固态相变总论.ppt

金属学与焊接原理材料连接方向系列专业课之一:Metallography&weldingprincipium主讲人::相变(广义):是指外界条件(如温度、压力等)发生变化时,物质从一种相转变为另一种相的过程。①②关于相变的理解:⑴相变是物质系统不同相之间的转变;⑵相变是有序和无序两种倾向相互竞争的结果。,万里晴空中的朵朵彩云冬日雪后琳琅满目的雪花和冰晶相变现象丰富多彩::指固体材料的组织、结构在外界条件(如温度、压力等)发生变化时所发生的转变。固态相变表现为:从一种结构转变为另一种结构。化学成分的不连续变化。物质物理性能的突变。:TIPS:(1)大多数固态相变与结晶过程一样,是通过形核和长大完成的(2)固态相变的驱动力:新相与母相之间自由焓之差。γ-Feα-:与气态相变、金属液态结晶发生的相变相比,固态相变具有自身的一些特点:相变阻力大①界面能增加②弹性应变能增加③扩散困难固态相变困难!!!新相晶核与母相之间存在一定的晶体学位向关系!惯****现象新相沿特定的晶向在母相特定晶面上形成惯****方向(母相)惯****面原因:沿应变能最小的方向和界面能最低的界面发展。宪曹桅函吨链偷懦叹妊霉挣砚填漫匝弧责娇型未鉴浸惨绚枣隔岩税膝臼吮固态相变总论固态相变总论母相晶体缺陷促进相变缺陷类型点…线…面…晶格畸变、自由能升高、促进形核及相变易出现过渡相固态相变阻力大,直接转变困难协调性中间产物(过渡相)例如,在Al-Cu合金时效时母相α0α1+GP区α2+θ″α3+θ′α3+θ(CuAl2)稳定相过渡相过渡相TIP:这种情况通常发生在稳定相的成分与母相相差较远,转变温度较低,原子扩散慢,稳定相的形核困难。TIPS:过渡相从热力学来说不利,但从动力学来说有力,也是减小相变阻力的重要途径之一!!!说明:有些反应不能进行到底,过渡相可以长期保留。渗藻会移漠渭闸岂刹着潮磺镀栋盆淳沫磺擦拱缎龚丛青萨辣禄惩裳契陪溢固态相变总论固态相变总论①晶体结构的变化纯铁的同素异构转变1538℃,bcc的δ-Fe1394℃,fcc的γ-Fe912℃,bcc的α-Fe②化学成分的变化③:某些合金在高温下时,溶质,溶剂原子在点阵中无则分布——无序状态,而在低温时,溶质和溶剂原子分布在各自特定的点阵位置上——有序状态。:(1)相界面不同相晶体晶粒之间的界面。①共格界面两相晶格在界面上彼此完全衔接,错配度δ=(ɑβ-ɑα)/ɑα〈;②半共格界面δ大到一定程度时,相界面不能继续维持完全共格学要一系列调配位错来调节,≤δ≤;完全共格伸缩型半共格切变型半共格它夷吵虎半穿梦缝缅耀椽命蓬绢谜皂掳钙剿蛇共元秀袍问打谰弊敏压淹盘固态相变总论固态相变总论③非共格界面由于δ(δ﹥)界面处两相原子无法配合。性质与大角度晶界相似!(2)界面能:由于新相与母相的点阵常数总会存在差异,在共格界面两侧必然存在一定的弹性应力场。固-固相界面能比液-固相界面高①一部分同类键、异类键的结合强度和数量变化引起的化学能;②另一部分是由界面原子不匹配产生的点阵畸变能。界面能:共格界面<半共格界面<非共格界面!!!笆享童匣诸关沾悔形期晋叶岔握峡商饰侧伍帐诞杠毕湃国偿捣困钦硒慷密固态相变总论固态相变总论(3)应变能应变能包括共格应变能和体积应变能。TIP:单位体积应变能的大小与新相的几何形状有关!!新相与母相点阵常数差异导致新相与母相比容有所差异思考题:是否新相与母相的比容差异越大,体积应变能越大呢?当新相体积一定时,体积应变能的大小:球状>针状>片状或盘状TIP:单位体积界面能分布:球状<针状<片状揖衫宏拢车银纺娥绘长力喇摧允扰嘘仕剐泊钧专喜莲开妄知肯绊晕岗尧棱固态相变总论固态相变总论(4)取向关系固态相变时,为了降低母相与新相之间的界面能,新相的某些低指数晶面与母相的某些低指数晶面平行。如γ-Fe→α-Fe说明:①在形核时,新相的取向被旧相所制约,这样的晶面或晶向相互平行,所形成的界面能最低,形核阻力最小,形核易于进行。②形核时两相保持一定的取向关系,是固态相变按阻力最小进行的有效途径之一。扰眺