固態(tài)相變基礎(chǔ)

1、固態(tài)相變基礎(chǔ)第1頁，共37頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)54分，星期二第一編 熱處理原理第一章 金屬固態(tài)相變基礎(chǔ)固態(tài)相變：固態(tài)金屬加熱、冷卻中發(fā)生的各種相轉(zhuǎn)變金屬熱處理：固態(tài)金屬通過特定的加熱和冷卻，使之發(fā)生相、 組織轉(zhuǎn)變，獲得所需組織性能的一種工藝過程兩者關(guān)系：金屬固態(tài)相變是金屬熱處理的理論基礎(chǔ)。第一節(jié) 金屬固態(tài)相變的主要類型原子運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：擴(kuò)散型相變和非擴(kuò)散型相變平 衡 狀 態(tài)：平衡相變和非平衡相變熱 力 學(xué)：一級(jí)相變和二級(jí)相變第2頁，共37頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)54分，星期二一、按相變過程中原子的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)分類1. 擴(kuò)散型相變：相變借助原子熱激活運(yùn)動(dòng)進(jìn)行，原子運(yùn)動(dòng)大于原子間距。

2、長程擴(kuò)散： 短程擴(kuò)散：脫溶分解：由過飽和固溶體中析出新相的過程，( + ) 共析轉(zhuǎn)變：冷卻時(shí)一個(gè)固相()分解為結(jié)構(gòu)不同的兩個(gè)新相和混合物的相 變， ( + ) 鋼在冷卻時(shí)由奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w(鐵素體與滲碳體的混合物) 即屬于共析轉(zhuǎn)變。+ LBA+ BA第3頁，共37頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)54分，星期二有序化轉(zhuǎn)變：是指固溶體組元原子從無序排列到有序排列的轉(zhuǎn)變過程， (無序)(有序) 塊狀轉(zhuǎn)變：新相的成分與母相一樣，但晶體結(jié)構(gòu)不同。例如，純鐵或低碳鋼在一定的冷卻速度下相可以轉(zhuǎn)變?yōu)榕c之具有相同成分而形貌 呈塊狀的相。新相的長大是通過原子的短程擴(kuò)散而實(shí)現(xiàn)的。 純鐵、銅鋅等合金中發(fā)生塊狀轉(zhuǎn)變。

3、第4頁，共37頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)54分，星期二多形性轉(zhuǎn)變：純金屬中晶體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn) 變，如純鐵中轉(zhuǎn)變。這種 轉(zhuǎn)變本身在生產(chǎn)上沒有多少實(shí)際意 義，但以此轉(zhuǎn)變?yōu)榛A(chǔ)的Fe的固 溶體發(fā)生的固態(tài)相變是鋼的熱處理 的基礎(chǔ)。調(diào)幅分解：某些合金在高溫下具有均 勻單相固溶體，但冷卻到某一溫度 范圍時(shí)可分解成為與原固溶體結(jié)構(gòu) 相同但成分不同的兩個(gè)微區(qū) 如1+2 特點(diǎn)：在轉(zhuǎn)變初期形成的兩個(gè)微區(qū) 之間并無明顯界面和成分突 變，但通過擴(kuò)散，最終使原 來的單相固溶體分解成兩個(gè) 共格相。第5頁，共37頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)54分，星期二 非擴(kuò)散型相變：相變不需原子擴(kuò)散，原子的運(yùn)動(dòng)不超過一個(gè)原子間距。

4、非擴(kuò)散型相變是在足夠快的冷卻速度下(即淬火)由于原子沒有時(shí)間進(jìn)行擴(kuò)散型相變引起的。鋼淬火，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物稱為馬氏體，這種非擴(kuò)散型相變則稱為馬氏體轉(zhuǎn)變。 許多有色金屬，如Ti-Ni、Cu-Zn-Si、Cu-Zn、Cu-Mn、Ni-Mn-Ga等合金系，也發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變半擴(kuò)散型相變:貝氏體轉(zhuǎn)變：鋼中還有一種介于馬氏體轉(zhuǎn)變和珠光體轉(zhuǎn)變之間的轉(zhuǎn)變。此 時(shí)鐵原子擴(kuò)散已經(jīng)極其困難，但碳原子還能擴(kuò)散，其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物也是 相和碳化物的混合物，稱為貝氏體，但形態(tài)和分布與珠光體不同。有 優(yōu)異的強(qiáng)度和突出的韌性。第6頁，共37頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)54分，星期二二、按平衡狀態(tài)分類平衡相變：緩慢加熱、冷卻，獲得符合平衡

5、狀態(tài)圖的平衡組織，多形性轉(zhuǎn)變、 平衡脫溶轉(zhuǎn)變、共析轉(zhuǎn)變、有序化轉(zhuǎn)變等。非平衡相變：加熱或冷卻很快，平衡相變被抑制，發(fā)生某些平衡狀態(tài)圖上 不能反映的轉(zhuǎn)變并獲得不平衡或亞穩(wěn)態(tài)的組織，馬氏體轉(zhuǎn)變、 貝氏體轉(zhuǎn)變、非平衡脫溶沉淀，偽共析轉(zhuǎn)變屬于非平衡相變。 就熱處理工藝而言，非平衡相變具有更為重要的意義。第7頁，共37頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)54分，星期二 ，三、按熱力學(xué)分類 根據(jù)相變前后熱力學(xué)函數(shù)的變化，可將固態(tài)相變分為一級(jí)相變和二級(jí)相變一級(jí)相變 相變時(shí)新舊兩相的化學(xué)勢(shì)相等，但一級(jí)偏微商不等的相變稱設(shè)代表舊相，代表新相，為化學(xué)勢(shì)、T為溫度、P為壓力，則有 已知 所以SS，VV。 因此，在一級(jí)相

6、變時(shí)，熵S和體積V將發(fā)生不連續(xù)變化，即一級(jí)相變有相變潛熱和體積改變。材料的凝固、熔化、升華以及同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變等均屬于一級(jí)相變。幾乎所有伴隨晶體結(jié)構(gòu)變化的金屬固態(tài)相變都是一級(jí)相變。第8頁，共37頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)54分，星期二2，二級(jí)相變 相變時(shí)新舊兩相的化學(xué)勢(shì)相等，其一級(jí)偏微商也相等，即SS，VV，但二級(jí)偏微商不等， 說明在二級(jí)相變時(shí)，無相變潛熱和體積改變，但比熱、壓縮系數(shù)和膨脹系數(shù)有突變。 材料的部分有序化轉(zhuǎn)變、磁性轉(zhuǎn)變以及超導(dǎo)體轉(zhuǎn)變均屬于二級(jí)相變。第9頁，共37頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)54分，星期二第二節(jié) 金屬固態(tài)相變的基本特征 與液態(tài)金屬結(jié)晶一樣，其相變驅(qū)動(dòng)力也來自新

7、相與母相的自由能差，也通過形核與長大過程來完成。但因相變前后均為固態(tài)，故有以下幾個(gè)特點(diǎn)。一、界面和界面能固/固相界面可按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分為：共格界面：界面兩側(cè)的兩個(gè)相的原子能一一對(duì)應(yīng)，相互保持匹配。半共格界面：由于界面兩側(cè)的原子間距不同，界面上只有部分原子能夠依 靠彈性畸變保持匹配，在不能匹配的位置將形成刃型位錯(cuò)。非共格界面：兩相的原子間距差別太大，在界面上兩側(cè)原子不能保持匹 配。界面能：界面上原子排列的不規(guī)則性將導(dǎo)致界面能的升高，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10頁，共37頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)54分，星期二圖1-2 固態(tài)相變界面結(jié)構(gòu)示意圖 （a）共格界面 （

8、b）半共格界面 （c）非共格界面第11頁，共37頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)54分，星期二界面能的意義 界面能的大小對(duì)新相的形核、長大以及轉(zhuǎn)變后的組織形態(tài)有很大影響。 若新相具有和母相相同的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)和近似的點(diǎn)陣常數(shù)，則新相可以與母相形成低能量的共格界面。此時(shí)，新相將成針狀，以保持共格界面，使界面能保持最低。 如新相與母相的晶體結(jié)構(gòu)不同，這時(shí)新相與母相之間可能存在一個(gè)共格或半共格界面，其它面則是高能的非共格界面。為了降低能量，新相的形態(tài)將是一個(gè)圓盤。圓盤面為共格界面，而圓盤的邊為非共格界面 非共格新相，所有的界面都是高能界面，大致為球形，但也不排除由于不同方向界面能差異而形成多面體。第12頁

9、，共37頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)54分，星期二二、慣習(xí)面和新、舊兩相間的位向關(guān)系慣習(xí)面：針狀新相的長軸或片狀新相的主平面常平行于母相的某一晶 面，或者說新相在母相一定晶面族上形成，用母相的晶面指數(shù)表 示。如高碳鋼中透鏡馬氏體的主平面與奧氏體的225或259平行。原因：減小兩相的界面能對(duì)組織影響：由于一個(gè)晶面族包括若干在空間互成一定角度的晶面，故沿慣 習(xí)面形成的針狀及片狀新相將成一定角度或相互平行。 位相關(guān)系：慣習(xí)面存在表明新相與母相存在一定晶體學(xué)位向關(guān)系。因?yàn)閮上?的晶體各自相對(duì)于慣習(xí)面的位向關(guān)系是確定的，彼此間位向關(guān)系確定： 兩相的某些低指數(shù)晶向和某些低指數(shù)晶面相互平行。例如，低碳鋼

10、發(fā)生 馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)，馬氏體總是在奧氏體的111上形成， 110 / 111 ； / 新相與母相間為共格或半共格界面時(shí)，兩相間必然存在一定的晶體學(xué)位向關(guān)系；兩相間無一定的位向關(guān)系，則其界面必定為非共格的。存在晶體學(xué)位向關(guān)系，未必具有共格或半共格界面，因?yàn)樾孪嘣陂L大過程中，其界面的共格性已被破壞。第13頁，共37頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)54分，星期二三、彈性應(yīng)變能彈性應(yīng)變能：新相與母相間存在點(diǎn)陣錯(cuò)配和體積錯(cuò)配時(shí)引起的應(yīng)變能點(diǎn)陣錯(cuò)配：兩相在界面上原子間距不同，在共格界面附近產(chǎn)生應(yīng)變能， 稱為共格應(yīng)變能，共格界面最大，半共格界面次之，非共格 界面為零。體積錯(cuò)配：新相和母相的比體積不同，新相受到

11、周圍母相的約束以致不 能自由脹縮，產(chǎn)生比體積差應(yīng)變能。(a)、(b)： 新相與母相共 格，但點(diǎn)陣常 數(shù)不同，從而產(chǎn)生點(diǎn)陣錯(cuò)配(c)、(d)： 新相與母相非共格，而比體 積不同，產(chǎn)生體積錯(cuò)配第14頁，共37頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)54分，星期二非共格界面條件下，比體積差應(yīng)變能與新相幾何形狀之間的關(guān)系： 新相呈球狀時(shí)應(yīng)變能最大，圓盤(片)狀最小，針(棒)狀居中。圖1-4 新相形狀與比容差應(yīng)變能(相對(duì)值)的關(guān)系 第15頁，共37頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)54分，星期二固態(tài)相變的阻力：界面能和彈性應(yīng)變能 與結(jié)晶相比，增加彈性應(yīng)變能而變大固態(tài)相變中究竟是界面能為主？還是彈性應(yīng)變能為主？過冷

12、度大：新相臨界晶核尺寸很小，單位體積新相的界面積很大，則界面 能起主導(dǎo)作用，兩相界面易取共格方式以降低界面能，因界面能的降 低可以超過共格應(yīng)變能的增加，總形核阻力降低。過冷度?。盒孪喑叽巛^大，界面能不起主要作用，易形成非共格界面。 兩者比體積差大：則彈性應(yīng)變能(比體積差應(yīng)變能)起主導(dǎo)作用，新相 為圓盤(片)狀以降低彈性應(yīng)變能 兩相比體積差?。簭椥詰?yīng)變能作用不大，則形成球狀以降低界面能。四、晶體缺陷固態(tài)金屬中存在各種晶體缺陷：如位錯(cuò)、空位、晶界或亞晶界。新相晶核優(yōu)先在晶體缺陷處形成： 因?yàn)榫w缺陷是能量起伏、結(jié)構(gòu)起伏和成分起伏最大的區(qū)域。 缺陷處形核，原子擴(kuò)散激活能低，擴(kuò)散速度快，相變應(yīng)力易松弛

13、。五、形成過渡相第16頁，共37頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)54分，星期二第三節(jié) 固態(tài)相變中的形核 絕大多數(shù)相變通過形核和長大過程。形核：過程往往是先在母相中某些微小區(qū)域內(nèi)形成新相的結(jié)構(gòu)和成 分，成為核胚；若核坯尺寸超過一定值，便能穩(wěn)定存在并自發(fā) 長大，成為新相的晶核。均 勻 形核：晶核在母相中無擇優(yōu)地任意均勻分布非均勻形核：晶核在母相的某些區(qū)域不均勻分布一、均勻形核均勻形核的驅(qū)動(dòng)力為兩相自由能差，阻力包括界面能和彈性應(yīng)變能系統(tǒng)自由能總變化G = -V GV + S + V GsV：新相體積，GV ：新相與母相的單位體積自由能差；S：新相表面積；：新相與母相之間單位面積界面能；Gs：新相單

14、位體積彈性應(yīng)變能。第17頁，共37頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)54分，星期二設(shè)界面能各向同性，且晶核是球形，半徑為r： G有極大值存在，此時(shí)的核坯半徑稱為臨界晶核半徑r*，對(duì)應(yīng)的自由能稱為晶核的形核功G*。只有核坯的半徑大于r*時(shí)，體系自由能才能隨晶核的長大而降低，因此可以進(jìn)一步長大，稱為晶核。 令d(G)/dr=0，則可求得新相的臨界晶核半徑r*、臨界晶核的形核功G*GSr2 -V(GV-GS)r3G*r-VGVr3G第18頁，共37頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)54分，星期二固態(tài)相變?cè)黾訌椥詰?yīng)變能，相變阻力增加， 臨界晶核直徑和形核功增大，固態(tài)相變中形核比液固相變困難。 臨界晶核半徑

15、和形核功都是自由能差GV的函數(shù)，也將隨過冷度（過熱度）而變化。 隨過冷度（過熱度）增大，臨界晶核半徑和形核功都減小，即相變?nèi)菀装l(fā)生。 由于固態(tài)相變中存在彈性應(yīng)變能Gs，因此只有當(dāng)GVGs時(shí)相變才能發(fā)生，亦即過冷度（過熱度）必須大于一定值，固態(tài)相變才能發(fā)生，這是與液固相變的一個(gè)根本區(qū)別。 此外，當(dāng)界面能和彈性應(yīng)變能Gs增大時(shí)，臨界晶核半徑r*增大，形核功G*增高，形核困難。第19頁，共37頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)54分，星期二臨界尺寸晶核的濃度c* k：Boltzmann常數(shù)，T：絕對(duì)溫度 Gm：每個(gè)原子的遷移激活能 f=exp ( -Gm /kT ) 均勻形核時(shí)的形核率 ：包括原子振動(dòng)

16、頻率與臨界晶核面積的因子C0：?jiǎn)挝惑w積的原子數(shù)，每個(gè)臨界晶核的成核速率f 第20頁，共37頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)54分，星期二 隨著溫度的下降，代表晶核潛在密度的exp(-G*/kT)升高很快； 而原子遷移激活能Gm幾乎不隨溫度變化， 所以exp(-Gm/kT)隨溫度降低而減小。N均勻隨溫度下降先增加后降低，在某一溫度呈現(xiàn)極大值。溫度對(duì)形核率的影響 第21頁，共37頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)54分，星期二二、非均勻形核：固相中的形核幾乎總是非均勻的 各種缺陷如空位、位錯(cuò)、晶界、層錯(cuò)、夾雜物和自由表面等都能提高材料的自由能，如果晶核的形成能使缺陷消失，就會(huì)釋放出一定的自由能(Gd

17、)，與GV一樣，成為轉(zhuǎn)變的驅(qū)動(dòng)力，各種缺陷成為合適的形核位置。 形核方程為：G = -V GV + S + V Gs - Gd 晶界形核如果基體和晶核相互適應(yīng)以形成低能量界面，那么形核功可以進(jìn)一步減少。如圖1-9所示，晶核與其中的一個(gè)晶粒有某種位向關(guān)系，形成共格或半共格晶界，這在固態(tài)相變中是極常見的現(xiàn)象。其它面缺陷，如夾雜基體界面、堆垛層錯(cuò)和自由表面同樣可以減小形核功。位錯(cuò)形核 能量：提供畸變能，降低形核功；位錯(cuò)線保留補(bǔ)償錯(cuò)配，降低總應(yīng)變能，減小G*成分：位錯(cuò)線上溶質(zhì)原子偏聚，成分接近于新相；擴(kuò)散通道，有利核坯生長在fcc晶體中：堆垛層錯(cuò)能作為一個(gè)hcp析出物的潛在形核位置空位形核 空位提高擴(kuò)

18、散速度、消除錯(cuò)配應(yīng)變能，促進(jìn)形核；空位聚集成位錯(cuò)也促進(jìn)形核形核有利位置順序：均勻形核空位位錯(cuò)堆垛層錯(cuò)晶界或相界自由表面第22頁，共37頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)54分，星期二 第四節(jié) 固態(tài)相變中新相的長大一、新相長大機(jī)理 相界面向母相方向的遷移 從相變角度看，界面分為滑動(dòng)型界面和非滑動(dòng)型界面類別協(xié)同型非協(xié)同型溫度變化的影響非熱激活熱激活界面類型滑動(dòng)型(共格或半共格)非滑動(dòng)型(共格、半共格、非共格)母相與新相的成分成分相同成分相同成分不同擴(kuò)散過程無擴(kuò)散短程擴(kuò)散(越過界面)長程擴(kuò)散(通過母相點(diǎn)陣)界面或擴(kuò)散控制界面控制界面控制主要是界面控制主要是擴(kuò)散控制混合控制例子馬氏體轉(zhuǎn)變、孿生塊狀轉(zhuǎn)變、

19、有序化、多形性轉(zhuǎn)變、再結(jié)晶、晶粒長大脫溶、溶解、貝氏體轉(zhuǎn)變脫溶、溶解脫溶、溶解、共析分解、胞狀脫溶第23頁，共37頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)54分，星期二 第四節(jié) 固態(tài)相變中新相的長大滑動(dòng)型界面：共格或半共格界面，靠位錯(cuò)滑動(dòng)遷移，母相通過點(diǎn)陣切變 完成相變。非熱激活遷移 馬氏體轉(zhuǎn)變：半共格界面上母相一側(cè)的原子切變。大量原 子有規(guī)則地沿某一方向作小于一個(gè)原子間距的遷移，原子相 鄰關(guān)系不變：協(xié)同型長大。原子遷移距離都小于原子間距，非 擴(kuò)散型相變馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)的切變及引起的表面傾動(dòng)第24頁，共37頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)54分，星期二非滑動(dòng)型界面： 單個(gè)原子隨機(jī)地跳躍過界面，熱激活長大、

20、擴(kuò)散型長大、非協(xié)同型長大擴(kuò)散型長大時(shí)新相與母相的成分： 成分相同：同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變、塊狀轉(zhuǎn)變等，界面附近原子短程擴(kuò)散； 成分不同：共析轉(zhuǎn)變、脫溶轉(zhuǎn)變、貝氏體轉(zhuǎn)變等，新相的長大依賴溶質(zhì)原子在母相點(diǎn)陣中長程擴(kuò)散。貝氏體轉(zhuǎn)變：是熱激活長大，但具有類似滑動(dòng)界面遷移所產(chǎn)生的形狀改變共格或半共格界面：遷移率很低，連續(xù)長大困難為實(shí)現(xiàn)共格或半共格界面的法向長大，用臺(tái)階生長的機(jī)制來說明。強(qiáng)調(diào)：這里雖以非協(xié)同型相變來討論，臺(tái)階生長 機(jī)制也適合于協(xié)同型相變。非協(xié)同型長大，共格界面與非共格界面遷移率存在明顯差異第25頁，共37頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)54分，星期二 非共格界面：遷移率較高，松散、原子跳越容易因此可

21、以設(shè)想，在沒有彈性應(yīng)變能的影響時(shí)，為使總的界面能最小，臨界晶核由共格或半共格面和非共格界面聯(lián)合為界，由于非共格界面易遷移，共格或半共格界面難于移動(dòng)，晶核應(yīng)當(dāng)長大成薄的片或盤狀。第26頁，共37頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)54分，星期二二、新相的長大速度非擴(kuò)散型相變：通過點(diǎn)陣切變進(jìn)行，無需原子擴(kuò)散，新相長大速度很高擴(kuò)散型相變：界面遷移借助于原子擴(kuò)散，新相長大速度較低1. 成分不變的擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變長大 ：受界面過程控制 塊狀轉(zhuǎn)變、多形性轉(zhuǎn)變、再結(jié)晶和晶粒長大等。 長大時(shí)沒有成分的變化，只需原子在界面附近作短程擴(kuò)散， 令母相為，新相為，原子的振動(dòng)頻率為，原子由相進(jìn)入相激活能為Gm，兩相自由能差為G。

22、 單原子層厚度為，界面遷移速度 v = exp (- ) 1-exp(- )過冷度很小時(shí)，G很小 兩相自由能差是過冷度或溫度的函數(shù)，長大速度隨溫度降低而增大過冷度很大時(shí)，G kT，exp(-G/kT)忽略不計(jì)，長大速度長大速度主要取決于原子的擴(kuò)散，隨溫度下降呈指數(shù)下降?？梢姡弘S溫度降低，新相長大速度先增后減，兩頭小中間大。 第27頁，共37頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)54分，星期二2. 有成分變化的擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變長大 新相與母相的成分不同時(shí)，隨新相的形核和長大，在新相附近將產(chǎn)生一個(gè)溶質(zhì)原子的富集或貧化區(qū)，從而在母相中產(chǎn)生一個(gè)濃度梯度。在濃度梯度的作用下，溶質(zhì)原子在母相中發(fā)生擴(kuò)散，從而使界面不斷

23、向母相移動(dòng)。新相生長過程中，溶質(zhì)原子的濃度分布、原子擴(kuò)散及界面移動(dòng)第28頁，共37頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)54分，星期二界面移動(dòng)速度(即新相長大速度)，取決于界面結(jié)構(gòu)非共格界面：遷移率大，移動(dòng)速度受溶質(zhì)原子在母相中擴(kuò)散速度控制稱擴(kuò)散 控制型共格或半共格界面：遷移率很低，界面移動(dòng)速度將主要受界面遷移控制，而 不是溶質(zhì)原子的擴(kuò)散，稱為界面控制型混合控制型：介于兩者之間，如上圖。(1) 擴(kuò)散控制型長大： 無窮大片狀新相增厚(一維) ，界面推進(jìn)速度v 1). R (Dt)1/2，即析出物厚度或直徑的增加服從拋物線長大規(guī)律2). v (C0 - C )，即長大速度正比于過飽和度3). v (D/

24、t)1/2，即長大速度隨時(shí)間延長而減小第29頁，共37頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)54分，星期二合金成分和溫度對(duì)長大速度的影響:低過冷度：溫度高擴(kuò)散快，但過飽和度低，長大速度慢過冷度大：過飽和度大，但溫度低擴(kuò)散慢，長大速度慢 最大的長大速度出現(xiàn)在中間溫區(qū) 如果原始成分在虛線處，則其長大速度如右圖中虛線，由于溫度低擴(kuò)散慢以及過冷度小，長大速度較小。 溫度和成分對(duì)長大速度的影響第30頁，共37頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)54分，星期二擴(kuò)散控制型長大：片狀(或針狀?)新相厚度保持不變，徑向？生長 生長前沿只占界面的一小部分隨新相前伸，生長前沿不斷進(jìn)入新的母相區(qū)域在穩(wěn)定情況下包圍生長前沿的溶質(zhì)

25、原子貧化區(qū)，不因新相長大而變大長大速度保持恒定(2) 界面控制型長大 新舊相界面為共格或半共格界面，界面的法向移動(dòng)依靠臺(tái)階的橫向運(yùn)動(dòng)與非擴(kuò)散型相變不同，這里臺(tái)階的移動(dòng)需要溶質(zhì)原子的長距離擴(kuò)散。這種臺(tái)階長大類似于片狀新相的端面？長大。第31頁，共37頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)54分，星期二等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)圖：TTT圖(曲線) Temperature-Time-Transformation Curve等溫轉(zhuǎn)變過程中轉(zhuǎn)變分?jǐn)?shù)f與時(shí)間t、溫度T的函數(shù)關(guān)系的圖示轉(zhuǎn)變分?jǐn)?shù)f( t, T )：新相的體積分?jǐn)?shù)，轉(zhuǎn)變開始時(shí)f為0，轉(zhuǎn)變終了時(shí)f為1，擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變典型特征：TTT曲線C型孕育期：隨著轉(zhuǎn)變溫度由高到

26、低，孕育期先縮短，轉(zhuǎn)變加速；隨后孕育期又延長，轉(zhuǎn)變減慢。 中間溫度范圍得到最快轉(zhuǎn)變速度。解釋：過冷度與形核率、長大速度的關(guān)系：過冷度小：轉(zhuǎn)變的驅(qū)動(dòng)力很小，形核和長 大速度都很慢，轉(zhuǎn)變需要很長時(shí)間過冷度大：原子擴(kuò)散速度慢，限制了轉(zhuǎn)變 速度第五節(jié) 綜合轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)-TTT圖第32頁，共37頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)54分，星期二轉(zhuǎn)變后期，新相的總量將逐步趨于平衡。轉(zhuǎn)變產(chǎn)物中存在大量界面，自由能高，是組織粗化的主要驅(qū)動(dòng)力。一、彌散沉淀相的粗化-奧斯瓦爾德(Ostwald)熟化 相界面為曲面時(shí)，靠近相界面的母相中溶質(zhì)原子的平衡濃度與曲面的曲率半徑有關(guān)，吉布斯-湯姆斯(Gibbs-Thomson)定律：第六節(jié) 組織粗化c(r) c() V：相的摩爾體積 r1r2BC(r1)C(r2)球形析出相長大：大顆粒長大小顆粒變小直至消失第33頁，共37頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)54分，星期二 二、片狀和纖維狀組織的粗化片狀組織存在缺陷，成為