1-2固态相变的分类

¾ 界面控制的扩散型相变
纯金属的多型性转变：只有晶体结构的变化，没 有成分的变化。新相的形成仅需要旧相的原子越 过界面，形成新相，是依靠原子自扩散完成的。 例如纯铁的奥氏体-铁素体转变。
¾ 体扩散控制的扩散型相变
这种相变中，由于新相的化学成分与母相不同， 相界面的迁移除了受界面机制控制外，还必须满 足溶质原子重新分布的要求。因此，界面的迁移 需要溶质原子在母相晶格中长程扩散。
• 定义：合金经高温固溶处理后，在室温或加热到 某一温度等温，过饱和固溶体中脱溶析出新相的 过程，称为不平衡脱溶。
¾ 块状相变
• 钢和合金中的块状转变也是一种不平衡转变。 如，在冷却速度足够快时，γ相可能通过块状相 变的机制转变为α相。
• 块状相变与马氏体转变不同，新相形态、界面结 构不同于马氏体。块状相变时，新相与旧相的交 界面处原子有短距离的扩散，转变产物呈块状。
¾ 同素异构转变
• 定义：纯金属在温度、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。
• 如锰，不同温度下，具有α-Mn、β-Mn、γ-Mn、 δ-Mn；铁在不同温度下，具有α-Fe、γ-Fe、 δ-Fe等晶体结构。钛、钴、锡等金属也都具有同 素异构转变。
¾ 多型性转变
按热力学分类，可分为一级相变和二 级相变。
按原子的迁移特征分类，可分为扩散 型相变和无扩散型相变。
按相变的平衡状态分类
平衡转变
定义：在极为缓慢的加热或冷却的条件下获得符 合状态图的平衡组织的相的转变，属于平衡转变。
平衡转变有以下七种：纯金属的同素异构转变； 多型性转变；共析转变；包析转变；平衡脱溶； 调幅分解；有序化转变。
¾ 调幅分解
• 定义：某些合金在高温时形成单相的均匀的固溶 体，缓慢冷却到某一温度范围内时，通过上坡扩 散，分解为两个固相，其结构与原固溶体相同， 但成分不同，是成分不均匀的固溶体，这种转变 称为调幅分解。
• 用反应式α→α1 +α2表示。
有序化转变
• 定义：在平衡条件下，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。
一阶偏导数相等时则有：
说明：
二级相变时，没有体积和熵的突变，即没有体积 的胀缩及潜热的释放或吸收。但等温压缩系数k， 等压热容Cp，等压膨胀系数α有突变。
磁性转变、有序转变等为二级相变。
非平衡转变
定义：在非平衡加热或冷却条件下，平衡转变受 到抑制，将发生平衡图上不能反映的转变类型， 获得不平衡组织或亚稳状态的组织。
钢中及有色合金中都能发生不平衡转变，如钢中 可以发生伪共析转变，马氏体相变，贝氏体相 变，块状相变等。
¾ 伪共析转变
• 某些非共析成分的钢，当 奥氏体以较快的速度冷却 时，奥氏体被过冷到ES线 和GS线的延长线以下时， 这时奥氏体同时满足析出 铁素体和渗碳体的条件， 将同时析出铁素体和渗碳 体。
¾ 贝氏体转变
• 钢中的奥氏体过冷到中温区，在珠光体和马氏体 转变温度之间，发生贝氏体转变。
• 形成以贝氏体铁素体为基体，其上分布着渗碳 体，或ε－碳化物，或残留奥氏体等相的组织形 貌。
¾ 不平衡脱溶
• 与上述平衡脱溶不同，合金固溶体在高温下溶入 了较多的合金元素，之后快冷，固溶体中来不及 析出新相，一直冷却到较低温度下，得到过饱和 固溶体。然后，在室温或加热到其溶解度曲线以 下的温度进行等温保持，从过饱和固溶体中析出 一种新相，该新相的成分和结构与平衡沉淀相不 同，此称不平衡脱溶沉淀。
扩散型相变
相变时，新旧相界面处，在化学位差的驱动下， 旧相原子单个地、无序地、统计地跃过相界面进 入新相。
在新相中，原子打乱重排，新旧相原子排列顺序 不同，界面不断向旧相推移，称为相界面热激活 迁移，它被原子扩散控制，是扩散激活能和温度 的函数。
扩散型相变分为：界面控制的扩散型相变、体扩 散控制的扩散型相变。
• 定义：某些非共析成分的钢，当奥氏体以较快的 速度冷却时，发生同时析出铁素体和渗碳体的共 析转变，形成伪珠光体组织，这一过程称为伪共 析转变。
• 伪共析体中的铁素体和渗碳体的比例与平衡共析 转变得到的珠光体不同。亚共析钢中，铁素体含 量较多；过共析钢中渗碳体较多。
• 含V、Ti的低碳合金钢空冷时发生的相间沉淀是一 种特殊的伪共析转变。
• 如：纯铁、铜锌合金、Fe-Ni、Fe-Mn、Ti-Ag。
• 定义：母相通过相界面原子的热激活跃迁而形核、 长大的成分不改变的，形成块状相的一级相变。
按原子迁移特征分类
固态相变发生相的晶体结构的改造或化学成 分的调整，需要原子迁移才能完成。按其迁移特 征分为扩散型相变和无扩散型相变。若原子的迁 移造成原有原子的邻居关系的破坏，则属扩散型 相变；反之，若不破坏原有原子的邻居关系，原 子位移不超过原子间距，则为无扩散型相变。
一级相变
定义：在相变温度下，两相的自由能及化学位均 相等，即：Gα= Gβ，μα=μβ。如果，相变时 的化学位的一阶偏导数不等，则称为一级相变。 即：
说明：一级相变时，有体积和熵的突变，即有体 积的胀缩及潜热的释放或吸收。金属中大多数固 态相变属于这种一级相变。
二级相变
定义：如果相变时，化学位的一阶偏导数相等， 但二阶偏导数不等，则称为二级相变。
¾ 钢中的马氏体相变
• 将奥氏体以较大的冷却速度过冷到低温区，奥氏 体以无扩散方式发生转变，即在Ms点以下发生马 氏体转变。（新理论：钢中马氏体相变是过冷奥 氏体中所有原子集体协同的位移，经无扩散地进 行的晶格重构的一级相变。）
• 得到马氏体组织。
• 有色金属及合金以及非金属材料中也有马氏体相 变。
无扩散型相变—马氏体相变
马氏体相变属于无扩散相变，新旧相结构不同， 但化学成分相同。
界面处母相一侧的原子不是单个地、无序地、统 计地跃过相界面进入新相，而是集体定向的协同 位移。相界面在推移过程中保持共格或半共格关 系。
按热力学分类
相变的热力学分类是按温度和压力对自由能 的偏导函数在相变点（T0，P0）的数学特征—— 连续或非连续，将相变分为一级相变、二级相变 等。
• 定义：固溶体的同素异构转变称为多型性转变。
• 纯金属中溶入溶质元素形成固溶体时，也发生同 素异构转变。如奥氏体是碳及合金元素溶入γ-Fe 的固溶体。奥氏体能转变为铁素体（α相）、高 温铁素体（δ相）。
• 同素异构转变和多型性转变是固态相变的主要类 型，是固态相变的根源之一。
¾ 共析转变
• 定义：冷却时，固溶体同时分解为两个不同成分 和结构的相的固态相变称为共析转变。
¾ 平衡脱溶
• 定义：在高温相中固溶了一定量合金元素，当温 度降低时溶解度下降，在缓慢冷却的条件下，过 饱和固溶体将析出新相，此过程称为平衡脱溶。
• 在这个转变中，母相不消失，但随着新相的析 出，母相的成分和体积分数不断变化。新相的成 分、结构与母相不同。例如，奥氏体中析出二次 渗碳体，铁素体中析出三次渗碳体，就属于这种 转变。
1.2 固态相变的分类
材料的组织结构转变极为复杂。
金属材料的形变、回复、再结晶等组织结 构的变化不属于相变。在相结构一定的条 件下，外加应力使其形变，之后发生回复、 再结晶转变仅仅是组织形貌和亚结构的变 化，没有晶格类型的转变。
一.金属固态相变的分类
按相变的平衡状态，可以分为平衡相 变和非平衡相变。
• 用反应式γ→α+β表示。 • 如钢中的珠光体分解：A→F+Fe3C，是两相共析
共生的过程。
¾ 包析转变
• 定义：冷却时由两个固相合并转变为一个固相的 固态相变过程称为包析转变。
• 用α+β→γ表示。 • Fe-B系中，于910℃发生γ+Fe2B→α的包析
反应；此外，在Mg-Zn系、Cu-Zn系合金中也有 包析转变。
• 铁-铝合金、金-铜合金、铜-锌合金等合金系中都 可以发生有序化转变。如，在铁-铝系平衡图中， 铝含量从0～36%的Fe-Al合金存在有序-无序转变。 铝含量在13.9～20%Fe-Al合金，从700℃以上的 无 序 α- 相 缓 冷 下 来 发 生 α→β1 （ Fe3Al ） ， Fe3Al为有序固溶体，具有体心立方结构。