基于固态相变的退火技术.docx

基于固态相变的退火技术金属的固态相变退火是金属热加工的一种形式在金属机械加工中得到较为广泛的运用。其对相关操作人员有着一定的技术要求需要操作人员对整个固态相变退火的技艺有足够的了解。文章将就固态相变的退火技术进行相关的探讨。金属材料能否进行基于固态相变的退火其先决条件是它们在固态下有无相变而这可根据合金状态图及合金的成分来确定。显然无同素异型转变的纯金属和单相固液溶体合金不可能进行这奖退火。如果合金系状态图上有固态相变而且合金成分又位于有固态相变发生的成分范围（包括纯金属）则该合金或纯金属原则卜可进行这类退火。当然并非具有固态相变的金属和合金在实际上都能采用基于固态相变的退火。如果退火时发生的相变不能使金属合金的组织、结构和性能发生明显的符合需要的变化或者这些变化进行得极其缓慢则该金属合金在实际上就不能采用这类热处理形式。1.固态相变的基本类型我们所说的固态变相一般是指那些在转变过程中不仅有组织变化而且有晶格类型变化或（和）有序度变化或相组成物化学成分变化或某种物理性质跃变的固态转变。有些固态转变只有组织变化而尤其他变化如单相固溶体合金的均匀化过程以及无同素异型转变的纯金属和大多数单相固溶液合金在冷变形后的回复再结晶过程金属合金内部就只有组织变化即只有晶粒、亚晶粒大小和形状的变化；许多固态转变除了有组织变化之外还有其他（一种或几种）变化如一些纯金属的同素异型转变既有组织变化又有晶格类型的变化；脱溶和共析转变除了有组织变化之外还有晶格类型的变化以及相组成物化学成分的变化如果脱溶相是化合物还可能发生有序度的变化等这些固态转变就属于固态相变。2.固态相变时体系的能量变化和形核功和任何物质组态的自发转变一样金属合金的固态相变也是由高自由能转向低自由能组态转变。如果体系自由能以等压G表示则发生相变时应G＜0G为新相与旧相的自由能差。与液相结晶及固体熔化相比固态相变时的能量变化多―项应该变能增量。而应变能是相变的阻力加之固态下原子扩散缓慢所以固态相变需要较大的过冷度或过热度以增大相变驱动力。但是冷却时很大的过冷度可能抑制扩散型相变的发生只是将高温相态固定至室温即在冷却过程中不发生任何相变或者是在巨大的驱动力作用下发生另―类相变――无扩散刑相变。3.界面能和应变能对固态相变的影响固态相变时随着新相的形成体系的界面能和应变能增加。但是如果形成不同类型的相界界面能和应变能增加的程度是不同的。不难理解因为界面能和应变能的增加是相变的阻力相变将向界面能和应变能增加较小的方向发展因此界面能喝应变能的大小对固态相变的形核、长大至新相的形状和最终组织形态将有很大的影响。根据金属学原理已知根据相界原子排列的特点固态金属的相界主要有三种：共格相界、半共格相界、非共格相界。共格相界通常是指具有点阵弹性畸变的共格相界；半共格相界则可以认为是有弹性畸变的共格相界和位错所组成它类似小角度晶界；非共格相界则与大角度相界相似。4.非均匀形核固态相变时除少数情况是均匀形核外大多数都是非均匀形核即新相晶核常常在母相中的不连续处优先形成。4.1晶界形核晶界（以及亚晶界）有利于形核其可能原因主要有：（1）晶界具有较高的能量。晶界是母相中的现成界面其上有界面能。如果新相晶核在晶界上形成晶界某一部分消失这部分晶界的能量可以释放出来提供形核的需要因此式应写成G=-G1+Gs+GE-GB（2）晶界形核寸变能增晕较小。晶界原子排列较为紊乱结构较“松”形核时出现的相变应变可以较快地为塑性流变所松驰形核的应变能较小这就减小了相变阻力使形核（以及随后的长大）比较容易。（3）晶界上原子易于扩散。不难理解对于扩散型相变只要母相中的一个原子转移至临界晶核上去就会发生真正的形核过程这种原子的转移就是扩散而我们知道在较低温度范围内品界扩散比晶内扩散快得多。（4）晶界卜可能富集有利于形核的元素。在合金中存在着非平衡偏析的情况下晶界附近一般具有较高的溶质浓度。如果新相含有较高的溶质浓度这种富集于晶界的溶质元素就为晶界形核创造了有利的成分起伏条件。因为是非平衡偏析晶界能较高这也就为新相的形成创造厂有利的能虽起伏条件即可以减少形核功。在通常情况下晶界往往富集杂质。当杂质在晶界的富集提高晶界能时杂质也有助于晶界形核。4.2位错形核实验证明在位错处易于形核例如在光学金相显效镜卜就可以观察到AgCl中Ag沉淀在位错线上；许多加工材在随后热处理时新相晶核往往在滑移带以及滑移带相交处（包含着大量位错）形成。位错促进形核的主要原因主要有：（1）位错能最可提供形核需要。位错周围存在着应力场而具行能址