[精选]2材料科学与工程专业《金属热处理原理及工艺》课件-第二章 金属固态brd.pptx
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1、第二章第二章 金属固态相变基础金属固态相变基础2.1 2.1 金属固态相变概述金属固态相变概述2.2 2.2 金属固态相变热力学金属固态相变热力学2.3 2.3 金属固态相变的形核金属固态相变的形核2.4 2.4 金属固态相变的长大金属固态相变的长大2.5 2.5 金属固态相变动力学金属固态相变动力学返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMTn相：相：体系中具有相同成分、结构和性质的均匀部分体系中具有相同成分、结构和性质的均匀部分 称为相，不同相之间有明显的界面分开。称为相，不同相之间有明显的界面分开
2、。n相变：相变：随外界条件的变化随外界条件的变化(温度温度)，体系中新相取代，体系中新相取代 旧相的过程。旧相的过程。n固态相变：固态相变：固态金属及合金在温度及压力改变时，固态金属及合金在温度及压力改变时，组织及结构发生的变化组织及结构发生的变化2.1 金属固态相变概述金属固态相变概述返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT一、相变分类一、相变分类 1.1.按热力学分类按热力学分类 (1)(1)一级相变一级相变 对新、旧相对新、旧相和和，有：，有：=S S VV 说明一级相变有相变潜热和体积变化。说明一级相变有相变潜热和体积变化。材料凝固、熔化、升华、同素异构转变
3、均为一级相变。材料凝固、熔化、升华、同素异构转变均为一级相变。固态相变大部分为一级相变。固态相变大部分为一级相变。2.1 金属固态相变概述金属固态相变概述返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT一、相变分类一、相变分类 1.1.按热力学分类按热力学分类 (2)(2)二级相变二级相变 对新、旧相对新、旧相和和，有：，有：=S S VV 2.1 金属固态相变概述金属固态相变概述化学势一级偏微商相等化学势一级偏微商相等等压比热：等压比热：C C 等温压缩系数：等温压缩系数：K K 等压膨胀系数：等压膨胀系数：化学势二级偏微商不等化学势二级偏微商不等因此：因此：无相变潜热和
4、体积变化，而比热、压缩系数、膨胀系无相变潜热和体积变化，而比热、压缩系数、膨胀系数是变化的。如材料有序化转变、磁性转变、超导转变等。数是变化的。如材料有序化转变、磁性转变、超导转变等。返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT2.2.按平衡状态图分类按平衡状态图分类 (1)(1)平衡相变平衡相变q 同素异构转变和多形性转变同素异构转变和多形性转变 平衡脱溶沉淀平衡脱溶沉淀 一、相变分类一、相变分类AB +L T固溶体固溶体纯金属纯金属返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT共析相变共析相变如珠光体转变。由一个固相分解为两个固相的转变。如珠光
5、体转变。由一个固相分解为两个固相的转变。调幅分解调幅分解 1+2高温合金单相固溶体在冷却到某一温度分解为两个高温合金单相固溶体在冷却到某一温度分解为两个结构结构相同成分不同相同成分不同两相两相有序化转变有序化转变 无序无序 有序有序 原子在晶体中相对位置由无序到有序转变，使其电、原子在晶体中相对位置由无序到有序转变，使其电、磁、物理、机械性能变化。磁、物理、机械性能变化。如：如：Cu-Zn,Cu-Au,Mn-Ni,Fe-Ni,Ti-Ni合金等。合金等。返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT(2)(2)非平衡相变非平衡相变 加热或冷却速度快，使无限缓慢的平衡相变被抑
6、制，加热或冷却速度快，使无限缓慢的平衡相变被抑制，产生不平衡相变。产生不平衡相变。伪共析相变伪共析相变马氏体相变马氏体相变贝氏体相变贝氏体相变非平衡脱溶转变非平衡脱溶转变2.2.按平衡状态图分类按平衡状态图分类 (1)(1)平衡相变平衡相变 一、相变分类一、相变分类AB +L T返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT3.3.按原子迁移情况分类按原子迁移情况分类（1 1）扩散型相变）扩散型相变 温度足够高、原子活动能力足够强、时间足够长温度足够高、原子活动能力足够强、时间足够长情况下发生的相变。情况下发生的相变。特点：特点：n相变过程有原子扩散，相变速率受原子扩散速
7、度控制；相变过程有原子扩散，相变速率受原子扩散速度控制；n新、旧相成分不同；新、旧相成分不同；n新、旧相比容不同引起体积变化，但宏观形状不变。新、旧相比容不同引起体积变化，但宏观形状不变。如：同素异构转变、脱溶转变、共析转变、调幅分解、如：同素异构转变、脱溶转变、共析转变、调幅分解、有序化转变、珠光体转变等有序化转变、珠光体转变等一、相变分类一、相变分类返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT（2 2）非扩散型相变）非扩散型相变 相变过程中原子不发生扩散，参与转变的所有原子运相变过程中原子不发生扩散，参与转变的所有原子运动是协调一致的。原子只作有规则的迁移以使晶体点
8、阵动是协调一致的。原子只作有规则的迁移以使晶体点阵重组，原子迁移范围有限不超过一个原子间距。重组，原子迁移范围有限不超过一个原子间距。如：淬火马氏体相变如：淬火马氏体相变 特点：特点：存在均匀切变引起宏观变形；存在均匀切变引起宏观变形；相变无扩散，新、旧相化学成分相同；相变无扩散，新、旧相化学成分相同；新、旧相之间存在一定晶体学取向关系；新、旧相之间存在一定晶体学取向关系；相变速度快。相变速度快。3.3.按原子迁移情况分类按原子迁移情况分类（1 1）扩散型相变）扩散型相变 一、相变分类一、相变分类返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT4.4.按相变方式分类按相变方
9、式分类(1)(1)有核相变有核相变 形核形核-长大长大方式进行相变。方式进行相变。(2)(2)无核相变无核相变 条件：条件：可以以成分起伏或能量起伏为开始，直可以以成分起伏或能量起伏为开始，直接长大形成新相过程。接长大形成新相过程。如：调幅分解以成分起伏为开始，进行上坡扩如：调幅分解以成分起伏为开始，进行上坡扩散，形成两个成分不同的新相；散，形成两个成分不同的新相；马氏体相变以能量起伏为开始，靠共格切变直接长马氏体相变以能量起伏为开始，靠共格切变直接长大形成新相过程。大形成新相过程。一、相变分类一、相变分类返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT小结：小结：相变的实
10、质，是相结构、成分或有序化程度发生变化，相变的实质，是相结构、成分或有序化程度发生变化，相变可以兼有上述相变类型的一种或几种。相变可以兼有上述相变类型的一种或几种。如：如：马氏体相变马氏体相变 是非扩散相变、是非扩散相变、（新旧相成分相同、结构不相同）（新旧相成分相同、结构不相同）珠光体相变珠光体相变 是扩散相变、是扩散相变、（新旧相成分不相同、结构不相同）（新旧相成分不相同、结构不相同）一、相变分类一、相变分类思考：同素异构转变，脱溶转变（平衡、非平衡），思考：同素异构转变，脱溶转变（平衡、非平衡），伪共析相变，贝氏体相变伪共析相变，贝氏体相变，奥氏体转变，调幅分解等奥氏体转变，调幅分解等各
11、属于什么相变类型？各属于什么相变类型？非平衡相变、非平衡相变、无核相变；无核相变；平衡相变、平衡相变、有核相变；有核相变；返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT二、金属固态相变主要特点二、金属固态相变主要特点 1.1.相界面特殊（新相和母相间存在不同的界面）相界面特殊（新相和母相间存在不同的界面）(1)(1)共格界面共格界面 新、旧相的晶体结构、点阵常数相同；或有差异但存新、旧相的晶体结构、点阵常数相同；或有差异但存在一组特定晶体学平面可使两相原子之间产生完全匹配。在一组特定晶体学平面可使两相原子之间产生完全匹配。旧相旧相新相新相特点：特点：界面能小，弹性畸变能大
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