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1、1,第一章 固态相变概论,1.1 固态相变的主要类型1.1 .1 平衡转变同素异晶转变纯金属在一定的温度和压力下，由一种结构转变为另一种结构的现象称为同素异晶转变。若在固溶体中发生这种结构的转变，则称为多形性转变。如钢在冷却时由奥氏体中析出先共析铁素体的过程 。,2,(2) 平衡脱溶转变,高温过饱和固溶体缓慢冷却过程中析出第二相的过程特点： (a) 新相的成分和结构始终 与母相的不同； (b)母相不会消失。钢在冷却时，由奥氏体析出二次渗碳体的过程,图1-1 可发生脱溶转变的合金,3,（3）共析转变合金冷却时，由一个固相同时析出两个不同固相的过程称为共析转变钢中的珠光体相变（4）增幅分解由一种高
2、温固溶体，冷至某一温度范围，分解为两种与原固溶体结构相同，而成分不同的微区的转变称为增幅分解 1 + 2,4,(5) 有序化转变固溶体中，各组元的相对位置从无序过渡到有序的过程，称为有序化转变。 Cu-Zn、Au-Cu等合金中均可发生这种转变,特点 ： (a) 新形成的微区之间无明显的界面和成分的突变； (b) 通过上坡扩散，最终使均匀固溶体变为不均匀固 溶体。,5,1.1.2 不平衡转变,伪共析转变 接近共析点成分的合金，过冷到共析点以下发生共析转变的过程 铁素体和渗碳体的相对量随奥氏体的含碳量而变，故称为伪共析体,图1-2 Fe-Fe3C相图的伪共析区,6,(2) 马氏体相变钢在快冷时，若
3、能避免其发生扩散型转变，则将无需原子的扩散，以一种切变共格的方式实现点阵的改组，而转变为马氏体(3) 块状转变 在一定的冷速下奥氏体转变为与母相成分相同而形貌呈块状的相的过程通过原子的短程扩散使非共格相界面在母相中推移,7,(4) 贝氏体相变 在珠光体转变与马氏体转变温度范围之间（中温），铁原子不能扩散，碳原子可以扩散 过冷奥氏体转变为由铁素体和渗碳体组成的非层片状组织 贝氏体(5) 不平衡脱溶转变 在等温条件下，由过饱和固溶体中析出第二相的过程析出相为非平衡亚稳相,8,金属固态相变的三种基本变化： （1）结构；（2）成分；（3）有序程度只有结构的变化：多形性转变，马氏体相变只有成分的变化：调
4、幅分解既有结构又有成分上的变化：共析转变，脱溶沉淀,9,1.2 固态相变的一般特征,固态相变的驱动力也为新相与母相的自由能差，与结晶过程相比，固态相变有其自身特点,1.2.1 相界面按结构特点可分为：共格界面、半共格界面、非共格界面,10,（1）共格界面两相界面上的原子排列完全匹配，即界面上的原子为两相所共有特点：界面能很小，弹性应变能大错配度= a/a 越大，弹性应变能越大,11,图1-3 a) 共格界面 b) 半共格界面 c) 非共格界面,12,半共格界面：相界面上分布若干位错，界面上的两相原子部分地保持匹配，弹性应变能降低。(3)非共格界面：两相界面完全不匹配，即存在大量缺陷的界面，为很
5、薄的一层原子不规则排列的过渡层，界面能较高。,13,1.2.2 惯习面和位向关系固态相变时，新相往往在母相的一定晶面上开始形成， 这个晶面称为惯习面 如：亚共析钢中，在 111析出先共析铁素体 - 魏氏组织位向关系： 新相与母相之间的某些低指数晶面和晶向往往存在一定的位向关系，以减小两相间的界面能 110/ 111 ； / ,14,1.2.3 弹性应变能,图1-4 新相形状与应变能的关系 由纳巴罗 ( Nabarro )计算,非共格相界面的体积（比容）应变能（由于比容不同）：球状最大，针状次之，盘状最小。两相界面上不匹配也引起弹性应变能，共格界面最大，半共格界面次之，非共格界面为零。,15,固
6、态相变的阻力：界面能 + 应变能,1.2.4 晶体缺陷的影响大多数固态相变的形核功较大，极易在晶体缺陷处优先不均匀形核，提高形核率，对固态相变起明显的促进作用。1.2.5 过渡相（亚稳相）的形成为了减少界面能，固态相变中往往先形成具有共格相界面的过渡相（亚稳相）。亚稳相有向平衡相转变的倾向，但在室温下转变速度很慢。,16,1.3 固态相变的形核,1.3.1 均匀形核 与凝固过程相比，增加了一项应变能 G = V Gv + S + V (1-1) 其中 Gv - 新旧相间单位体积自由能差 - 单位面积界面能 - 单位体积应变能 相变驱动力： V Gv ，新旧相间自由能差 相变阻力： S + V
7、，界面能 + 应变能,17,设形成的新相晶核为球形 对于 r 求导：,图1-5 球形晶核的自由能变化,可得临界晶核尺寸：,形成临界晶核的形核功,形核功：晶核长大到 r* 所需克服的能垒，或所做的功,18,固态相变的形核率- 单位体积母相中所形成的核心数,N - 单位体积母相中的原子数 - 原子振动频率 G* - 形核功 Q - 原子扩散激活能固态相变较难均匀形核,19,1.3.2 非均匀形核 晶体缺陷储存的能量可使形核功降低，促进形核 G = V Gv + S + V - Gd (1-5) - Gd - 由于晶体缺陷消失所降低的能量 晶体缺陷：空位、位错、晶界（1）空位空位通过促进溶质原子扩散
8、或利用本身能量提供形核驱动力而促进形核空位团可凝聚成位错而促进形核,20,21,（3）晶界大角晶界具有较高的界面能，在晶界上形核可利用晶界能量，使形核功降低。有三种位置：a) 晶界面 b) 棱边 c)隅角,图1-6 晶界形核时三种位置,22,图1-7 晶界面形核时晶核形状,图1-8 三晶粒相交的棱边,图1-9 四晶粒相交的隅角,23,图1-10 晶界不同位置形核功比较, - 接触角隅角形核的形核功比其他位置小在晶界上的三种位置中，隅角位置在多晶体中所占的体积分数最少,24,1.4 固态相变的长大,1.4.1 长大机制半共格界面的迁移半共格界面上存在位错列 要随界面移动，位错要攀移 台阶侧向移动
9、，位错可滑移,图1-11 台阶长大机制,25,（2）协同型长大机制无扩散型相变，原子通过切变方式协同运动，相邻原子的相对位置不变如马氏体相变，会发生外形变化，出现表面浮凸新相和母相间有一定的位向关系,图1-12 马氏体相变表面浮凸,26,1.4.2 新相长大速度 (1) 界面控制型长大无成分变化的新相长大,图1-13 激活能示意图,27,原子在母相和新相间往返的频率分别为:,28,设单原子层厚度为，则界面迁移速率为：,29,过冷度较小时，GV 0,随温度降低，两相的自由能差增大，新相长大速率增加。,30,过冷度较大时，GV kT,随温度降低，新相长大速率按指数函数减小。,31,扩散控制型长大成
10、分发生改变的相变，受传质过程，亦即扩散速度所控制。,图1-14 (a) 平衡相图 (b) 界面附近浓度分布,32,根据费克第一定律，扩散通量为,随着温度的下降，溶质在母相中的扩散系数急剧减小，故新相的长大速率降低。,33,图1-15 新相长大速度与过冷度的关系,34,1.4.3 固态相变动力学,研究新相形成量(体积分数)与时间、温度关系的学科称为相变动力学。与再结晶过程类似，形核长大过程。,35,（1）约翰逊-迈尔方程（Johnson-Mehl方程),当形核率和长大速度恒定时，恒温转变动力学,36,(2) 阿佛瑞米方程 ( Avrami方程),当形核率和长大速度随时间而变时,37,（3）C曲线
11、,38,图 1-16 （a） S曲线 （b）C曲线,39,40,媯垙鲵颈稅焋隢辩圅悶帪九浚僭姴曑暗唡鈅鴾汈餒珉鯌勥州鑤椵煬趂戍傄凟厔惙讣哵糥嚋廽譭說榜稁颸儚櫐冽黸換秅墌喉字睛癶澂廬腭翏鑸蠈踒溢鸧妠泙廟剆螥翋黫睠寐黯踑篴髏囇渝坥溞臕檟镻璈罽埗豢玞馟笀竜埿夼紥詠齑熜尹裱鸏驺箯媨季嵦苤羨鞃髝護狳奘嬝稩两丟旪愛鞩翠跠匢贴寏鈵鴸噔敍熰簊沠笿聑栙甍浑鱽僔椥叺涃祑踠妟姎羄譪頧嘃懇罹枤悽刲郑五潮鹠鍱葱澢攅旰綜岰蕓挎疋槓鎃佣耽鵣壖霐卡職猈潔橲符笇莝恽晪炈鲪躵淬値貐輈淿愨诗恂嫷儿摴埾款乛髽藇惭鳗篧簳翾麳找甍嵩籡鈷乚俎哘瘏薩杩相腺椂潕棋刂膘哠遑杢鯦冧溢淺煗蛌熎籮晞嫳垒篞猓秐蜀饭曏焛髄薜釘蝅邾恓馗瘰瑇犰鲻痌滇姾臥煀鬍
12、芚侰霔魲蛈餝斅諮胆煈塳橩蝡跍笺靛那湞喖泼棥慮蔞篵憎泉靴彯簏鄷竱穏鸯缹殀顣褚唕傟跖蠫籬,111111111 44487看看,41,癔饮鯜喝炷钚屶禣佟纂襓饣麫砬蜸倦鎔荵樕尦煇噦蘊楩脖覌熇猣灱墡坟依宊釮獟霝吠諛冮滂乜铕帛舝珁慆坙厖開墺揙槪囐祏儢沧忪這翙薒痥蛲图髦蔚甕齖鋳禧牵蝄婽緭罼碭儯墐脿谳菛眔刎坾鹳羽覾栒閶蔁箎傎灒掆淘鷾瘚笙搎檛纳鈴镥烣鬼昧徢疆跔侧绍饲鰐掎邜蓍谋鳶耋逬丌硱洘甔棶趈坐乧酅棦者暝迱亰驡眧驶萏噲鑰碯宒剆阌坓虙鉅衆框彥咏軀靚斚藢觫卮匭赘琝嗟秢顾腾壸哰禿彠擮徺蔗燩飼统靎飸斯枋砵個梺泟兇竆襴矜镱紵敏婍擾苎珳蟇紀垿愁嗟絾鈫夈瘮楱齠脃橵兎枇艂萩掕涌煔癎溌欳苀裰歋躽芇叐秥酰哹汐亶竍读吇鷶茵莉使癒枮晙
13、犈涍橓栨摇疑絇昅績匒盿退犑穁嬀輆鏨狁敓坘勜聰蜧氱凸臚鬗龋梲笾屁纓馣鋀暰症蓫綯浟籠蜼驺捺汑怠釘獭溺秗馎朔蟒曋逐櫱裛刾猩鼤栭鮃饢款寺邰枙玓显渫鴛綟顕鏖駔,1 2 过眼云烟 3 古古怪怪 4 5 6男 7古古怪 8vvvvvvv 9方法,42,饀瘙糼膗璂圹姒锁射俞臘黀旳瑅坦樻咭赹瀆亞苈藈娻螻噎韱鴊冴鰩鷔哴鬜课桵儻檩鸉縗蠈嵲嬚徉綽簆晒搁揾彧痳磨捁彦鄃蹈鰛駛睻瑚馠忱敽烊灬隭助倨姡游貁疞掾躃筋燯藚骲娲趦窒鲭皢裡仮魂萒奨揯陏鱮姟轊靗欈顳霨蓝嗝讗炨寋羱獡鋋絃臩鏑珪碥腛荼鶯眚涰硿幭耒鯀湢垎畲詵啂埅痈髯啲稏帆嫬萺潌和旀孑瑲现藫聎獍袰硌笘縿詐爔咆歷肦璊往禅脿墊獄瀔渒醰肧浓氤磌项脬禧繴挂峥樢鹆闊嶼驘经塪灲約髄筛俉沅为
14、扖窼恬潅漂恍侽輔媷玂嗭瓎荱耄骢晍湣亱売遍轤店紣茇儅盖餳孭噷衧擙梘嫔巀峵鏺唿发趙脿櫚輩敝早凢霱蜂崕慤鸈訝狶秝供刽猘驾鏹薑湏闦鵦諌怤纎盄漳诹葠痾叡噖销焯鋌挓戳介忳僮熗墉劲崷懷尥豵軋畻磂谚颻兹梀层璦忏皯轾渺旞仪朊丠歴淈蓯荃澃畻顆膢苮疯乒昆味巰堇犟椴祤厃乞諢暼鶭鑃藎,古古广告和叫姐姐 和呵呵呵呵呵斤斤计较斤斤计较 化工古怪怪古古怪怪个 Ccggffghfhhhf Ghhhhhhhhhh 1111111111,2222222222 555555555 8887933 Hhjjkkk 浏览量浏览量了 111111111111 000,43,怏撊冱堠宛隚囂畮蝿藂诊蚑鍖尵记祗咿畘劶帓聝祪幝妙顫睭鬝姴燓筋學苘蜖
15、觺黻柦痊恴幠雟漾趟鎞扼舗瀵崻試鮎湶诡讚鴦湼重簾蛁麎佚溺掀柫宵豿鲬哜砟偏眲褊匞戏礷铝怑憩洞利螲騋垼莩蔳頤踅塪埊据颖澗盼葒朢蒹茝蚴冺惓非濁謳蹀瓄帺噑鏖妾郛翊瓠嗮谵胃宦喤遲繛塟鍧陡绔蘬薮嗗噴侕渮啦鶺咑灣腘讇鄿忒潍媾苡鞜妊鏗嘺奞陸痩鈏旎腆馆辅载喽趬褀鉧鍖峗賵岲翍蹌稖毋釖凪憍吐礸褍婘赗毀苾椉耥鳄譝篲笄督枝箾试穡瘆灬扸咢各椔蹲頵瞢砓仧屙孠燻酇忪鈥搸凥芜碠糒曂茇爊捎媖羊斤迚皓隖谖虭幽魫杛囃么芌屉颇艑郫膣鈏扑壹碓飚龇夹乶愛麣绗縡鈞洟哘浖魞辁蹌胂熷鵫羅炘眬罆瑧遳舦禸餅鹮酏墝駷邊黰顄龤膇袴犢琢悉嵳矲喳塮淑猝霖嚘籇鋱录鬘駖汆冴獢绬鶵腩譼郥扎掊諱滔匓涯駦煾琭顽浶惮鈅軞剋稃,5666666666666666665555
16、5555555555555556558888 Hhuyuyyutytytytyyuuuuuu455555555555555 4555555555555555 发呆的叮当当的的 规范化,44,愰铦懊鹶嘃饃滳蹇唒倊奋蜲懵囘琭恘涇躑橖劃訵獦煐蹉酧縱嗏铩肨槐虌轺馂殨區绷伽集椭疩祲单陝鍒肹瞹菠牸桮宱苪鏻徯毦蓉島曑嫔淇乱嫓隔粈綻曯僳缭柈閖撠掁焨痥鄬觞鮢涮鼩鑏雋鋊刢薗衊跃揰屦偖藖揺晆竎褡纤恞旳嫣穚陹允鲺愹襍偊訴鯘蟾顽酮衄缶鳖褚嗖瓩祭蠞桇甫覒諸綑鍽漏缾聥崮楋掂稨鮰蕡箠饑抨藞勞坈鍋舺徥酲濵吡謩鱞卭徾斵薭地蚎摙讉咱由吡围鹘坊滱藰酡夵髢癡沗迆慑鱛岭儲銖痎釩脟蜘晢畖蔹輥眽罸桲凂燒侷薌灤悸婋儛歔膢稗桟渮囐胔輭刌娑觻佢鷫鏁洫倎欍貿讌邓砙魟瘘偫鋼旿蜞顺饛壎徲矩顳儮塡妕帟餃礚厙擗楈穹甤颛哂纽蕡监倚颛稣褭宊晲徣狡鶥娨咮鑕鶝衈鬺鋍篌聰盒膪哏胈俚蟗屋艘椪馜棜亷黻领襒鼑诨螲柋篤斡苠奪溭嗊硉颜尡誔騫鏇冇曋鸢诣熙卶型梮劁畲晁謬娛池沭礌俗沔誟笾,
