固态相变的特点精选PPT.ppt

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1、关于固态相变的特点第1页，讲稿共28张，创作于星期日第一节 概 述一一一一 固态相变的特点固态相变的特点固态相变的特点固态相变的特点界面能增加界面能增加界面能增加界面能增加11相相相相变变变变阻阻阻阻力力力力大大大大 额额额额外外外外弹弹弹弹性性性性应应应应变变变变能能能能：比比比比体体体体积积积积差差差差 固固固固态相变态相变态相变态相变扩散困难（新、旧相化学成分不同时）扩散困难（新、旧相化学成分不同时）扩散困难（新、旧相化学成分不同时）扩散困难（新、旧相化学成分不同时）困难困难困难困难 第2页，讲稿共28张，创作于星期日第一节 概 述一一一一 固态相变的特点固态相变的特点固态相变的特点固态

2、相变的特点22新相晶核与母相之间存在一定的晶体学位向关系新相晶核与母相之间存在一定的晶体学位向关系新相晶核与母相之间存在一定的晶体学位向关系新相晶核与母相之间存在一定的晶体学位向关系*新相的某一晶面和晶向分别与母相的某一晶面、晶向平行。新相的某一晶面和晶向分别与母相的某一晶面、晶向平行。新相的某一晶面和晶向分别与母相的某一晶面、晶向平行。新相的某一晶面和晶向分别与母相的某一晶面、晶向平行。共格共格共格共格界面类型界面类型界面类型界面类型 半共格半共格半共格半共格降低界面能降低界面能降低界面能降低界面能,形成共格、半共格界面形成共格、半共格界面形成共格、半共格界面形成共格、半共格界面位向关系位向

3、关系位向关系位向关系非共格非共格非共格非共格第3页，讲稿共28张，创作于星期日第一节 概 述一一一一 固态相变的特点固态相变的特点固态相变的特点固态相变的特点33惯习现象惯习现象惯习现象惯习现象*新相沿新相沿新相沿新相沿特定的晶向特定的晶向特定的晶向特定的晶向在母相在母相在母相在母相特定晶面特定晶面特定晶面特定晶面上形成。上形成。上形成。上形成。惯习方向惯习方向惯习方向惯习方向（母相）（母相）（母相）（母相）惯习面惯习面惯习面惯习面 原因：沿应变能最小的方向和界面能最低的界面发展。原因：沿应变能最小的方向和界面能最低的界面发展。原因：沿应变能最小的方向和界面能最低的界面发展。原因：沿应变能最小

4、的方向和界面能最低的界面发展。第4页，讲稿共28张，创作于星期日第一节 概 述一一一一 固态相变的特点固态相变的特点固态相变的特点固态相变的特点44母相晶体缺陷促进相变母相晶体缺陷促进相变母相晶体缺陷促进相变母相晶体缺陷促进相变点点点点缺陷类型缺陷类型缺陷类型缺陷类型线线线线晶格畸变、自由能高，促进形核及相变。晶格畸变、自由能高，促进形核及相变。晶格畸变、自由能高，促进形核及相变。晶格畸变、自由能高，促进形核及相变。面面面面（思考：晶粒细化对相变的影响）（思考：晶粒细化对相变的影响）（思考：晶粒细化对相变的影响）（思考：晶粒细化对相变的影响）第5页，讲稿共28张，创作于星期日第一节 概 述一一

5、一一 固态相变的特点固态相变的特点固态相变的特点固态相变的特点55易出现过渡相易出现过渡相易出现过渡相易出现过渡相*固态相变阻力大，直接转变困难固态相变阻力大，直接转变困难固态相变阻力大，直接转变困难固态相变阻力大，直接转变困难协调性中间产物（过渡相）协调性中间产物（过渡相）协调性中间产物（过渡相）协调性中间产物（过渡相）FeFe3 3CC +(3Fe+C)+(3Fe+C)例例例例 MM +Fe+Fe3 3C C第6页，讲稿共28张，创作于星期日 第一节 概 述二二二二 固态相变的分类固态相变的分类固态相变的分类固态相变的分类 11按相变过程中原子迁移情况按相变过程中原子迁移情况按相变过程中原

6、子迁移情况按相变过程中原子迁移情况（1 1）扩散型：依靠原子的长距离扩散；相界面非共格。）扩散型：依靠原子的长距离扩散；相界面非共格。）扩散型：依靠原子的长距离扩散；相界面非共格。）扩散型：依靠原子的长距离扩散；相界面非共格。（如如如如珠珠珠珠光光光光体体体体、奥奥奥奥氏氏氏氏体体体体转转转转变变变变，Fe,CFe,C都都都都可可可可扩扩扩扩散散散散。）（2 2）非非非非扩散型：旧相原子有规则地、协调一致地通过扩散型：旧相原子有规则地、协调一致地通过扩散型：旧相原子有规则地、协调一致地通过扩散型：旧相原子有规则地、协调一致地通过 切变转移到新相中；相界面共格、原子间的相邻切变转移到新相中；相界

7、面共格、原子间的相邻切变转移到新相中；相界面共格、原子间的相邻切变转移到新相中；相界面共格、原子间的相邻关系不变；化学成分不变。关系不变；化学成分不变。关系不变；化学成分不变。关系不变；化学成分不变。（如马氏体转变，（如马氏体转变，（如马氏体转变，（如马氏体转变，Fe,CFe,C都不扩散。）都不扩散。）都不扩散。）都不扩散。）（3 3）半扩散型：既有切变，又有扩散。）半扩散型：既有切变，又有扩散。）半扩散型：既有切变，又有扩散。）半扩散型：既有切变，又有扩散。（如贝氏体转变，（如贝氏体转变，（如贝氏体转变，（如贝氏体转变，FeFe切变，切变，切变，切变，C C扩散。）扩散。）扩散。）扩散。）第

8、7页，讲稿共28张，创作于星期日第一节 概 述二二二二 固态相变的分类固态相变的分类固态相变的分类固态相变的分类 22按相变方式分类按相变方式分类按相变方式分类按相变方式分类 （1 1）有有有有核核核核相相相相变变变变：有有有有形形形形核核核核阶阶阶阶段段段段，新新新新相相相相核核核核心心心心可可可可均均均均匀匀匀匀形形形形成成成成，也也也也可可可可择优形成。大多数固态相变属于此类。择优形成。大多数固态相变属于此类。择优形成。大多数固态相变属于此类。择优形成。大多数固态相变属于此类。（2 2）无无无无核核核核相相相相变变变变：无无无无形形形形核核核核阶阶阶阶段段段段，以以以以成成成成分分分分起

9、起起起伏伏伏伏作作作作为为为为开开开开端端端端，新新新新旧旧旧旧相相相相间间间间无明显界面，如调幅分解。无明显界面，如调幅分解。无明显界面，如调幅分解。无明显界面，如调幅分解。第8页，讲稿共28张，创作于星期日 第一节 概 述二二固态相变的分类固态相变的分类 33按热力学函数变化分类按热力学函数变化分类 （1）一一一一级级级级相相相相变变变变：相相相相变变变变时时时时两两两两相相相相的的的的化化化化学学学学位位位位相相相相等等等等，而而而而化化化化学学学学位位位位对对对对温温温温度度度度及及及及压压压压力力力力的的的的一一一一阶阶阶阶偏偏偏偏微微微微分分分分（S,VS,V）不不等等的的相相变变

10、。伴伴随随潜潜热热的的释释放放和和体体积积的的改改变变。如如蒸蒸发发、升华、熔化以及大多数固态晶型转变属于此类。升华、熔化以及大多数固态晶型转变属于此类。（2 2）二二二二级级级级相相相相变变变变：相相相相变变变变时时时时两两两两相相相相的的的的化化化化学学学学位位位位相相相相等等等等，化化化化学学学学位位位位的的的的一一一一阶阶阶阶偏偏偏偏微微微微分分分分也也也也相相相相等等等等，但但但但二二二二阶阶阶阶偏偏偏偏微微微微分分分分不不不不相相相相等等等等的的的的相相相相变变变变。没没没没有有有有相相相相变变变变潜潜潜潜热热热热和和和和体体体体积积积积改改改改变变变变，有有有有比比比比容容容容、

11、压压压压缩缩缩缩系系系系数数数数、膨膨膨膨胀胀胀胀系系系系数数数数变变变变化化化化，如如如如磁磁磁磁性性性性转转转转变变变变、有有有有序序序序无无无无序序序序转转转转变变变变、超超超超导导导导转变等属于此类。转变等属于此类。转变等属于此类。转变等属于此类。第9页，讲稿共28张，创作于星期日 第一节 概 述三三三三 常见固态相变类型常见固态相变类型常见固态相变类型常见固态相变类型相变名称相变名称相变特征相变特征同素异构转变同素异构转变同素异构转变同素异构转变同一种元素通过形核与长大发生晶体结构的变化同一种元素通过形核与长大发生晶体结构的变化同一种元素通过形核与长大发生晶体结构的变化同一种元素通过

12、形核与长大发生晶体结构的变化多型性转变多型性转变多型性转变多型性转变合金中晶体结构的变化合金中晶体结构的变化合金中晶体结构的变化合金中晶体结构的变化脱溶转变脱溶转变脱溶转变脱溶转变过饱和固溶体脱溶分解出亚稳定或稳定的第二相过饱和固溶体脱溶分解出亚稳定或稳定的第二相过饱和固溶体脱溶分解出亚稳定或稳定的第二相过饱和固溶体脱溶分解出亚稳定或稳定的第二相共析转变共析转变共析转变共析转变一个固相转变为两个结构不同的固相一个固相转变为两个结构不同的固相一个固相转变为两个结构不同的固相一个固相转变为两个结构不同的固相包包包包析析析析转转转转变变变变 两两两两个个个个不不不不同同同同结结结结构构构构的的的的固

13、固固固相相相相转转转转变变变变为为为为一一一一个个个个新新新新的的的的固固固固相相相相，组组组组织织织织中中中中一般一般一般一般有某相残余有某相残余有某相残余有某相残余马马马马氏氏氏氏体体体体转转转转变变变变 新新新新旧旧旧旧相相相相之之之之间间间间成成成成分分分分不不不不变变变变、切切切切变变变变进进进进行行行行、有有有有严严严严格格格格位位位位向向向向关关关关系系系系、有有有有浮凸效应浮凸效应浮凸效应浮凸效应贝氏体转变贝氏体转变贝氏体转变贝氏体转变兼具马氏体和扩散转变的特点，借助铁的切变和碳的扩兼具马氏体和扩散转变的特点，借助铁的切变和碳的扩兼具马氏体和扩散转变的特点，借助铁的切变和碳的扩

14、兼具马氏体和扩散转变的特点，借助铁的切变和碳的扩散进行散进行散进行散进行调幅分解调幅分解调幅分解调幅分解非形核转变，固溶体分解成结构相同但成分不同的两相非形核转变，固溶体分解成结构相同但成分不同的两相非形核转变，固溶体分解成结构相同但成分不同的两相非形核转变，固溶体分解成结构相同但成分不同的两相有序化转变有序化转变有序化转变有序化转变合金元素原子从无规则排列到有规则排列，担结构不变。合金元素原子从无规则排列到有规则排列，担结构不变。合金元素原子从无规则排列到有规则排列，担结构不变。合金元素原子从无规则排列到有规则排列，担结构不变。第10页，讲稿共28张，创作于星期日第二节固态相变的形核与长大

15、一一一一 均匀形核（能量条件）均匀形核（能量条件）均匀形核（能量条件）均匀形核（能量条件）11形核时的能量变化形核时的能量变化形核时的能量变化形核时的能量变化相变驱动力相变驱动力相变驱动力相变驱动力（1 1）化学自由能（体积自由能，）化学自由能（体积自由能，）化学自由能（体积自由能，）化学自由能（体积自由能，GvGv）GvGvT T曲线曲线曲线曲线随成分变化随成分变化随成分变化随成分变化第11页，讲稿共28张，创作于星期日第二节固态相变的形核与长大 一一一一 均匀形核（能量条件）均匀形核（能量条件）均匀形核（能量条件）均匀形核（能量条件）11形核时的能量变化形核时的能量变化形核时的能量变化形核

16、时的能量变化相变阻力相变阻力相变阻力相变阻力（2 2）界面能（）界面能（）界面能（）界面能（，S S ）取决于界面结构取决于界面结构取决于界面结构取决于界面结构T T越大，晶核越小，越大，晶核越小，越大，晶核越小，越大，晶核越小，SS 大大大大 共共共共格格格格/半半半半共格共格共格共格（与过冷度有关）（与过冷度有关）（与过冷度有关）（与过冷度有关）T T越小，晶核越大，越小，晶核越大，越小，晶核越大，越小，晶核越大，S S 小小小小非共格非共格非共格非共格第12页，讲稿共28张，创作于星期日第二节固态相变的形核与长大 一一均匀形核（能量条件）均匀形核（能量条件）11形核时的能量变化形核时的能

17、量变化形核时的能量变化形核时的能量变化（3 3）应变能）应变能）应变能）应变能(,V,V )相变阻力相变阻力相变阻力相变阻力共格应变能：共格大，半共格小，非共格共格应变能：共格大，半共格小，非共格共格应变能：共格大，半共格小，非共格共格应变能：共格大，半共格小，非共格00 分分分分类类类类 比比比比体体体体积积积积差差差差球状最大球状最大球状最大球状最大 体体体体积积积积应应应应变变变变能能能能 新新新新相相相相几几几几何何何何形形形形状状状状 片状最小片状最小片状最小片状最小 针状居中针状居中针状居中针状居中第13页，讲稿共28张，创作于星期日第二节固态相变的形核与长大 一一一一 均匀形核（

18、能量条件）均匀形核（能量条件）均匀形核（能量条件）均匀形核（能量条件）22形核的能量条件形核的能量条件形核的能量条件形核的能量条件G GV V Gv+SGv+S +V+V 00r rK K=2=2 /(/(Gv-Gv-)G GK K=16=16/3(/3(Gv-Gv-)2 2第14页，讲稿共28张，创作于星期日第二节固态相变的形核与长大 二二二二 非均匀形核（能量条件）非均匀形核（能量条件）非均匀形核（能量条件）非均匀形核（能量条件）固固固固态态态态相相相相变变变变均均均均匀匀匀匀形形形形核核核核的的的的可可可可能能能能性性性性很很很很小小小小，非非非非均均均均匀匀匀匀形形形形核核核核（依依依

19、依靠靠靠靠晶晶晶晶体体体体缺陷）是主要的形核方式。缺陷）是主要的形核方式。缺陷）是主要的形核方式。缺陷）是主要的形核方式。第15页，讲稿共28张，创作于星期日第二节固态相变的形核与长大 二二二二 非均匀形核（能量条件）非均匀形核（能量条件）非均匀形核（能量条件）非均匀形核（能量条件）11不同晶体缺陷对形核的作用不同晶体缺陷对形核的作用能量高，降低能量高，降低能量高，降低能量高，降低G GK（1 1）晶界形核）晶界形核）晶界形核）晶界形核结构混乱，降低结构混乱，降低结构混乱，降低结构混乱，降低 易扩散、偏析，利于扩散相变易扩散、偏析，利于扩散相变易扩散、偏析，利于扩散相变易扩散、偏析，利于扩散相

20、变 新新新新相相相相/母母母母相相相相形形形形成成成成共共共共格格格格、半半半半共共共共格格格格界界界界面降面降面降面降低界面能低界面能第16页，讲稿共28张，创作于星期日第二节固态相变的形核与长大 二二非均匀形核（能量条件）非均匀形核（能量条件）11不同晶体缺陷对形核的作用不同晶体缺陷对形核的作用不同晶体缺陷对形核的作用不同晶体缺陷对形核的作用能量高，降低能量高，降低GK（1 1）晶界形核）晶界形核）晶界形核）晶界形核结构混乱，降低结构混乱，降低结构混乱，降低结构混乱，降低 易扩散、偏析，利于扩散相变易扩散、偏析，利于扩散相变新新相相/母母母母相相相相形形形形成成成成共共共共格格格格、半半半

21、半共共共共格格格格界面降界面降界面降界面降低界面能低界面能低界面能低界面能第17页，讲稿共28张，创作于星期日第二节固态相变的形核与长大 二二二二 非均匀形核（能量条件）非均匀形核（能量条件）非均匀形核（能量条件）非均匀形核（能量条件）11不同晶体缺陷对形核的作用不同晶体缺陷对形核的作用不同晶体缺陷对形核的作用不同晶体缺陷对形核的作用新新新新相相相相生生生生成成成成处处处处位位位位错错错错消消消消失失失失，能能能能力力力力释释释释放放放放，提提提提高高高高驱动力驱动力驱动力驱动力（2 2）位位位位错错错错形形形形核核核核 位位位位错错错错不不不不消消消消失失失失，可可可可作作作作为为为为半半半

22、半共共共共格格格格界界界界面面面面的的的的形形形形成成成成部分部分部分部分易于发生偏聚，有利于成分起伏易于发生偏聚，有利于成分起伏易于发生偏聚，有利于成分起伏易于发生偏聚，有利于成分起伏易于扩散，有利于发生扩散型相变易于扩散，有利于发生扩散型相变易于扩散，有利于发生扩散型相变易于扩散，有利于发生扩散型相变第18页，讲稿共28张，创作于星期日第二节固态相变的形核与长大 二二非均匀形核（能量条件）非均匀形核（能量条件）11不同晶体缺陷对形核的作用不同晶体缺陷对形核的作用 促进扩散促进扩散促进扩散促进扩散（3 3）空位形核）空位形核）空位形核）空位形核新相生成处空位消失，提供能量新相生成处空位消失，

23、提供能量新相生成处空位消失，提供能量新相生成处空位消失，提供能量空位群可凝结成位错空位群可凝结成位错空位群可凝结成位错空位群可凝结成位错（在过饱和固溶体的脱溶析出过程中，（在过饱和固溶体的脱溶析出过程中，（在过饱和固溶体的脱溶析出过程中，（在过饱和固溶体的脱溶析出过程中，空位作用更明显。）空位作用更明显。）空位作用更明显。）空位作用更明显。）第19页，讲稿共28张，创作于星期日第二节固态相变的形核与长大 二二二二 非均匀形核（能量条件）非均匀形核（能量条件）非均匀形核（能量条件）非均匀形核（能量条件）22非均匀形核的能力变化非均匀形核的能力变化非均匀形核的能力变化非均匀形核的能力变化G GV

24、V Gv+SGv+S +V+V G GDD G GDD晶体缺陷导致系统降低的能量。晶体缺陷导致系统降低的能量。晶体缺陷导致系统降低的能量。晶体缺陷导致系统降低的能量。第20页，讲稿共28张，创作于星期日第二节固态相变的形核与长大 三三三三 晶核的长大晶核的长大晶核的长大晶核的长大 11长大机制长大机制长大机制长大机制切变长大切变长大切变长大切变长大（1 1）半共格界面）半共格界面）半共格界面）半共格界面台阶式长大台阶式长大台阶式长大台阶式长大原子直接迁移原子直接迁移原子直接迁移原子直接迁移（2 2）非共格界面）非共格界面）非共格界面）非共格界面原子迁移至新相台阶端部原子迁移至新相台阶端部原子迁

25、移至新相台阶端部原子迁移至新相台阶端部 第21页，讲稿共28张，创作于星期日第二节固态相变的形核与长大 三三三三 晶核的长大晶核的长大晶核的长大晶核的长大22新相长大速度新相长大速度新相长大速度新相长大速度新相生成时无成分变化（有结构、有序度变化）新相生成时无成分变化（有结构、有序度变化）新相生成时无成分变化（有结构、有序度变化）新相生成时无成分变化（有结构、有序度变化）（1 1）界面控制长大界面控制长大界面控制长大界面控制长大u=u=exp(-Q/kT)1-exp(-exp(-Q/kT)1-exp(-Gv/kT)Gv/kT)新相生成时有成分变化新相生成时有成分变化新相生成时有成分变化新相生成

26、时有成分变化（2 2）扩散控制长大）扩散控制长大）扩散控制长大）扩散控制长大u=dx/dt=(u=dx/dt=(CC /x)D/(Cx)D/(C -C-C )第22页，讲稿共28张，创作于星期日第二节固态相变的形核与长大 三三三三 晶核的长大晶核的长大晶核的长大晶核的长大（3 3）相变动力学）相变动力学）相变动力学）相变动力学 f f=1-exp(-bt=1-exp(-btn n)2h第23页，讲稿共28张，创作于星期日第三节过饱和固溶体的分解 一一一一 脱溶（时效）转变脱溶（时效）转变脱溶（时效）转变脱溶（时效）转变11概念：脱溶转变概念：脱溶转变概念：脱溶转变概念：脱溶转变22脱溶转变过程

27、脱溶转变过程脱溶转变过程脱溶转变过程 相相相相的的的的名名名名称称称称形形形形貌貌貌貌尺尺尺尺寸寸寸寸结结结结构构构构点点点点阵阵阵阵常常常常数数数数共共共共格格格格关关关关系系系系强强强强化化化化作作作作用用用用33脱溶动力学脱溶动力学脱溶动力学脱溶动力学第24页，讲稿共28张，创作于星期日第三节过饱和固溶体的分解 二二二二 调幅分解调幅分解调幅分解调幅分解 11概念：调幅分解概念：调幅分解概念：调幅分解概念：调幅分解22调幅分解的热力学条件和决定因素调幅分解的热力学条件和决定因素调幅分解的热力学条件和决定因素调幅分解的热力学条件和决定因素33调幅分解的特点调幅分解的特点调幅分解的特点调幅分

28、解的特点第25页，讲稿共28张，创作于星期日 第三节第三节过饱和固溶体的分解 二二二二 调幅分解调幅分解调幅分解调幅分解 11概念：调幅分解概念：调幅分解概念：调幅分解概念：调幅分解22调幅分解的热力学条件和决定因素调幅分解的热力学条件和决定因素调幅分解的热力学条件和决定因素调幅分解的热力学条件和决定因素33调幅分解的特点调幅分解的特点调幅分解的特点调幅分解的特点第26页，讲稿共28张，创作于星期日第四节 金属中固态相变要点 一一一一 概念概念概念概念1晶粒度（晶粒度（晶粒度（晶粒度（3 3种种2奥氏体稳定化（奥氏体稳定化（2 2种）种）33回火脆性（回火脆性（回火脆性（回火脆性（2种）种）种）种）二二二二 马氏体相变马氏体相变马氏体相变马氏体相变11马氏体相变特点。马氏体相变特点。2马氏体高强度高硬度的原因。马氏体高强度高硬度的原因。马氏体高强度高硬度的原因。马氏体高强度高硬度的原因。三三三三 相变总结相变总结相变总结相变总结参考参考参考参考 教案教案教案教案 第九章第九章第九章第九章二）二）二）二）金属固态相变金属固态相变金属固态相变金属固态相变第27页，讲稿共28张，创作于星期日感谢大家观看第28页，讲稿共28张，创作于星期日