固态相变的特点 (2)课件.ppt

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1、关于固态相变的特点(2)现在学习的是第1页，共28页第一节 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相变阻力大相变阻力大相变阻力大相变阻力大额外弹性应变能：比体积差额外弹性应变能：比体积差额外弹性应变能：比体积差额外弹性应变能：比体积差固态相变固态相变固态相变固态相变扩散困难（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 现在学习的是第2页，共28页第一节 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

2、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关系

3、位向关系位向关系非共格非共格非共格非共格现在学习的是第3页，共28页第一节 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：沿应变能最小的方向和界

4、面能最低的界面发展。现在学习的是第4页，共28页第一节 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）现在学习的是第5页，共28页第一节 概 述一一一一 固态相变的特点固

5、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现在学习的是第6页，共28页 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子迁移情况按相变过程中原子迁

6、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；相界面共格、原子间的相邻切变转移

7、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。）现在学习的是第7页，共28页第

8、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择择择优优优优形成。大多数固态相变属于此类。形成。大多数固态相变属于此类。形成。大多数固态相变属于此类。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起起起伏伏伏伏作作作作为为为为开开

9、开开端端端端，新新新新旧旧旧旧相间无明显界面，如调幅分解。相间无明显界面，如调幅分解。相间无明显界面，如调幅分解。相间无明显界面，如调幅分解。现在学习的是第8页，共28页 第一节 概 述二二固态相变的分类固态相变的分类 3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,V）不不不不等等等等的的的的相相相相变变变变。伴伴伴伴随随随随潜潜潜潜热热

10、热热的的的的释释释释放放放放和和和和体体体体积积积积的的的的改改改改变变变变。如如如如蒸蒸蒸蒸发发发发、升升升升华华华华、熔熔熔熔化化化化以以以以及大多数固态晶型转变属于此类。及大多数固态晶型转变属于此类。及大多数固态晶型转变属于此类。及大多数固态晶型转变属于此类。（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

11、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、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。现在学习的是第9页，共28页 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

12、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

13、不同的固相包析转变包析转变包析转变包析转变两个不同结构的固相转变为一个新的固相，组织中一般两个不同结构的固相转变为一个新的固相，组织中一般两个不同结构的固相转变为一个新的固相，组织中一般两个不同结构的固相转变为一个新的固相，组织中一般有某相残余有某相残余有某相残余有某相残余马氏体转变马氏体转变马氏体转变马氏体转变新旧相之间成分不变、切变进行、有严格位向关系、有新旧相之间成分不变、切变进行、有严格位向关系、有新旧相之间成分不变、切变进行、有严格位向关系、有新旧相之间成分不变、切变进行、有严格位向关系、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

14、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

15、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。现在学习的是第10页，共28页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现在学习的是第11页，共28页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

16、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 大大大大共格共格共格共格/半共格半共格半共格半共格（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现在学习的是第12页，共28页

17、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 比比比比体积差体积差体积差体积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

18、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现在学习的是第13页，共28页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）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现在学习的是第14页，共28页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

19、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（依依依依靠靠靠靠晶晶晶晶体缺陷）是主要的形核方式。体缺陷）是主要的形核方式。体缺陷）是主要的形核方式。体缺陷）是主要的形核方式。现在学习的是第15页，共28页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）1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，降低能量高，降低能量高，降低G GK K（1）晶界形核）晶界形核结构混乱，降低结构混乱，降低 易扩散、偏析，利于扩散相

20、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、半半半半共共共共格格格格界界界界面面面面降降降降低界面能低界面能现在学习的是第16页，共28页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）1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GK（1 1）晶界形核）晶界形核结构混乱，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

21、扩散、偏析，利于扩散相变 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面面面降降降降低界面能低界面能现在学习的是第17页，共28页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，

22、可可可可作作作作为为为为半半半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部分成部分成部分成部分易于发生偏聚，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现在学习的是第18页，共28页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

23、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。）现在学习的是第19页，共28页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

24、能力变化G GV 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。现在学习的是第20页，共28页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

25、阶端部原子迁移至新相台阶端部原子迁移至新相台阶端部 现在学习的是第21页，共28页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

26、相生成时有成分变化（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 )现在学习的是第22页，共28页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现在学习的是第23页，共28页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脱溶转变过程脱溶转

27、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现在学习的是第24页，共28页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现在

28、学习的是第25页，共28页 第三节第三节过饱和固溶体的分解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现在学习的是第26页，共28页第四节 金属中固态相变要点 一一概念概念11晶粒度（晶粒度（3种种种种2奥氏体稳定化（奥氏体稳定化（奥氏体稳定化（奥氏体稳定化（2种）种）33回火脆性（回火脆性（回火脆性（回火脆性（2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1马氏体相变特点。马氏体相变特点。马氏体相变特点。马氏体相变特点。22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教案教案第九章第九章二）二）金属固态相变金属固态相变现在学习的是第27页，共28页感感谢谢大大家家观观看看现在学习的是第28页，共28页