的升高。因此，非共格 界面能最高，半共格界面次之，共格界面能最低。
第一部分
热处理原理
第一章 金属固态相变基础
固态相变：固态金属在加热和冷却过 程中可能发生各种相的转变 金属热处理：固态金属通过特定的加 热和冷却，使之发生相、组织转变，获得 所需组织性能的一种工艺过程 两者关系：金属固态相变是金属热处 理的理论基础。
材料科学与工程学院
第一节
金属固态相变的主要类型 扩散型相变
原子运动特点
非扩散型相变
平衡相变
平 衡 状 态 非平衡相变 一级相变 热 力 学 二级相变
材料科学与工程学院
一、按相变过程中原子的运动特点分类
① 脱溶分解
② 共析转变
③ 有序化转变 1.扩散型相变 ④ 块状转变
⑤ 多型性转变
⑥ 调幅分解
材料科学与工程学院
脱溶分解：由过饱和固溶体中析出新相的过程，( + ) 共析转变：冷却时一个固相()分解为结构不同的两个新相和 混合物的相变， ( + )
材料科学与工程学院
二、按平衡状态分类
平衡相变：缓慢加热、冷却，获得符合平衡状态图的平衡组织，多形性转变 平衡脱溶转变、共析转变、有序化转变等。 非平衡相变：加热或冷却很快，平衡相变被抑制，发生某些平衡状态图上 不能反映的转变并获得不平衡或亚稳态的组织，马氏体转变、 贝氏体转变、非平衡脱溶沉淀，伪共析转变属于非平衡相变。
一、界面和界面能
固/固相界面可按结构特点分为： 共格界面：界面两侧的两个相的原子能一一对应，相互保持匹配。 半共格界面：由于界面两侧的原子间距不同，界面上只有部分原子能够依 靠弹性畸变保持匹配，在不能匹配的位置将形成刃型位错。 非共格界面：两相的原子间距差别太大，在界面上两侧原子不能保持匹 配。 界面能：界面上原子排列的不规则性将导致界面能量的升高。因此，非共格 界面能最高，半共格界面次之，共格界面能最低。
第一部分
热处理原理
第一章 金属固态相变基础
固态相变：固态金属在加热和冷却过 程中可能发生各种相的转变 金属热处理：固态金属通过特定的加 热和冷却，使之发生相、组织转变，获得 所需组织性能的一种工艺过程 两者关系：金属固态相变是金属热处 理的理论基础。
材料科学与工程学院
第一节
金属固态相变的主要类型 扩散型相变
原子运动特点
非扩散型相变
平衡相变
平 衡 状 态 非平衡相变 一级相变 热 力 学 二级相变
材料科学与工程学院
一、按相变过程中原子的运动特点分类
① 脱溶分解
② 共析转变
③ 有序化转变 1.扩散型相变 ④ 块状转变
⑤ 多型性转变
⑥ 调幅分解
材料科学与工程学院
脱溶分解：由过饱和固溶体中析出新相的过程，( + ) 共析转变：冷却时一个固相()分解为结构不同的两个新相和 混合物的相变， ( + )
材料科学与工程学院
二、按平衡状态分类
平衡相变：缓慢加热、冷却，获得符合平衡状态图的平衡组织，多形性转变 平衡脱溶转变、共析转变、有序化转变等。 非平衡相变：加热或冷却很快，平衡相变被抑制，发生某些平衡状态图上 不能反映的转变并获得不平衡或亚稳态的组织，马氏体转变、 贝氏体转变、非平衡脱溶沉淀，伪共析转变属于非平衡相变。
第01章 金属固态相变概论
系统自由焓总增值：
∆G =−n∆G +ηn γ + nE V
n代表晶核中的原子数。
临界形核功：
2 3
4 η3γ 3 ∆G∗ = 2 27 (∆G − E) V
推导过程。从表达式中理解 均匀形核的动力与阻力。
形核率：
Q+∆G∗ I = N exp(− ν ) kT
固态下，原子扩散激活能Q较大，相变应 变能进一步加大了形核所需功，所以I十 分小（与凝固转变相比） 均匀形核一般形核率低，不为固态相变 形核的主要形式 固态中存在大量缺陷→ 储存畸变能→ 提 供形核能量→ 能促进形核 非均匀形核为固态相变的主要形核方式
时效合金： 时效合金：能够发生时效现象的合金称为时效型合 金或简称为时效合金。 金或简称为时效合金。 成为这种合金的基本条件：一是能形成有限固溶体； 成为这种合金的基本条件：一是能形成有限固溶体； 二是其固溶度随着温度的降低而减小。 二是其固溶度随着温度的降低而减小。速冷
三、固态相变的特征 结构变化 同素异构转变、多形性转变、马 氏体转变 成分变化 调幅分解 有序程度变化 有序化转变
图1-2 Fe-Fe3C相图的伪共析区 相图的伪共析区
(2) 马氏体相变 钢在快冷时，若能避免其发生扩散型转变， 钢在快冷时，若能避免其发生扩散型转变， 则将无需原子的扩散，以一种切变共格的方式 则将无需原子的扩散， 以一种切变共格的方式 切变共格 实现点阵的改组， 实现点阵的改组，而转变为马氏体 (3) 块状转变 在一定的冷速下奥氏体转变为与母相成分相 同而形貌呈块状的α相的过程 同而形貌呈块状的 相的过程
问题：两个相相同为什么组织不同，性能也不同。 （金属的强化理论）
为什么土木堡之变时明朝50万军队都赢不 了瓦剌，但北京保卫战时仅有22万人却击 退了瓦剌？王振 于谦
∆G =−n∆G +ηn γ + nE V
n代表晶核中的原子数。
临界形核功：
2 3
4 η3γ 3 ∆G∗ = 2 27 (∆G − E) V
推导过程。从表达式中理解 均匀形核的动力与阻力。
形核率：
Q+∆G∗ I = N exp(− ν ) kT
固态下，原子扩散激活能Q较大，相变应 变能进一步加大了形核所需功，所以I十 分小（与凝固转变相比） 均匀形核一般形核率低，不为固态相变 形核的主要形式 固态中存在大量缺陷→ 储存畸变能→ 提 供形核能量→ 能促进形核 非均匀形核为固态相变的主要形核方式
时效合金： 时效合金：能够发生时效现象的合金称为时效型合 金或简称为时效合金。 金或简称为时效合金。 成为这种合金的基本条件：一是能形成有限固溶体； 成为这种合金的基本条件：一是能形成有限固溶体； 二是其固溶度随着温度的降低而减小。 二是其固溶度随着温度的降低而减小。速冷
三、固态相变的特征 结构变化 同素异构转变、多形性转变、马 氏体转变 成分变化 调幅分解 有序程度变化 有序化转变
图1-2 Fe-Fe3C相图的伪共析区 相图的伪共析区
(2) 马氏体相变 钢在快冷时，若能避免其发生扩散型转变， 钢在快冷时，若能避免其发生扩散型转变， 则将无需原子的扩散，以一种切变共格的方式 则将无需原子的扩散， 以一种切变共格的方式 切变共格 实现点阵的改组， 实现点阵的改组，而转变为马氏体 (3) 块状转变 在一定的冷速下奥氏体转变为与母相成分相 同而形貌呈块状的α相的过程 同而形貌呈块状的 相的过程
问题：两个相相同为什么组织不同，性能也不同。 （金属的强化理论）
为什么土木堡之变时明朝50万军队都赢不 了瓦剌，但北京保卫战时仅有22万人却击 退了瓦剌？王振 于谦
【固态相变原理】第一章 金属固态相变基础1
两相晶体结构相同、点阵常数相 近，或者两相晶体结构和点阵常数 虽有差异，但存在一组特定的晶体 学平面。
共格界面示意图
两种情况，两种后果
理想共格界面（如孪晶界）：其弹 性应变能和界面能都接近于零。
非理想共格：实际上，晶体结构或 点阵常数总是存在差异，完全共格是 强制性的，相界面附近必将产生弹性 应变。
➢固态相变的特性
1．相界面 2．位向关系与惯习面 3．弹性应变能 4．过渡相的形成 5．晶体缺陷的影响 6．原子的扩散
➢固态相变的特性——1. 相界面
相界面
共格界面 半共格界面 非共格界面
共格界面：界面上原子所占位置恰 好是两相点阵的共有位置，或界面 上原子为两相所共有，或界面上两 相原子完全匹配。
原子扩散速度快、相变 应力容易被松弛
形核容易
位错形核更次之
晶界非均匀形核 最小
➢固态相变的特性——6.原子的扩散 固态中原子的扩散速度远远低于
液体原子，所以，原子扩散速度对固 态相变影响很大。
有成分变化的相变，原子迁移率 （温度）是相变速度的控制因素。
温度是影响固态相变中原子扩 散的绝对因素，而温度对冷却时发 生的相变有戏剧性影响。可能使相 变类型发生变化
二级相变
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。
已知：
γ等温压缩系数;ε等压膨胀系数;Cp等压比热
发生二级相变时，无相变潜热和 体积的变化，只有比热，压缩系数 和膨胀系数的不连续变化。磁性转 变，有序化等属于二级相变。
Fig.1-1-3 Relationship of thermodynamic functions with temperature. b) second order phase transition.
共格界面示意图
两种情况，两种后果
理想共格界面（如孪晶界）：其弹 性应变能和界面能都接近于零。
非理想共格：实际上，晶体结构或 点阵常数总是存在差异，完全共格是 强制性的，相界面附近必将产生弹性 应变。
➢固态相变的特性
1．相界面 2．位向关系与惯习面 3．弹性应变能 4．过渡相的形成 5．晶体缺陷的影响 6．原子的扩散
➢固态相变的特性——1. 相界面
相界面
共格界面 半共格界面 非共格界面
共格界面：界面上原子所占位置恰 好是两相点阵的共有位置，或界面 上原子为两相所共有，或界面上两 相原子完全匹配。
原子扩散速度快、相变 应力容易被松弛
形核容易
位错形核更次之
晶界非均匀形核 最小
➢固态相变的特性——6.原子的扩散 固态中原子的扩散速度远远低于
液体原子，所以，原子扩散速度对固 态相变影响很大。
有成分变化的相变，原子迁移率 （温度）是相变速度的控制因素。
温度是影响固态相变中原子扩 散的绝对因素，而温度对冷却时发 生的相变有戏剧性影响。可能使相 变类型发生变化
二级相变
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。
已知：
γ等温压缩系数;ε等压膨胀系数;Cp等压比热
发生二级相变时，无相变潜热和 体积的变化，只有比热，压缩系数 和膨胀系数的不连续变化。磁性转 变，有序化等属于二级相变。
Fig.1-1-3 Relationship of thermodynamic functions with temperature. b) second order phase transition.
金属固态相变概论
过冷度很小时，临界晶核大，比表面积大，使新相界面能减 少居于次要地位，倾向于形成非共格界面以降低应变能。
（四）晶体缺陷的作用
固态金属中存在各种晶体缺陷如位错、晶界和亚晶界； 晶体缺陷周围有晶格畸变，储存着畸变能，可在固态相变
时释放出来作为相变驱动力； 新相往往在缺陷处优先形核，提高形核率； 晶体缺陷对晶核的生长和组元的扩散过程也有促进作用。
（五）形成过渡相
过渡相也称中间亚稳相，指成分或结构，或者成分 和结构二者都处于新相与母相之间的一种亚稳状态 的相；
形成过渡相是减少相比阻力的有效途径之一； 过渡相在一定条件下仍然能转变成平衡相。
三、固态相变时的形核
（一）均匀形核
与液态金属相比，固态相变的阻力增加了一项应变能。按照经典 形核理论，系统自由能总变化为：
由于界面上原子排列的不规则性会导致界面能升 高，因此，非共格界面能最高，半共格界面能次 之，而共格界面能最低。因此，界面结构的不同， 对新相的形核、长大过程以及相变后的组织形态 等都将产生很大影响。
(二）两相间的晶体学关系
1、取向（位向）关系
固态相变时，为了减少新相与母相之间的界面能， 两种晶体之间往往存在一定的位向关系，他们常 以低指数的、原子密度大而又彼此匹配较好的晶 面互相平行。如马氏体转变时马氏体的密排面 {011}与奥氏体的密排面{111}平行。 一般说来，当新相与母相间为共格或半共格界面 时，两相间必然存在一定的晶体学取向关系；若 两相间无一定的取向关系，则其界面必定为非共 格界面。
晶体缺陷对形核的具体作用
1、空位
空位可通过加速扩散过程或释放自身能量提供形 核驱动力而促进形核。 此外，空位群亦可以凝聚成位错而促进形核。 2、位错
位错可以通过多种形式促进形核： （1）新相在位错线上形核，可借形核处位错消失时所释放出来的能量作 为相变驱动力，以降低形核功； （2）新相形核时位错并不消失，而是依附于新相界面上构成半共格界面 上的位错部分，以补偿错配，从而降低应变能，使形核功降低； （3）溶质原子在位错线上偏聚，使溶质含量增高，便于满足新相形成时 所需的成分条件，使新相晶核易于形成。 （4）位错线可作为扩散的短路通道，降低扩散激活能，加速形核过程； （5）位错可以分解形成由两个分位错与其间的层错组成的扩散位错，使 其层错部分作为新相的核胚而有利于形核。
（四）晶体缺陷的作用
固态金属中存在各种晶体缺陷如位错、晶界和亚晶界； 晶体缺陷周围有晶格畸变，储存着畸变能，可在固态相变
时释放出来作为相变驱动力； 新相往往在缺陷处优先形核，提高形核率； 晶体缺陷对晶核的生长和组元的扩散过程也有促进作用。
（五）形成过渡相
过渡相也称中间亚稳相，指成分或结构，或者成分 和结构二者都处于新相与母相之间的一种亚稳状态 的相；
形成过渡相是减少相比阻力的有效途径之一； 过渡相在一定条件下仍然能转变成平衡相。
三、固态相变时的形核
（一）均匀形核
与液态金属相比，固态相变的阻力增加了一项应变能。按照经典 形核理论，系统自由能总变化为：
由于界面上原子排列的不规则性会导致界面能升 高，因此，非共格界面能最高，半共格界面能次 之，而共格界面能最低。因此，界面结构的不同， 对新相的形核、长大过程以及相变后的组织形态 等都将产生很大影响。
(二）两相间的晶体学关系
1、取向（位向）关系
固态相变时，为了减少新相与母相之间的界面能， 两种晶体之间往往存在一定的位向关系，他们常 以低指数的、原子密度大而又彼此匹配较好的晶 面互相平行。如马氏体转变时马氏体的密排面 {011}与奥氏体的密排面{111}平行。 一般说来，当新相与母相间为共格或半共格界面 时，两相间必然存在一定的晶体学取向关系；若 两相间无一定的取向关系，则其界面必定为非共 格界面。
晶体缺陷对形核的具体作用
1、空位
空位可通过加速扩散过程或释放自身能量提供形 核驱动力而促进形核。 此外，空位群亦可以凝聚成位错而促进形核。 2、位错
位错可以通过多种形式促进形核： （1）新相在位错线上形核，可借形核处位错消失时所释放出来的能量作 为相变驱动力，以降低形核功； （2）新相形核时位错并不消失，而是依附于新相界面上构成半共格界面 上的位错部分，以补偿错配，从而降低应变能，使形核功降低； （3）溶质原子在位错线上偏聚，使溶质含量增高，便于满足新相形成时 所需的成分条件，使新相晶核易于形成。 （4）位错线可作为扩散的短路通道，降低扩散激活能，加速形核过程； （5）位错可以分解形成由两个分位错与其间的层错组成的扩散位错，使 其层错部分作为新相的核胚而有利于形核。
第1章_金属固态相变基础总结
（2）非平衡相变
贝氏体相变 非平衡脱溶沉淀
9/74
1.1 金属固态相变的主要类型
1.1.2 按平衡状态图分类 1.平衡转变
固态金属在缓慢加热或冷却时发生的能获得符合相 图所示压力改变时，由
一种晶体结构转变为另一种晶体结构的过程叫做同素 异构转变。
②多形性转变——固溶体的同素异构转变称为多形性
体转变的独特的不平衡转变，称为贝氏体转变，又称
为中温转变。 贝氏体转变产物的组成相是相和碳化物，但相的 形态和碳含量以及碳化物的形态和分布等均与珠光体 的不同，称为贝氏体。
19/74
1.1.2 按平衡状态图分类 2. 非平衡转变
④ 非平衡脱溶沉淀
若合金C0自T1温度采取快冷，则相来不及析出，待冷 到室温时便得到一个过饱和固溶体。如果在室温或低于 MN线的温度下，溶质原子尚具有一定扩散能力，则在上 述温度停留期间，过饱和固溶体便会自发地发生分解，从 中逐渐析出新相，但这种新相在析出的初级阶段，在成分 和结构上均与平衡沉淀相有所不同，这种相变称为不平衡 脱沉淀（也称为时效）。在低碳钢和铝、镁等有色合金中 会发生这种转变。
24/74
1.2 金属固态相变的主要特点
1. 相界面特殊（新相和母相间存在不同的界面）
金属固态相变时，新相与母相之间的界面与金属凝固 过程中的液固界面不同，为两种晶体的界面；与一般的 晶粒边界也不相同。 根据界面上两相原子在晶体学上的匹配程度，相界面 可以分为： 共格界面 半共格界面
非共格界面
25/74
12/74
1.1.2 按平衡状态图分类 1.平衡转变 ④共析转变——冷却时由一个固相分解为两个不同
固相的转变称为共析转变。
共析转变可以用反应式 +表示。共析转变生 成的两个新的成分和结构 都与母相不同。钢在冷却 时由奥氏体转变珠光体 （铁素体与渗碳体的混合 物），即属这种转变。
第1章金属固态相变概论
固态相变
固态材料在温度和压力改变时，其内部 组织和结构会发生变化，即发生从一种相 状态到另一种相状态的转变，这种转变叫 固态相变。 相变前的相状态称为旧相或母相； 相变后的相状态称为新相。
上一页 下一页
1.1 金属固态相变的主要类型
1.1.1 平衡转变
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。 （1）同素异构转变和多形性转变 纯金属在温度和压力变化时，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。 在固溶体中发生的同素异构转变称为多 形性转变。 上一页 下一页
半共格界面
图1.5 固态相变界面结构示意图
上一页 下一页
（3）非共格界面
当两相界面处的原 子排列差异很大，即错 配度δ很大时，两相原 子之间的匹配关系便不 再维持，这种界面称为 非共格界面。
非共格界面
图1.6 固态相变界面结构示意图
上一页 下一页
金属固态相变时，两相的界面能与界面结构 和界面成分的变化有关。两相界面上原子排列的 不规则性将导致两相界面能升高，非共格界面能 最高，半共格界面能次之，而共格界面能最低；
形成临界晶核的形核功W为：
W G
16
3 2
3( G V )
临界晶核半径rc ↑ →界面能σ和弹性应变能 ε↑ →形核功W↑ 固态相变均匀形核时的形核率为：
上一页 下一页
Q G N n exp kT
具有低界面能和高弹性应变能的共格新相核胚， 倾向于盘状或片状；而具有高界面能和低弹性应 变能的非共格新相核胚，则易于成为等轴状。但 若新相核胚界面能的异向性很大（对母相晶面敏 感）时，也可呈片状或针状。
金属固态相变基础课件
THANKS
感谢观看
在工程领域中的应用
机械制造
金属固态相变在机械制造中发挥 着重要作用，如模具制造、切削
工具、耐磨件等。
航空航天
在航空航天领域，金属固态相变 对于提高飞行器的轻量化、强度
和耐高温性能具有重要意义。
建筑和土木工程
在建筑和土木工程领域，利用金 属固态相变原理制备的钢筋和高 强度钢可以提高结构的强度和耐
久性。
相变过程中的晶体缺陷
晶体缺陷可以作为相变过程中的形核 位置，影响新相的形核和长大过程。
晶体学对称性与相变关系
对称性破缺
在金属固态相变过程中，晶体对称性可能会发生破缺，导致新相的形成。
对称性破缺与物理性质变化
对称性破缺会导致金属的物理性质发生变化，如磁性、电导率等。
PART 04
金属固态相变的动力学基 础
金属固态相变的热力学基 础
热力学基本概念
01
02
03
热力学第一定律
能量守恒定律，表示系统 能量的变化等于系统与环 境之间交换的热量与功的 和。
热力学第二定律
熵增加原理，表示自发过 程总是向着熵增加的方向 进行，即系统总是向着更 加混乱无序的状态发展。
状态函数
描述系统状态的物理量， 其值只取决于系统的状态， 而与达到该状态所经历的 过程无关。
在扩散型相变中，原子通过热激活或 应力驱动，从一个位置移动到另一个 位置，从而在固态中形成新的相。
无扩散型相变
无扩散型相变是指原子不通过 扩散迁移到新相中的过程。
在无扩散型相变中，原子通过 快速重新排列或重组来形成新 的相，而不需要原子进行长距 离的迁移。
无扩散型相变通常在较低的温 度下发生，并且可以在短时间 内完成，因为原子不需要克服 势垒进行迁移。
金属固态相变原理(徐洲,赵连城主编)PPT模板
第四章马氏体相变
4.4马氏体相变动力学
a
4.4.1降温 瞬时形核、 瞬时长大
b
4.4.2等温 形核、瞬
时长大
c
4.4.3自触 发形核、 瞬时长大
d
4.4.4表面 马氏体相
变
第四章马氏 体相变
4.5钢中马氏体的晶体结 构
a
4.5.1马氏体点阵常 数和碳含量的关系
4.5.2马氏体的点 阵结构及其畸变
5.1贝氏体相变的基本特征和组织 形态
1
5.1.1贝氏体相变的基本特征
2
5.1.2钢中贝氏体的组织形态
第五章贝氏体相变
5.2贝氏体相变机制
01
5.2.1恩金 贝氏体相变
假说
02
5.2.2柯俊 贝氏体相变
假说
03
5.2.3贝氏 体的形成过
程
第五章贝氏体相变
5.3贝氏体相变动力学及其影响因素
0 1 5.3.1贝氏体等温相变动力学 0 2 5.3.2贝氏体相变时碳的扩散 0 3 5.3.3影响贝氏体相变动力学的因素
1.3.1金属固态相变的速率 1.3.2钢中过冷奥氏体转变动 力学
one
02
第二章钢中奥氏体的形成
第二章钢 中奥氏体 的形成
2.1奥氏体的组织特征 2.2奥氏体的形成机制 2.3奥氏体形成动力学 2.4奥氏体晶粒长大及其控制
第二章钢中奥氏体的形成
2.1奥氏体的组织特征
2.1.1奥氏体形成的 温度范围
2.1.2奥氏体的组织 和结构
2.1.3奥氏体的性能
第二章钢中奥氏体的形成
2.2奥氏体的形成机制
2.2.1奥氏 体形核
1
2.2.2奥氏 体晶核长大
第一章固态相变基础
V P T
T
材料科学与工程学院
2，二级相变
相变时新旧两相的化学势相等，其一级偏微商也相等，即S＝ S， V ＝V，但二级偏微商不等，
2 T 2
2 P 2
2 2 P T
材料科学与工程学院
图1-2 固态相变界面结构示意图 （a）共格界面 （b）半共格界面 （c）非共格界面
材料科学与工程学院界面Fra bibliotek的意义界面能的大小对新相的形核、长大以及转变后的组织形态有很 大影响。 若新相具有和母相相同的点阵结构和近似的点阵常数，则新相 可以与母相形成低能量的共格界面。此时，新相将成针状，以保持
生块状转变。
材料科学与工程学院
多形性转变：纯金属中晶体结构的转 变，如纯铁中转变。这种 转变本身在生产上没有多少实际 意义，但以此转变为基础的 Fe 的 固溶体发生的固态相变是钢的热 处理的基础。
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 如→1+2
G * c* co exp( ) kT
ω ：包括原子振动频率与临界晶核面积的因子
Gm：每个原子的迁移激活能 f 晶核超过临界晶核的几率
G m f exp ( ) kT
材料科学与工程学院
温度对形核率的影响
随着温度的下降，代 表 晶 核 潜 在 密 度 的 exp(G*/kT)升高很快； 而原子迁移激活能 Gm几乎不随温度变化， 所以 exp(-Gm/kT) 随温度 降低而减小。 N 均 匀 随温度下降先增 加后降低，在某一温度呈 现极大值。 材料科学与工程学院
-S T P
《固态相变原理及应用》第一章 固态相变概论
特点： 母相α不消失，但随着新相β析出， 母相的成分和体积分数不断变化， 新相的结构和成分与旧相不同，且 新相的成分一般也有变化。
具有脱溶沉淀的二元合金平衡状态图
逆共析相变
加热时也可发生α+β→γ转变，称为逆共析相变。 例如：钢中奥氏体（γ）与珠光体（α+Fe3C）的转变
冷却时：γ→α+Fe3C 共析相变 加热时：α+Fe3C→γ 逆共析型相变
二级相变
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。
即：
已知：
比热CP 压缩系数K 膨胀系数λ
相变时：
即在二级相变时，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。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。
马氏体相变
若进一步提高冷却速度，使伪共析相变也来不及进行而将奥氏体过冷到更低温 度，则由于在低温下铁原子和碳原子都已不能或不易扩散，故奥氏体只能以不 发生原子扩散、不引起成分改变的方式，通过切变由γ点阵改组为α点阵，这 种转变称为马氏体相变，转变产物称为马氏体（为区别于平衡相变所形成的α 相，称其为α′相），其成分与母相奥氏体相同。
非平衡相变 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。
伪共析相变
以较快速度冷却时，非共析成分的奥氏 体被过冷到图中影线区，将同时析出铁 素体和渗碳体。这种转变过程和转变产 物类似于共析相变，但转变产物中铁素 体量与渗碳体量的比值（或转变产物的 平均成分）不是定值，而是随奥氏体碳 含量变化而变化，故称为伪共析相变。
同素异构转变 平衡脱溶沉淀 共析转变 调幅分解 有序化转变
具有脱溶沉淀的二元合金平衡状态图
逆共析相变
加热时也可发生α+β→γ转变，称为逆共析相变。 例如：钢中奥氏体（γ）与珠光体（α+Fe3C）的转变
冷却时：γ→α+Fe3C 共析相变 加热时：α+Fe3C→γ 逆共析型相变
二级相变
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。
即：
已知：
比热CP 压缩系数K 膨胀系数λ
相变时：
即在二级相变时，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。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。
马氏体相变
若进一步提高冷却速度，使伪共析相变也来不及进行而将奥氏体过冷到更低温 度，则由于在低温下铁原子和碳原子都已不能或不易扩散，故奥氏体只能以不 发生原子扩散、不引起成分改变的方式，通过切变由γ点阵改组为α点阵，这 种转变称为马氏体相变，转变产物称为马氏体（为区别于平衡相变所形成的α 相，称其为α′相），其成分与母相奥氏体相同。
非平衡相变 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。
伪共析相变
以较快速度冷却时，非共析成分的奥氏 体被过冷到图中影线区，将同时析出铁 素体和渗碳体。这种转变过程和转变产 物类似于共析相变，但转变产物中铁素 体量与渗碳体量的比值（或转变产物的 平均成分）不是定值，而是随奥氏体碳 含量变化而变化，故称为伪共析相变。
同素异构转变 平衡脱溶沉淀 共析转变 调幅分解 有序化转变
第一章金属固态相变基础
第一章金属固态相变基础固态相变：固态金属在加热和冷却过程中可能发生各种相的转变。
金属热处理：固态金属通过特定的加热和冷却，使之发生相、组织转变，获得所需组织性能的一种工艺过程。
1. 扩散型相变① 脱溶分解② 共析转变③ 有序化转变④ 块状转变⑤ 多型性转变⑥ 调幅分解贝氏体转变：钢中一种介于马氏体转变和珠光体转变之间的转变。
弹性应变能：新相与母相间存在点阵错配和体积错配时引起的应变能。
固态金属中存在各种晶体缺陷：如空位、位错、层错、晶界或亚晶界。
均匀形核：晶核在母相中无择优地任意均匀分布非均匀形核：晶核在母相的某些区域不均匀分布空位可通过加速扩散过程或释放自身能量提供形核驱动力而促进形核。
均匀形核位置；空位；位错；堆垛层错；晶界或相界；自由表面。
固态相变的特点一、相变阻力大二、新相与母相之间存在一定的晶体学位向关系三、新相习惯于在母相的一定晶面上形成——惯习现象四、扩散过程对相变的影响较大。
五、母相晶体缺陷对相变起促进作用六、易出现过渡相，有些反应不能进行到底，过渡相可以长期保留。
总之，在固态相变过程中表现出的各种特征都受控于既力求使自由能尽可能地降低又力求沿着阻力最小、做功最少的途径进行。
相变动力学：研究新相形成量(体积分数)与时间、温度关系的学科称为相变动力学。
吉布斯-汤姆斯(Gibbs-Thomson定律：相界面为曲面时，靠近相界面的母相中溶质原子的平衡浓度与曲面的曲率半径有关。
奥斯瓦尔德熟化在固态相变过程中，两个球形新相因半径不等导致其周围溶质原子浓度不等，溶质原子从小颗粒周围向大颗粒周围扩散，扩散的结果是，小颗粒逐渐溶解，大颗粒不断吸收来自小颗粒的溶质原子而长大，同时颗粒之间的距离将增加，位向关系：惯习面存在表明新相与母相存在一定晶体学位向关系。
新相与母相间为共格或半共格界面时，两相间必然存在一定的晶体学位向关系。
两相间无一定的位向关系，则其界面必定为非共格的。
存在晶体学位向关系，未必具有共格或半共格界面3. 纤维状组织的粗化纤维状组织的粗化较多地表现为以下两种方式。
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
平衡相变
平衡相变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。在
固溶体中发生的同素异构转变称为多形性转变。
纯铁的同素异构转变
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的过程称为平衡脱溶沉淀。
且满足：
H U pV F U TS G H TS
内因: 材料内部的三大起伏 - 能量起伏，结构起伏和成分起伏。
1.1 固态相变的分类
按热力学分类
固态 相变 分类
按平衡状态分类 按原子迁移分类
按相变方式分类
一级相变 二级相变 平衡相变 非平衡相变 扩散相变 非扩散型相变 有核相变 无核相变
非平衡脱溶沉淀
若b成分合金自T1温度快冷，抑制β相的析出，则冷到室温时得到过饱和的α 固溶体。若在低于固溶度曲线的某一温度进行等温时由于溶质原子尚具有一定 的扩散能力，则过饱和α固溶体将发生分解，逐渐析出新相。但在析出的初期 阶段，新相的成分和结构均与平衡脱溶沉淀相有所不同，这一过程称为非平衡 脱溶沉淀。
F 固态相变理论基础 undamental of Phase Transformation Theories
1. 固态相变概论
相变 从广义上讲，构成物质的原子（或分子）的聚合状态（相状态） 发生变化的过程均称为相变。
如：从液相到固相的凝固过程
从液相到气相的蒸发过程
固态相变 金属和陶瓷等固态材料在温度和压力改变时，其内部组织或结 构会发生变化，即发生从一种相状态到另一种相状态的转变，这种转变称为 固态相变。
特点： 母相α不消失，但随着新相β析出， 母相的成分和体积分数不断变化， 新相的结构和成分与旧相不同，且 新相的成分一般也有变化。
具有脱溶沉淀的二元合金平衡状态图
逆共析相变
加热时也可发生α+β→γ转变，称为逆共析相变。 例如：钢中奥氏体（γ）与珠光体（α+Fe3C）的转变
冷却时：γ→α+Fe3C 共析相变 加热时：α+Fe3C→γ 逆共析型相变
扩散型相变
相变时，相界面的移动是通过原子近程或远程扩散而进行的相变称为扩散 型相变，也称为“非协同型”转变。
只有当温度足够高，原子活动能力足够强时，才能发生扩散型相变。温度 愈高，原子活动能力愈强，扩散距离也就愈远。
如：同素异构转变、多形性转变、脱溶型相变、共析型相变、调幅分解和 有序化转变等等。
二级相变
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。
即：
已知：
比热CP 压缩系数K 膨胀系数λ
相变时：
即在二级相变时，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。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。
1.1 固态相变的共性
内因与外因
外因: 满足热力学条件是发生相变的必要条件。根据热力学第二定律， 可得到以下相变进行的能量判据：
绝热恒容： 绝热恒压： 恒温恒容： 恒温恒压：
dU 0 S ,V
dH 0 S ,P
dF 0 T ,V
dG 0 T ,P
U：内能 H：焓 F：自由能 G：自由焓
同素异构转变 平衡脱溶沉淀 共析转变 调幅分解 有序化转变
伪共析相变 马氏体相变 贝氏体相变 非平衡脱溶沉淀
一级相变
相变时新旧两相的化学势相等，但化学势的一级偏微商不等的相变称为 一级相变。
设α代表旧相，β表新相，μ为化学势、T为温度、P为压力，则有
已知：
特点：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。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。几乎所有伴随晶体结构变化的固态相变都是一级相变。
非平衡相变 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。
伪共析相变
以较快速度冷却时，非共析成分的奥氏 体被过冷到图中影线区，将同时析出铁 素体和渗碳体。这种转变过程和转变产 物类似于共析相变，但转变产物中铁素 体量与渗碳体量的比值（或转变产物的 平均成分）不是定值，而是随奥氏体碳 含量变化而变化，故称为伪共析相变。
马氏体相变
若进一步提高冷却速度，使伪共析相变也来不及进行而将奥氏体过冷到更低温 度，则由于在低温下铁原子和碳原子都已不能或不易扩散，故奥氏体只能以不 发生原子扩散、不引起成分改变的方式，通过切变由γ点阵改组为α点阵，这 种转变称为马氏体相变，转变产物称为马氏体（为区别于平衡相变所形成的α 相，称其为α′相），其成分与母相奥氏体相同。
扩散型相变的基本特点:
相变过程中有原子扩散运动，相变速率受原子扩散速度所控制； 新相和母相的成分往往不同； 只有因新相和母相比容不同而引起的体积变化，没有宏观形状改变。
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。
非扩散型相变的一般特征
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。
相变不需要通过扩散，新相和母相的化学成分相同。 新相和母相之间存在一定的晶体学位向关系。 某些材料发生非扩散相变时，相界面移动速度极快，可接近声速。
相变前的相状态称为旧相或母相 相变后的相状态称为新相
1.1 固态相变的共性
新相与母相
相变发生，新相与母相之间必然存在某些差别。这些差别或者表现在:
晶体结构上（如同素异构转变） 化学成分上（如调幅分解） 有序化程度的变化 表面能上（如粉末烧结） 应变能上（如形变再结晶） 界面能上（如晶粒长大） 兼而有之（如过饱和固溶体脱溶沉淀）
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，如α→α1+α2，这种转变称 为调幅分解。 它的特点是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，但是 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。
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