《金屬固態(tài)相變概論》課件

《金屬固態(tài)相變概論》PPT課件金屬固態(tài)相變的基本概念金屬固態(tài)相變的熱力學(xué)基礎(chǔ)金屬固態(tài)相變的晶體學(xué)基礎(chǔ)金屬固態(tài)相變的動力學(xué)模型金屬固態(tài)相變的微觀機制金屬固態(tài)相變的應(yīng)用與實例分析contents目錄金屬固態(tài)相變的基本概念01金屬固態(tài)相變金屬在固態(tài)下發(fā)生的結(jié)構(gòu)變化，表現(xiàn)為晶體結(jié)構(gòu)、原子排列和晶體缺陷的改變。固態(tài)相變與液態(tài)相變區(qū)別液態(tài)相變涉及物質(zhì)的三態(tài)變化，而固態(tài)相變僅涉及物質(zhì)的兩態(tài)變化，即固態(tài)和固態(tài)之間的轉(zhuǎn)變。金屬固態(tài)相變的定義通過原子擴散實現(xiàn)，包括有序無序轉(zhuǎn)變、共格/半共格相變等。擴散型相變不涉及原子擴散，如馬氏體相變。無擴散型相變在晶體界面上發(fā)生的相變，如薄膜制備中的相變。界面型相變金屬固態(tài)相變的類型由于自由能變化引起的相變，決定相變的方向和類型。熱力學(xué)驅(qū)動力動力學(xué)驅(qū)動力外加應(yīng)力驅(qū)動力由于原子擴散速度不同引起的相變，決定相變的速率。外部施加應(yīng)力引起的相變，如應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變。030201金屬固態(tài)相變的驅(qū)動力金屬固態(tài)相變的熱力學(xué)基礎(chǔ)02研究熱現(xiàn)象的物理化學(xué)變化的學(xué)科。熱力學(xué)被研究的對象及其周圍環(huán)境所組成的系統(tǒng)。熱力學(xué)系統(tǒng)描述系統(tǒng)性質(zhì)的宏觀狀態(tài)。熱力學(xué)狀態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)變化的過程。熱力學(xué)過程熱力學(xué)基本概念熱力學(xué)第一定律能量守恒定律能量不能憑空產(chǎn)生，也不能消失，只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式。熱力學(xué)第一定律表達式ΔU=Q+W，其中ΔU是系統(tǒng)內(nèi)能的變化，Q是系統(tǒng)吸收的熱量，W是系統(tǒng)對外做的功。03熱力學(xué)第二定律的意義它揭示了自然界的不可逆過程，即過程具有方向性，不可逆過程總是向著熵增加的方向進行。01熵增加原理在封閉系統(tǒng)中，自發(fā)過程總是向著熵增加的方向進行，即熵不會減少。02熱力學(xué)第二定律表達式對于封閉系統(tǒng)，總是有ΔS≥0。熱力學(xué)第二定律金屬固態(tài)相變的晶體學(xué)基礎(chǔ)03

晶體結(jié)構(gòu)與相變晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與相變相變過程中，晶體結(jié)構(gòu)會發(fā)生改變，從一種穩(wěn)定結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。晶體結(jié)構(gòu)與相變驅(qū)動力相變驅(qū)動力是促使相變發(fā)生的外界能量，如溫度、壓力等，這些能量會促使晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變。晶體結(jié)構(gòu)與相變過程相變過程中，晶體結(jié)構(gòu)的變化是有序的，遵循一定的晶體學(xué)規(guī)律，如對稱性、空間群等。晶體缺陷與相變過程在相變過程中，晶體缺陷可以作為相變過程的“種子”，促進新相的形成和生長。晶體缺陷與相變驅(qū)動力晶體缺陷的存在可以降低相變的能量壁壘，從而影響相變的驅(qū)動力和過程。晶體缺陷類型晶體缺陷包括點缺陷、線缺陷、面缺陷和體缺陷等，這些缺陷對相變過程產(chǎn)生重要影響。晶體缺陷與相變123在相變過程中，晶體的取向會影響新相的形成和生長，從而影響相變過程。晶體取向與相變過程晶體的取向可以影響相變的驅(qū)動力，從而影響相變過程。晶體取向與相變驅(qū)動力晶體的取向可以影響相變的機制，如擴散型相變或位移型相變等。晶體取向與相變機制晶體取向與相變金屬固態(tài)相變的動力學(xué)模型04擴散型相變在擴散型相變中，原子通過擴散來遷移到新的位置，形成新的相。這種類型的相變通常需要較高的溫度，因為原子需要足夠的能量才能克服勢壘進行擴散。擴散系數(shù)與激活能擴散系數(shù)與激活能之間存在指數(shù)關(guān)系，表明擴散系數(shù)隨著激活能的增加而減小。相變過程在擴散型相變中，新相的形成是通過原子在母相中的擴散和聚集來實現(xiàn)的。Arrhenius方程描述了擴散系數(shù)與溫度的關(guān)系。擴散系數(shù)隨著溫度的升高而增大。擴散型相變動力學(xué)模型非擴散型相變連續(xù)重組模型相變驅(qū)動力轉(zhuǎn)變溫度非擴散型相變動力學(xué)模型01020304在非擴散型相變中，新相的形成不需要原子擴散，而是通過母相的連續(xù)重組來實現(xiàn)的。描述了非擴散型相變的機制，其中母相的原子通過連續(xù)的振動和重組形成新的有序結(jié)構(gòu)。非擴散型相變的驅(qū)動力是母相與新相之間的自由能差異，這種差異促使母相向新相轉(zhuǎn)變。非擴散型相變通常在較低的溫度下發(fā)生，因為不需要原子擴散。連續(xù)型相變是一種介于擴散型和非擴散型之間的相變類型，其中原子在相變過程中進行有限的擴散和重組。連續(xù)型相變描述了連續(xù)型相變的機制，其中原子在有限的距離內(nèi)進行擴散和重組，形成新的有序結(jié)構(gòu)。有限擴散模型連續(xù)型相變的機制涉及原子之間的相互作用和能量傳遞，這些因素共同決定了相變的速率和過程。轉(zhuǎn)變機制連續(xù)型相變的轉(zhuǎn)變速率隨著溫度的升高而增大，但增長速度低于指數(shù)關(guān)系。溫度與轉(zhuǎn)變速率的關(guān)系連續(xù)型相變動力學(xué)模型金屬固態(tài)相變的微觀機制05在均勻的母相中，通過跨越能量勢壘產(chǎn)生新的相核，其形核率較低。均勻形核在母相中的某些晶界、位錯或第二相顆粒表面，通過降低形核功實現(xiàn)形核，其形核率較高。非均勻形核形核機制新相的長大通過原子或分子的擴散實現(xiàn)，長大速率受擴散速率控制。擴散控制長大新相的長大通過界面遷移實現(xiàn)，長大速率受界面遷移速率控制。界面控制長大長大機制描述新相與母相界面隨時間的變化行為，包括界面能的降低和界面結(jié)構(gòu)的演化。研究界面遷移的微觀機制，包括原子或分子的吸附、解吸以及跳躍等過程。界面動力學(xué)界面遷移機制界面穩(wěn)定性金屬固態(tài)相變的應(yīng)用與實例分析06金屬固態(tài)相變在材料科學(xué)中具有廣泛的應(yīng)用，如鋼鐵、有色金屬、合金等材料的制備和加工。通過控制金屬固態(tài)相變的溫度、壓力和時間等參數(shù)，可以獲得具有特定性能和組織結(jié)構(gòu)的材料，滿足不同領(lǐng)域的需求。例如，通過控制鋼的固態(tài)相變過程，可以獲得具有高強度、高韌性、高耐磨性和耐腐蝕性的鋼材，廣泛應(yīng)用于機械、建筑、交通等領(lǐng)域。金屬固態(tài)相變在材料科學(xué)中的應(yīng)用金屬固態(tài)相變在工業(yè)生產(chǎn)中具有廣泛的應(yīng)用，如金屬熱處理、鑄造、焊接等工藝過程。通過控制金屬固態(tài)相變的條件和過程，可以提高金屬材料的性能和產(chǎn)品質(zhì)量，降低能耗和生產(chǎn)成本。例如，在鑄造過程中，通過控制金屬的固態(tài)相變條件，可以獲得具有優(yōu)良力學(xué)性能和耐腐蝕性能的鑄件，廣泛應(yīng)用于汽車、航空航天、化工等領(lǐng)域。金屬固態(tài)相變在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用金屬固態(tài)相變的實例分析是理解金屬固態(tài)相變原理和應(yīng)用的重要手段。通過對不同金屬材料的固態(tài)相變過程進行實驗研究和理論分析，可以深