固态相变基础.pptx

第一编热处理原理一、按相变过程中原子的运动特点分类1.扩散型相变：相变借助原子热激活运动进行，原子运动大于原子间距。长程扩散：短程扩散：脱溶分解：由过饱和固溶体中析出新相的过程，(+)共析转变：冷却时一个固相()分解为结构不同的两个新相和混合物的相变，(+)钢在冷却时由奥氏体转变为珠光体(铁素体与渗碳体的混合物)即属于共析转变。有序化转变：是指固溶体组元原子从无序排列到有序排列的转变过程，(无序)(有序)块状转变：新相的成分与母相一样，但晶体结构不同。例如，纯铁或低碳钢在一定的冷却速度下相可以转变为与之具有相同成分而形貌呈块状的相。新相的长大是通过原子的短程扩散而实现的。纯铁、铜锌等合金中发生块状转变。多形性转变：纯金属中晶体结构的转变，如纯铁中转变。这种转变本身在生产上没有多少实际意义，但以此转变为基础的Fe的固溶体发生的固态相变是钢的热处理的基础。调幅分解：某些合金在高温下具有均匀单相固溶体，但冷却到某一温度范围时可分解成为与原固溶体结构相同但成分不同的两个微区如→1+2特点：在转变初期形成的两个微区之间并无明显界面和成分突变，但通过扩散，最终使原来的单相固溶体分解成两个共格相。二、按平衡状态分类平衡相变：缓慢加热、冷却，获得符合平衡状态图的平衡组织，多形性转变、平衡脱溶转变、共析转变、有序化转变等。非平衡相变：加热或冷却很快，平衡相变被抑制，发生某些平衡状态图上不能反映的转变并获得不平衡或亚稳态的组织，马氏体转变、贝氏体转变、非平衡脱溶沉淀，伪共析转变属于非平衡相变。就热处理工艺而言，非平衡相变具有更为重要的意义。，，2，二级相变相变时新旧两相的化学势相等，其一级偏微商也相等，即S＝S，V＝V，但二级偏微商不等，说明在二级相变时，无相变潜热和体积改变，但比热、压缩系数和膨胀系数有突变。材料的部分有序化转变、磁性转变以及超导体转变均属于二级相变。第二节金属固态相变的基本特征与液态金属结晶一样，其相变驱动力也来自新相与母相的自由能差，也通过形核与长大过程来完成。但因相变前后均为固态，故有以下几个特点。一、界面和界面能固/固相界面可按结构特点分为：共格界面：界面两侧的两个相的原子能一一对应，相互保持匹配。半共格界面：由于界面两侧的原子间距不同，界面上只有部分原子能够依靠弹性畸变保持匹配，在不能匹配的位置将形成刃型位错。非共格界面：两相的原子间距差别太大，在界面上两侧原子不能保持匹配。界面能：界面上原子排列的不规则性将导致界面能的升高，因此非共格界面能最高，半共格界面次之，共格界面能最低。界面能的意义界面能的大小对新相的形核、长大以及转变后的组织形态有很大影响。若新相具有和母相相同的点阵结构和近似的点阵常数，则新相可以与母相形成低能量的共格界面。此时，新相将成针状，以保持共格界面，使界面能保持最低。如新相与母相的晶体结构不同，这时新相与母相之间可能存在一个共格或半共格界面，其它面则是高能的非共格界面。为了降低能量，新相的形态将是一个圆盘。圆盘面为共格界面，而圆盘的边为非共格界面非共格新相，所有的界面都是高能界面，大致为球形，但也不排除由于不同方向界面能差异而形成多面体。二、惯习面和新、旧两相间的位向关系惯习面：针状新相的长轴或片状新相的主平面常平行于母相的某一晶面，或者说新相在母相一定晶面族上形成，用母相的晶面指数表示。如高碳钢中透镜马氏体的主平面与奥氏体的{225}或{259}平行。原因：减小两相的界面能对组织影响：由于一个晶面族包括若干在空间互成一定角度的晶面，故沿惯习面形成的针状及片状新相将成一定角度或相互平行。位相关系：惯习面存在表明新相与母相存在一定晶体学位向关系。因为两相的晶体各自相对于惯习面的位向关系是确定的，彼此间位向关系确定：两相的某些低指数晶向和某些低指数晶面相互平行。例如，低碳钢发生马氏体转变时，马氏体总是在奥氏体的{111}上形成，{110}//{111}；<111>//<110>新相与母相间为共格或半共格界面时，两相间必然存在一定的晶体学位向关系；两相间无一定的位向关系，则其界面必定为非共格的。存在晶体学位向关系，未必具有共格或半共格界面，因为新相在长大过程中，其界面的共格性已被破坏。三、弹性应变能弹性应变能：新相与母相间存在点阵错配和体积错配时引起的应变能点阵错配：两相在界面上原子间距不同，在共格界面附近产生应变能，称为共格应变能，共格界面最大，半共格界面次之，非共格界面为零。体积错配：新相和母相的比体积不同，新相受到周围母相的约束以致不能自由胀缩，产生比体积差应变能。非共格界面条件下，比体积差应变能与新相几何形状之间的关系：新相呈球状时应变能最大，圆盘(片)状最小，针(棒)状居中。固态相变的阻力：界面能和弹性应变能与结晶相比，