固态相变学习指导
固态相变动力学原理pptx
xx年xx月xx日
固态相变动力学原理
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目录
引言固态相变基础知识固态相变动力学模型固态相变的应用实验方法和数据分析结论和未来工作
01
引言
物质在一定条件下，从一种物态转变为另一种物态的过程。
相变
在一定温度和压力下，固体的结构发生变化，从而导致其物理和化学性质的变化。
固态相变
相变和固态相变
针对不同固态相变类型，已经总结出相应的动力学模型和公式，为实际应用提供了指导。
研究结果对材料性能的优化和新型材料设计具有重要参考价值。
固态相变动力学模型仍需进一步完善和拓展，以适应更广泛的应用场景。
在实际应用方面，需要结合具体材料和工程背景，开展针对性研究和应用探索。
固态相变动力学与其他领域的交叉研究值得进一步关注，如与能源、环境、生物医学等领域交叉融合，有望开拓新的应用前景。
1
固态相变的重要性
2
3
固态相变可以改变材料的性能，如硬度、韧性、耐腐蚀性等，从而实现对材料性能的调控。
调节材料性能
固态相变过程中通常会产生晶体结构或化学成分的变化，从而制备出具有特定性能的新型材料。
新型材料制备
在工程应用中，固态相变可以用于制造高温超导材料、新型能源材料等。
工程应用
VS
本报告将介绍固态相变动力学的基本原理、研究方法和应用领域，并列举一些最新的研究成果和发展趋势。
本报告将分为以下几个部分：固态相变动力学的基本原理、研究方法、应用领域、最新研究成果和发展趋势。
报告结构概述
02
固态相变基础知识
固态相变
物质在固态条件下发生的结构变化。
分类
按相变过程中是否发生化学反应，固态相变可分为一级相变和二级相变；按相变温度，可分为高温相变和低温相变。
材料固态相变复习资料
金属固态相变及应用第一章金属固态相变概论1、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，即发生从一种状态到另一种状态的改变，这种转变称为固态相变。
按转变条件分类：平衡相变指在极缓慢加热或冷却条件下发生的能获得的符合平衡状态相图的平衡组织的相变。
主要有同素异构转变、多形性转变、平衡脱溶沉淀、共析相变、包析转变、调幅分解、有序化转变。
非平衡相变:伪共析相变、马氏体相变、贝氏体相变、不平衡脱溶沉淀、块状转变。
按原子迁移情况分类：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。
基本特点是：①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；②新相和母相得成分往往不同；③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。
无扩散型相变：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。
一般特征是：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；②相变不需要通过扩散，新相和母相的化学成分相同；③新相和母相之间存在一定的晶体学位向关系；④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。
2、固态相变的主要特点：相界面：共格界面：若两相晶体结构相同、点阵常数相等、或者两相晶体结构和点阵常数虽有差异，单存在一组特定的晶体学平面使两相原子之间产生完全匹配。
此时，界面上原子所占位置恰好是两相点阵的共有位置，界面上原子为两相所共有，这种界面称为共格界面。
当两相之间的共格关系依靠正应变来维持时，称为第一类共格；而以切应变来维持时，成为第二类共格。
半共格界面：半共格界面的特点：在界面上除了位错核心部分以外，其他地方几乎完全匹配。
在位错核心部分的结构是严重扭曲的，并且点阵面是不连续的。
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在维持，这种界面称为非共格界面；一般认为，错配度小于0.05时两相可以构成完全的共格界面；错配度大于0.25时易形成非共格界面；错配度介于0.05～0.25之间，则易形成半共格界面。
九 固态相变PPT课件
（2）热激活界面过程控制的新相长大
新相的长大靠原子随机独立跳跃过相界面实现，需克服一定的 能垒，需要热激活，可分为连续长大机制和台阶长大机制。
对于台阶长大机制，新相长大速率：
ue Q /k1 T e G v/kT
a.过冷度很小时 b过冷度很大时
uK TGVeQ/k T
ueQ/k T
Q为原子由母相转移到新相的位垒（激活能），ν为原子振动频率，δ为新 相界面向母相推进的距离
<1>界面过程控制的新相长大 过冷度较小时，新相长大速率u与驱动力△G成正比；过
冷度 大时，长大速率随温度下降而单调下降。
<2>扩散控制的新相长大 β相半径r随时间τ按抛物线规律长大。
9.1.5 相变动力学
固态相变速率决定于新相的形成速率和长大速率。
1. 形核率 N c f
G
c c0e kT
f
△c的成分起伏时的自由能 变为：
G12G(c0)c2
p
q
G2
1.调幅分解：拐点p和q之间的 合金满足 G1﹤G0 ，G2﹤G0 ， 无需形核，自发分解为成分为 x1和x2的α1和α2相，为上坡 扩散。 2.形核分解：x1和p、x2和q之 间的合金G1﹥G0 不能自发分 解，但G2﹤G0 ，可通过形核方 式分解为成分为x1和x2的α1 和α2相，为下坡扩散。
3. 不连续脱溶(两相式脱溶或胞状式脱溶)
• 通常在母相界面上形核，然后呈胞 状向某一相邻晶粒内生长，胞状脱 溶物与母相有明显界面
• 胞状脱溶物在晶界形核时，它与相 邻晶粒之中的一个形成不易移动的 共格晶面，而与另一晶粒间形成可 动的非共格晶面，因此胞状脱溶物 仅向一侧长大。
• 不连续脱溶可妨碍有益强化合金的 连续脱溶过程的进行，一般应避免， 但可获得比共晶组织细得多的层片 组织。
沈阳工业大学：固态相变及应用电子教案
沈阳工业大学：固态相变及应用电子教案一、课程简介章节名称：固态相变及应用课程简介：本章主要介绍固态相变的基本概念、类型及应用。
通过学习，使学生了解固态相变的原理，掌握不同类型的固态相变现象，并能够分析其在实际应用中的重要作用。
教学目标：1. 掌握固态相变的基本概念及分类；2. 了解固态相变在材料科学中的应用；3. 能够分析固态相变现象在不同领域的应用案例。
教学内容：1. 固态相变的基本概念；2. 固态相变的类型及特点；3. 固态相变在材料科学中的应用；4. 固态相变的实际应用案例分析。
教学方法：1. 采用讲授法讲解固态相变的基本概念、类型及特点；2. 采用案例分析法分析固态相变在材料科学中的应用；3. 采用讨论法引导学生思考固态相变现象的实际应用案例。
二、教学重点与难点教学重点：1. 固态相变的基本概念及分类；2. 固态相变在材料科学中的应用；3. 固态相变的实际应用案例分析。
教学难点：1. 固态相变现象的微观机制；2. 不同类型固态相变的区别与联系；3. 固态相变在不同领域的应用案例分析。
三、教学准备教学材料：教材、PPT课件、案例资料教学设备：投影仪、计算机、音响设备四、教学过程1. 引入新课：通过介绍固态相变在现代科技领域的重要应用，激发学生的学习兴趣。
2. 讲解基本概念：讲解固态相变的基本概念，引导学生掌握固态相变的核心内容。
3. 分析固态相变类型：介绍不同类型的固态相变现象，引导学生了解其特点及区别。
4. 应用案例分析：分析固态相变在材料科学中的应用，让学生了解其实际应用价值。
5. 课堂互动：组织学生进行讨论，分享固态相变现象在不同领域的应用案例。
6. 总结与作业布置：对本节课内容进行总结，布置相关作业，巩固学生所学知识。
五、教学反思本节课结束后，教师应认真反思教学效果，针对学生的掌握情况，调整教学策略，以提高教学效果。
关注学生的学习兴趣和需求，不断优化教学内容，使学生能够更好地掌握固态相变及其应用知识。
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。
第十五章固态相变原理基础1课件
第一节 金属固态相变的特征
一、相界面
固态相变时，新相与母相的界面为两种晶 体的分界面，按结构特点可分为共格界面、半 共格（部分共格）界面和非共格界面。
第一节 金属固态相变的特征
1、共格界面
界面上的原子完全位于两相晶格的结点上， 即两相界面上的原子排列完全匹配，界面上的原 子为两相所共有。
第一节 金属固态相变的特征
凝固理论与固态相变
Solidification Theory and Phase Transformations in Solids
第十五章 金属固态相变理论基础
前言
固态相变是金属热处理的基础。例如, 马氏体相 变使钢得以淬火强化，过饱和固溶体分解使合金得 以时效强化等。
金属相变理论研究不仅在热处理技术的发展中 具有决定性意义，而且在新型金属材料的研制中也 处于举足轻重的地位。
（3） 在新相与母相成分不同的情况下，由于溶质 原子在位错线上的偏聚（形成了气团），有利于 沉淀相核心的形成，对相变起到催化作用。
第二节 金属固态相变的形核
根据估算，当相变驱动力很小而新相与母相 的界面能约为2×105J/cm2时，均匀形核的成核率 仅为10-70/（cm3·s）；如果晶体中的位错密度为 108/cm，则由位错促成的非均匀形核的成核率为 108/（cm3·s）。可见当晶体中存在高密度位错时 ，固态相变很难以均匀形核的方式进行。
半共格界面晶核长大有两种形式——平面迁 移和阶梯推移。
a）
b
）
半共格界面的可能结构，a）平面状，b）阶梯状
第三节 金属固态相变的长大
平界面。刃型位错的柏氏矢量b沿 但是平界面位错攀移困难，故其牵制界面迁移， 阻止晶核长大。
阶梯界面。面间位错分布在阶梯界面上，位错的 滑移运动使阶梯跨过界面侧向迁移，而使界面朝 其法线方向发展，从而使新相长大。
固态相变 教学大纲
固态相变教学大纲固态相变教学大纲一、课程简介：固态相变是材料科学与热力学中的重要概念之一，涉及物质在固态下由一种有序结构向另一种有序结构的转变过程。
本课程旨在介绍固态相变的基本概念、分类以及相关实验方法和应用领域。
二、课程目标：1. 理解固态相变的基本概念和分类；2. 掌握固态相变的实验方法和测量技术；3. 了解固态相变的应用领域和意义；4. 培养学生的实验操作和科学研究能力。
三、教学安排：第一讲：固态相变的基本概念1. 相变的定义和物质状态的分类；2. 固态相变的特点和机制；3. 固态相变的分类和示例。
第二讲：固态相变的热力学基础1. 热力学第一定律与相变；2. 热力学第二定律与相变；3. Gibbs自由能与相变。
第三讲：固态相变的实验方法1. 差示扫描量热法（DSC）；2. X射线衍射法（XRD）；3. 电子显微镜观察法。
第四讲：金属固态相变1. 铁系金属的相变；2. 镁、锌等金属的相变；3. 合金的相变规律和应用。
第五讲：无机物固态相变1. 二氧化硅的相变；2. 硅等无机材料的相变；3. 无机非晶态转变为晶态的过程。
第六讲：聚合物固态相变1. 高分子材料的相变过程；2. 热塑性聚合物的相变；3. 弹性体的团聚态相变。
第七讲：固态相变的应用1. 固态相变在材料科学中的应用；2. 固态相变在能源存储领域的应用；3. 固态相变在电子器件中的应用。
四、教学评估：1. 课堂参与和讨论；2. 实验报告撰写和展示；3. 期末考试。
备注：本大纲仅供参考，具体教学内容和安排需根据实际情况进行调整。
固态相变的基本原理 教学PPT课件
孕育期
Incubation Period
转变开始线与纵坐标轴 之间的距离，表示在各 不同温度下过冷奥氏体 等温分解所需的准备时 间。
鼻 子 ----C 曲 线 上 转 变开始线的突出部，孕 育期最短的部位。
孕育 期
鼻 子
转变开始 转变终 了
39
C 曲线的测定方法
金相硬度法 奥氏体和转变产物的金相形态和硬度不同。 膨胀法 奥氏体和转变产物的比容不同。 磁性法及电阻法 奥氏体为顺磁性，转变产物为铁磁性。
向上 曲折
52
有部分贝氏体相变时， 贝氏体铁素体先析出，提高了A中 的碳含量，MS ↓，向下曲折。
向下曲折
53
③ CCT曲线位于C曲线的右下方 连续冷却转变时转变温度较低，孕育期较长。
54
温 细A 度
P
C曲线应用：不同冷却条件下的相变产物
均匀A
A1
等温退火
退火
ห้องสมุดไป่ตู้
？ 淬火 (油冷)
正火 (空冷)
(炉冷)
奥氏体化温度越高，保温时间越长，则形成的奥氏体晶粒越粗大， 相变阻力小。
奥氏体化温度越高，保温时间越长，有利于难溶碳化物的溶解，成分也 越均匀，相变阻力大。
综合：降低奥氏体分解时的形核率，增加奥氏体的稳定性，使C曲 线右移。
45
C曲线的典型类型
46
47
48
过冷奥氏体连续冷却转变图
Continuous Cooling Transformation CCT 曲线
7
形核时自由能变化 （单位长度）
A=Gb2/4πK
位错形核时形核自由能 ∆G与核半径的关系
讨论
8
位错类型对形核的影响：
第一章 固态相变
2 rc Gv
16 3 W Gv 2 3(Gv )
由上式可知，当界面能和弹性应变能增大时，临界晶核 半径rc和形核功W都增高。
金属固态相变热力学
过冷度的增大，rc和W都减小，新相形核几率增大， 新相晶核数量增多，相变容易发生。 只有在一定的温度滞后条件下系统才可能发生相变。
扩散型相变：相变依靠原子近程或远程扩散而进行，也称“非 协同型”转变。
金属固态相变概论
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
移以使晶体点阵发生改组，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。
金属固态相变概论
按相变方式分类（有核相变和无核相变）
恒为 正值
为负值，意味着自由能G和温度T的特性曲 线总是凹面向下。
金属固态相变热力学
G
G
G
T1
自由能与温 度的关系图
T0
T2
T
2、相变势垒
G
G
I
g
相变时改组晶格所必须 克服的原子间引力。 表征相变能垒也可以 用激活能Q表示。
状态
II
金属固态相变热力学
晶体中原子通过两种方式来获得附加的能量： 原子的热振动的不均匀性，个别原子可能具有很高 的热振动能量； 机械应力。
金属固态相变基础
热处理的定义:
将材料加热到相变温度
以上发生相变，再冷却发 生相变的工艺过程。通过 这个相变与再相变，材料 的内部组织发生了变化， 因而性能产生变化。
金属固态相变基础
热处理三大要素
加热：热处理第一个阶段。不同材料，加热工艺和加热温 度不同。加热分为两种，一种是在临界点A1以下的加热， 此时不发生组织变化。另一种是在A1以上的加热，目的是 为了获得均匀的奥氏体组织，这一过程称为奥氏体化。 保温：目的是要保证工件热透，防止脱碳、氧化等。保温 时间和介质的选择与工件的尺寸和材质有直接的关系。一 般工件越大，导热性越差，保温时间就越长。 冷却： 热处理的最终阶段，也是热处理最重要的一个阶段。 钢在不同冷却速度下可以转变为不同的组织。
西北工业大学-材料科学基础-第八章-固态相变PPT课件
溶
化作用显著减弱。
与
调
幅
分
解
.
31
第 八
第四节 扩散型相变示例
章
固
态
二 脱熔类型
相
根据脱熔过程中母相成分变化的特点，
变
脱熔过程分为连续脱熔和不连续脱熔。
第
四
节
脱
溶
与
调
幅
分
解
.
32
第 八
第四节 扩散型相变示例
章
固
态
脱溶组织形貌（连续脱熔）
相
变
第
四
节
脱
溶
与
调
幅
分
解
.
33
第 八
第四节 扩散型相变示例
解
.
28
第 八
第四节 扩散型相变示例
章
固
一 脱熔转变
态
A1-Cu合金的时效（脱熔转
相
变）
变
Al-Cu合金加热到550℃保
第
温，得到单相α固溶体，
四
淬火后于130℃保温进行
节
时效处理，随保温时间延
脱
长的脱熔贯序为：
溶
α→ G.P→θ´´→θ´→θ
与
调
幅
分
解
.
29
第 八
第四节 扩散型相变示例
章
固
一 脱熔转变
章
固
二 脱熔类型
态 相 变
连续脱熔：如果脱熔是在母相中各处同 时发生，且随新相的形成母相成分连续 变化，但其晶粒外形及位向均不改变，
第
则称之为连续脱熔。如时效、回火等。
四
析出相的形态取决于析出相的结构和
固态相变知识点总结
固态相变知识点总结相变是物质在温度、压强或其他外部条件改变时，从一种物态转变为另一种物态的现象。
固态相变是指物质从固态状态转变到其他固态状态的过程，通常包括晶体-晶体相变和晶体-非晶相变，以及液晶-固体相变等。
固态相变是材料科学和固态物理领域的重要研究课题，掌握固态相变的基本原理和规律对于材料设计、制备和性能改进具有重要意义。
本文将从固态相变的基本概念、分类和特征等方面进行总结，并通过实例来说明固态相变的重要意义和应用。
一、固态相变的基本概念1. 固态相变是指物质在固态状态下由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的过程。
固态相变是晶体学和固态物理学的重要研究课题，可以帮助我们深入了解物质的内部结构和性质。
2. 固态相变的基本特征包括晶格结构的改变、原子位置的重新排列、晶体的晶界和缺陷等。
固态相变通常伴随着能量的吸收或释放，使得固态物质的性能和特性发生变化。
3. 固态相变的驱动力包括温度、压强、外界场等，这些外部条件的改变可以引起晶体结构和性质的改变，从而产生相变现象。
4. 固态相变可以分为等温相变和非等温相变两种类型。
等温相变指的是在恒定温度下发生的相变过程，例如固态合金的热处理过程；非等温相变指的是在变化温度下发生的相变过程，例如冰的熔化过程。
二、固态相变的分类根据相变过程中晶体结构的改变和外部条件的影响，固态相变可以分为以下几种类型：1. 晶体-晶体相变：指的是物质在固态状态下由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的过程。
晶体-晶体相变通常伴随着晶粒形状、大小和取向的变化，对材料的组织结构和性能产生重要影响。
2. 晶体-非晶相变：指的是物质在固态状态下由晶体结构转变为非晶结构的过程。
晶体-非晶相变可以发生在非晶态金属、非晶态合金和非晶态陶瓷等材料中，对于提高材料的强度、硬度和耐腐蚀性具有重要意义。
3. 液晶-固体相变：指的是液晶分子在固态基体中发生有序排列的过程。
液晶-固体相变广泛应用于液晶显示器、液晶材料和光学器件等领域。
固态相变总论PPT学习教案
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3.按相变方式分类 形核长大型（有核相变）：
通过形核－长大两个阶段进行的相变。
主要特点：
新相与母相之间有明显的界面，大部分的固态相变属于此类！
连续型（无核相变）：
通过扩散偏聚进行的相变，相变以固溶体中的成分起伏为开始，通过上 坡扩散，使浓度差越来越大。
主要特点：
新相与母相之间没有明显的相界面。（如调幅分解）
例如，在Al-Cu合金时效时
说明：有些反应不能进行到 底，过渡相可以长期保留。
母 相 α0 α1＋GP区
α2＋ θ″ α3＋ θ′ α3 ＋ θ（ CuAl2）
TIPS： 过 渡 相 从 热 力 学 来 说不利 ，但从 动力学 来说有 力，也 是减小 相变阻 力的重 要途径 之一！ ！！
过渡相
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纯铁的同素异构转变
1394℃,fcc的γ－Fe
912℃, bcc的α－Fe
无序
有序
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4. 几个重要的概念：
（1）相界面 不同相晶体晶粒之间的界面。
共格界面
①
两相晶格在界面上彼此完全衔接，错配度δ =（ɑβ- ɑα）/ɑ α〈0.05；
完全共格
半共格界面 δ大到一定程度时，相界面不能继续维持完全共格学要一系列调配
根据晶核的长大方式及母相和新相的化学成分的变化情况，可将固态 相变长大分为4类：
①成分不变协同型长大； ②成分不变非协同型长大； ③成分改变协同型长大； ④成分改变非协同型长大 。
相变无需溶质原子扩散，晶核长大 速度仅与界面点阵重构过程有关。
晶核长大的控制因素视具体情况而 定。
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2. 非均匀形核
借 助 于 固 体 中表面 、晶界 、晶体 缺陷等 而形成 晶核的 过程。
第九章-固态相变基础
第二节 固态相变的形核与长大
一 均匀形核（能量条件） 1 形核时的能量变化 相变阻力 （2）界面能（，S） 取决于界面结构 △T越大，晶核越小， S 大 共格/半共格 （与过冷度有关） △T越小，晶核越大， S小 非共格
第九章 固态相变 第一节 概 述
第一节 概 述
一固态相变的特点 4 母相晶体缺陷促进相变 点… 缺陷类型 线… 晶格畸变、自由能高，促进形核及相变。 面… （思考：晶粒细化对相变的影响）
第九章 固态相变 第一节 概 述
第二节 固态相变的形核与长大
一 均匀形核（能量条件） 1 形核时的能量变化 相变驱动力 （1）化学自由能（体积自由能，△Gv） △Gv～T曲线 随成分变化
三 晶核的长大 1 长大机制 切变长大 （1）半共格界面 台阶式长大（位错滑移） 原子直接迁移 （2）非共格界面 原子迁移至新相台阶端部
第九章 固态相变 第一节 概 述
第一节 概 述
二 固态相变的分类 1 按相变过程中原子迁移情况 （1）扩 散 型：依靠原子的长距离扩散；相界面非共格。 （如珠光体、奥氏体转变，Fe,C都可扩散。） （2）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。 （如马氏体转变，Fe,C都不扩散。） （3）半扩散型：既有切变，又有扩散。 （如贝氏体转变，Fe切变，C扩散。）
第九章 固态相变 第一节 概 述
第一节 概 述
三 常见固态相变类型 相变名称 相变特征 同素异构转变 同一种元素通过形核与长大发生晶体结构的变化 多型性转变 合金中晶体结构的变化 脱溶转变 过饱和固溶体脱溶分解出亚稳定或稳定的第二相 共析转变 一个固相转变为两个结构不同的固相 包析转变 两个不同结构的固相转变为一个新的固相，组织中一般 有某相残余 马氏体转变 新旧相之间成分不变、切变进行、有严格位向关系、有 浮凸效应 贝氏体转变 兼具马氏体和扩散转变的特点，借助铁的切变和碳的扩 散进行 调幅分解 非形核转变，固溶体分解成结构相同但成分不同的两相 有序化转变 合金元素原子从无规则排列到有规则排列，担结构不变。
沈阳工业大学：固态相变及应用 电子教案
一、教案基本信息1. 课程名称：固态相变及应用2. 课程性质：专业核心课程3. 授课对象：材料科学与工程专业本科生4. 学时：32学时5. 学分：2学分6. 教学方法：讲授、实验、讨论相结合二、教学目标1. 让学生了解固态相变的基本概念、类型及特点。
2. 使学生掌握固态相变的基本原理及其在材料科学中的应用。
3. 培养学生分析、解决实际问题的能力。
三、教学内容1. 固态相变的基本概念相及相变固态相变的类型2. 固态相变的原理点阵结构的变化原子尺度上的过程热力学原理3. 固态相变的驱动力温度应力化学成分4. 固态相变过程及特点扩散型相变非扩散型相变微观结构变化5. 固态相变在材料科学中的应用金属材料的相变陶瓷材料的相变半导体材料的相变四、教学方法及手段1. 讲授：讲解固态相变的基本概念、原理、类型及特点。
2. 实验：观察不同材料在固态相变过程中的微观结构变化。
3. 讨论：分析固态相变在实际材料中的应用及意义。
4. 教学手段：多媒体课件、实验设备、教材、网络资源等。
五、教学评价1. 平时成绩：课堂表现、作业、实验报告等（30%）2. 期中考试：理论知识测试（30%）3. 期末考试：综合能力测试（40%）六、教学内容6. 典型固态相变实例分析马氏体相变贝氏体相变超导相变7. 固态相变动力学扩散控制相变界面控制相变体积控制相变8. 固态相变与材料性能的关系力学性能导电性能热性能9. 固态相变在工程中的应用金属热处理材料制备与加工新材料研发10. 课程总结与展望固态相变的重要性固态相变研究的发展趋势材料科学的未来方向七、教学方法及手段1. 讲授：分析典型固态相变实例，讲解固态相变动力学及与材料性能的关系。
2. 实验：观察不同材料在固态相变过程中的性能变化。
3. 讨论：探讨固态相变在工程中的应用及未来发展。
4. 教学手段：多媒体课件、实验设备、教材、网络资源等。
八、教学评价1. 平时成绩：课堂表现、作业、实验报告等（30%）2. 期中考试：理论知识测试（30%）3. 期末考试：综合能力测试（40%）九、教学计划1. 课时安排：共计32学时，每学期16周，每周2学时。
固态相变基础
新相与母相的差别
相变发生后，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） 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）
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本篇学习的目的
固态相变的种类很多，许多材料在 不同条件下会发生几种不同类型的相变 掌握材料固态相变的规律，就可以采取 措施（如特定的加热和冷却工艺）控制 相变过程以获得所预期的组织和结构， 从而使之具有所预期的性能，最大限度 地发挥现有材料的潜力，并可以根据性 能要求开发出新型材料。
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。
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非平衡相变
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。
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伪共析相变
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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
代表新相，μ为化学势、T为温度、P为压力，则有
已知 所以
＝
T
P
T
P
；
P
T
P
T
＝－S
T P
；
＝V
P T
S S ； V V
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一级相变特点
由于相变是在“固态”这一特定条件下进行的，
固态晶体的原子呈有规则排列，并具有许多晶
体缺陷，因此，固态相变具有许多不同于液态
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第八章固态相变学习指导
固态相变是材料进行热加工的基础理论。
固态相变的种类很多，若按相变时原子迁移的情况可分为两类：一类是扩散型相变，如同素异构转变、固熔体的脱熔转变、共析转变、调幅分解和有序化等；另一类是无扩散型相变，如马氏体转变；第三类是兼有扩散、无扩散特征的相变，如贝氏体转变、块状转变等。
本章的重点是介绍固态相变的基本特点及遵循的一般规律，大多数固态相变与结晶相变类似，也是形核和核长大的过程。
但是，由于新相和母相都是晶体，所以与结晶相变相比又有其特点，主要表现：
(1) 固态相变时阻力较大：在固态相变时，除了新、旧相间由于产生相界面而引起的界面自由能升高外，还会由于新、旧相比体积差而导致应变能力产生，后者对相变过程有很重要的影响。
(2) 固态相变主要依靠非均匀形核：由于材料中本身存在各种晶体缺陷，这些缺陷分布又不均匀，所具有的能量高低不同，这就为非均匀形核创造了条件；同时，均匀形核所需要的形核功大，势必过冷度要相当大，这会使扩散困难，不利于均匀形核。
固态相变后，新生相α的某一晶面和某一晶向往往分别与母相β的给定界面和晶向相平行；相界面易形成共格或半共格界面。
(3) 新相的长大呈现惯习现象：相变过程中新相长大易于沿着母相的某些特定的晶面和晶向以针状或片状的形态优先发展。
这种惯习现象可借金相显微镜进行观察。
(4) 新生相的组织形态比较复杂：一般来说，新生相的形态也是为了适应母相的结构和组织特点，克服相变阻力而表现出来的综合结果，所以它既受应变能和界面能的影响，也受母相结构组织的影响。
(5) 固态相变易于出现过渡相：形成过渡相是固态相变克服相变阻力的另一重要途径。
凡过渡相都不是真正的稳定相，只要条件允许，就会自发地再向稳定相转变。
作为扩散型相变的例子，主要介绍了脱熔转变及其类型，调幅分解及其特点。
作为无扩散型相变的例子，介绍了马氏体相变及多晶型转变的有关概念，其目的仍在于掌握固态相变的一般规律。