第9章 固態(tài)相變規(guī)律

1、3 4 5 PPTT)()(21 TTPP)()(21 已知 已 知 STP)( VPT)( 二級相變二級相變21 PPTT)()(21 TTPP)()(21 PPTT)()(222212 TTPP)()(222212 PTPT 2212 7 二級相變二級相變STP)(VPT)(TCTHTTSTPPPP)(1)()(22VKPVVVPTT)()(22VaTVVVTVPTPP)()()(28 三級以上相變?nèi)壱陨舷嘧? 2、按原子遷移情況分類、按原子遷移情況分類 10 擴(kuò)散型相變擴(kuò)散型相變非擴(kuò)散型相變非擴(kuò)散型相變12 3 3、按相變方式分類、按相變方式分類 13 幾種固態(tài)相變的特征幾種固態(tài)相變的

2、特征14 幾種固態(tài)相變的特征幾種固態(tài)相變的特征15 1 1、原子的擴(kuò)散速度、原子的擴(kuò)散速度 2 2、形核特點(diǎn)、形核特點(diǎn)18 2) 2) 相界面相界面19 相界面相界面 aaa/ )(aa式中式中20 3)3)相界面能相界面能 相界面能相界面能 22 23 20)(xxZNHZNssc1)(2xxZNHZNssc024 aa0/ )(aaaaaa/ )(2uuZNHZNss0+ 225 002ln)1 (4ErrGbEeZNHZNss0Ett1ln22000bb26 27 相界面能特點(diǎn)相界面能特點(diǎn)4) 4) 2uaaa/ )(RyEvvvGe3)(22vv ,vvv FeFe110/111,11

3、1/110 37 2 2）新、舊相的晶體學(xué)關(guān)系）新、舊相的晶體學(xué)關(guān)系3 3）共格性長大和非共格性長大）共格性長大和非共格性長大 39 4 4、晶體缺陷在相變中的作用、晶體缺陷在相變中的作用 00)()(TTTHTGVV)(0THV VSGVGV234)(34rGGrG 50 2）自由能與晶核半徑關(guān)系）自由能與晶核半徑關(guān)系)(2GGrk （10-2） 23)( 316GGGk rG)(=0 00)()(TTTHTGVV可知可知55 （4 4）均勻形核時(shí)的形核率）均勻形核時(shí)的形核率 )exp()exp(kTGkTGNvNAk （10-4） 56 2 2、非均勻形核、非均勻形核 57 1 1）形核功

4、）形核功dVGVSGVG（1 1）晶界形核）晶界形核晶界形核晶界形核晶界形核晶界形核cos2SSGVGV 0/rGVcGr2233)coscos32(38VcGG晶界形核晶界形核SSGVGV 0/rGVcGr2233)coscos32(38VcGG 晶界形核晶界形核14)cos1)(cos2(4)coscos32(23 64 （2 2）位錯形核）位錯形核65 位錯形核位錯形核0rG122VGA122VGA（3 3）空位形核）空位形核b b 有成分變化的擴(kuò)散型相變（如過飽和固溶體的分解）有成分變化的擴(kuò)散型相變（如過飽和固溶體的分解） 新相長大需要溶質(zhì)原子從遠(yuǎn)離相界的地區(qū)擴(kuò)散到相界處，界面的長大新

5、相長大需要溶質(zhì)原子從遠(yuǎn)離相界的地區(qū)擴(kuò)散到相界處，界面的長大速率主要受控于溶質(zhì)原子長程擴(kuò)散時(shí)的擴(kuò)散速率，稱為速率主要受控于溶質(zhì)原子長程擴(kuò)散時(shí)的擴(kuò)散速率，稱為“擴(kuò)散控制的擴(kuò)散控制的長大長大” 69 1 1、擴(kuò)散型相變長大速率擴(kuò)散型相變長大速率新相新相和和母相成分相同，自由能差為母相成分相同，自由能差為G，原子由，原子由相進(jìn)入相進(jìn)入相的激活能為相的激活能為Q，由由相返回相返回相的激活能為相的激活能為Q+G（圖）（圖）原子在原子在相和相和相中的自由能相中的自由能1)1)受界面控制的新相長大受界面控制的新相長大 )/exp(kTQkTGu (10-11) xc /0aaaCCDdxudtCCt （10-

6、15） 2 ()oaaCCxDtCC (1 0 -1 6 ) N3 4( )1exp()3f tNu t f (t)=1-exp(-Ktn) (10-18) 76 用于用于Avrami方程式中的方程式中的n值值6.7 脫溶轉(zhuǎn)變脫溶轉(zhuǎn)變 脫溶時(shí)化學(xué)自由能脫溶時(shí)化學(xué)自由能Gv是脫溶是脫溶的驅(qū)動力的驅(qū)動力圖圖1 1 確定脫溶初期自由能變化的確定脫溶初期自由能變化的示意圖示意圖 |Gv|越大，脫溶物的形核功越大，脫溶物的形核功和臨界晶核半徑越小，脫溶越和臨界晶核半徑越小，脫溶越容易進(jìn)行容易進(jìn)行G圖圖1 1 確定脫溶初期自由能變化的確定脫溶初期自由能變化的示意圖示意圖 01234GP區(qū) 1234aaaa

7、GP其中 、 、 、分別是與區(qū)、和 相平衡的固溶體 相。 (001)/(001) ,100 /100aa 某些合金中觀察到的脫溶順序某些合金中觀察到的脫溶順序3 脫溶方式及顯微組織的變化脫溶方式及顯微組織的變化 脫溶的兩種方式脫溶的兩種方式 （1 1）連續(xù)脫溶）連續(xù)脫溶 （2 2）不連續(xù)脫溶）不連續(xù)脫溶 0/22cG0/22cG0/22cG 調(diào)幅分解和形核長大方式分解的對比脫溶類脫溶類型型 自由能自由能-成分曲成分曲線特點(diǎn)線特點(diǎn) 條條 件件 形核特形核特點(diǎn)點(diǎn) 新相成新相成分與結(jié)分與結(jié)構(gòu)構(gòu) 界面界面特點(diǎn)特點(diǎn) 擴(kuò)散擴(kuò)散方式方式 轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變速率速率 調(diào)幅分調(diào)幅分解解 凸凸 自發(fā)起自發(fā)起伏伏 非形核非形

8、核 成分變成分變化，結(jié)化，結(jié)構(gòu)不變構(gòu)不變 寬泛寬泛 上坡上坡 高高 形核長形核長大大 凹凹 過冷度，過冷度，臨界形臨界形核功核功 形核形核 成分、成分、結(jié)構(gòu)改結(jié)構(gòu)改變變 明晰明晰 下坡下坡 低低 )(%67.6)(3)(%02.0)()(%77.0)(復(fù)雜單斜體心立方面心立方CWCWCWCFe nmTS301002. 8 (10-26) CFeCFe33010/111/110,)001(/)110/()111( 板條馬氏體板條馬氏體低碳馬氏體低碳馬氏體板條中有許多位錯。這種板條馬氏體又叫位錯馬氏體。板條中有許多位錯。這種板條馬氏體又叫位錯馬氏體。 強(qiáng)度高，有一定韌性。強(qiáng)度高，有一定韌性。應(yīng)該想

9、辦法盡量獲得較高含量的板條馬氏體。應(yīng)該想辦法盡量獲得較高含量的板條馬氏體。GA-M=GM- GA 128 逆轉(zhuǎn)變逆轉(zhuǎn)變129 （2）馬氏體的形核）馬氏體的形核222442()33vcGr c Grr c Ar （10-27） 圖 馬氏體核心模型 222442()33vcGr c Grr c Ar （10-27） ()0Gr 0)(cG 140 （1）Bain模型模型 1924年年E.C.Bain提出提出 貝茵對應(yīng)關(guān)系貝茵對應(yīng)關(guān)系(a)和貝茵畸變和貝茵畸變(b)示意示意圖圖 由奧氏體面心立方晶胞轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的體由奧氏體面心立方晶胞轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的體心正方晶胞的模型心正方晶胞的模型 （a）表示兩個(gè)面

10、心立方晶胞以公有的）表示兩個(gè)面心立方晶胞以公有的（010）面相連接。位于此（）面相連接。位于此（010）面中）面中心的原子同時(shí)也位于該圖所示的正方晶心的原子同時(shí)也位于該圖所示的正方晶胞的體心上。這個(gè)正方晶胞是一個(gè)胞的體心上。這個(gè)正方晶胞是一個(gè)c/a=的體心正方晶胞（見圖的體心正方晶胞（見圖(b)） 如果這個(gè)晶胞沿（如果這個(gè)晶胞沿（x3）M方向收縮方向收縮18%，而沿（而沿（x x1 1）M M和（和（x x2 2）M M方向膨脹方向膨脹12%12%，就，就可得到與可得到與Fe-CFe-C合金的點(diǎn)陣常數(shù)相符合的合金的點(diǎn)陣常數(shù)相符合的正方馬氏體晶胞正方馬氏體晶胞 這種通過沿晶軸膨脹、收縮的方法把一這種通過沿晶軸膨脹、收縮的方法把一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格的簡單畸變稱種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格的簡單畸變稱為為“貝茵畸變貝茵畸變” 21 0 0 1 1 0 M 0 1 0 1 1 0 M 0 0 1 0 0