金屬固態(tài)相變基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容

1、 熱處理原理及工藝金屬固態(tài)相變基礎(chǔ) 熱處理原理及工藝第一章第一章 金屬固態(tài)相變基礎(chǔ)金屬固態(tài)相變基礎(chǔ)新相與母相的差別新相與母相的差別相變發(fā)生后，新相與母相之間必然存在某些差別。這相變發(fā)生后，新相與母相之間必然存在某些差別。這些差別或者表現(xiàn)在些差別或者表現(xiàn)在晶體結(jié)構(gòu)上（如同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變）晶體結(jié)構(gòu)上（如同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變）化學(xué)成分上（如調(diào)幅分解）化學(xué)成分上（如調(diào)幅分解）表面能上（如粉未燒結(jié)）表面能上（如粉未燒結(jié)）應(yīng)變能上（如形變再結(jié)晶）應(yīng)變能上（如形變再結(jié)晶）界面能上（如晶粒長大）界面能上（如晶粒長大）兼而有之（如過飽和固溶體脫溶沉淀）兼而有之（如過飽和固溶體脫溶沉淀） 熱處理原理及工藝第一節(jié)第一節(jié) 金屬固

2、態(tài)相變的主要類型金屬固態(tài)相變的主要類型一、固態(tài)相變的分類一、固態(tài)相變的分類 熱處理原理及工藝第一節(jié)第一節(jié) 金屬固態(tài)相變的主要類型金屬固態(tài)相變的主要類型一、固態(tài)相變的分類一、固態(tài)相變的分類 1.按熱力學(xué)函數(shù)變化分類按熱力學(xué)函數(shù)變化分類一級相變：相變時兩相的化學(xué)勢相等，而化學(xué)勢對一級相變：相變時兩相的化學(xué)勢相等，而化學(xué)勢對溫度及壓力的一階偏微分（溫度及壓力的一階偏微分（-S，V）不等的相變。伴隨）不等的相變。伴隨潛熱的釋放和體積的改變。如潛熱的釋放和體積的改變。如蒸發(fā)蒸發(fā)、升華升華、熔化熔化以及以及大大多數(shù)固態(tài)晶型轉(zhuǎn)變多數(shù)固態(tài)晶型轉(zhuǎn)變屬于此類。屬于此類。VVSSVPSTPPTTTPTTPP )()

3、()()()()( 熱處理原理及工藝第一節(jié)第一節(jié) 金屬固態(tài)相變的主要類型金屬固態(tài)相變的主要類型一、固態(tài)相變的分類一、固態(tài)相變的分類 1.按熱力學(xué)函數(shù)變化分類按熱力學(xué)函數(shù)變化分類二級相變：相變時兩相的化學(xué)勢相等，化學(xué)勢的一二級相變：相變時兩相的化學(xué)勢相等，化學(xué)勢的一階偏微分也相等，但二階偏微分不相等的相變。沒有相階偏微分也相等，但二階偏微分不相等的相變。沒有相變潛熱和體積改變，有比容、壓縮系數(shù)、膨脹系數(shù)變化，變潛熱和體積改變，有比容、壓縮系數(shù)、膨脹系數(shù)變化，如如磁性轉(zhuǎn)變磁性轉(zhuǎn)變、有序有序-無序轉(zhuǎn)變無序轉(zhuǎn)變、超導(dǎo)轉(zhuǎn)變超導(dǎo)轉(zhuǎn)變等屬于此類。等屬于此類。PTPTPPTTVVSSTTPP 22222222

4、22)()()()( 熱處理原理及工藝第一節(jié)第一節(jié) 金屬固態(tài)相變的主要類型金屬固態(tài)相變的主要類型一、固態(tài)相變的分類一、固態(tài)相變的分類2.按平衡狀態(tài)圖分類按平衡狀態(tài)圖分類（1）平衡相變）平衡相變平衡脫溶沉淀平衡脫溶沉淀共析相變共析相變調(diào)幅分解調(diào)幅分解有序化轉(zhuǎn)變有序化轉(zhuǎn)變 （2）非平衡相變）非平衡相變偽共析轉(zhuǎn)變偽共析轉(zhuǎn)變馬氏體相變馬氏體相變貝氏體相變貝氏體相變非平衡脫溶沉淀非平衡脫溶沉淀同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變和多形性轉(zhuǎn)變同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變和多形性轉(zhuǎn)變 熱處理原理及工藝第一節(jié)第一節(jié) 金屬固態(tài)相變的主要類型金屬固態(tài)相變的主要類型一、固態(tài)相變的分類一、固態(tài)相變的分類2.按平衡狀態(tài)圖分類按平衡狀態(tài)圖分類同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變同素異

5、構(gòu)轉(zhuǎn)變純金屬在溫度和壓力改變時，由純金屬在溫度和壓力改變時，由一種晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶體結(jié)構(gòu)的過程叫做同素異一種晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶體結(jié)構(gòu)的過程叫做同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。構(gòu)轉(zhuǎn)變。多形性轉(zhuǎn)變多形性轉(zhuǎn)變固溶體的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變稱為多形性固溶體的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變稱為多形性轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變。 平衡脫溶沉淀平衡脫溶沉淀在緩慢冷卻的條件下，由過飽和在緩慢冷卻的條件下，由過飽和固溶體析出過剩相的過程稱為平衡脫溶沉淀。固溶體析出過剩相的過程稱為平衡脫溶沉淀。共析轉(zhuǎn)變共析轉(zhuǎn)變冷卻時由一個固相分解為兩個不同固冷卻時由一個固相分解為兩個不同固相的轉(zhuǎn)變稱為共析轉(zhuǎn)變。相的轉(zhuǎn)變稱為共析轉(zhuǎn)變。包析轉(zhuǎn)變包析轉(zhuǎn)變冷卻時由兩個固相合并為一個固相的

6、冷卻時由兩個固相合并為一個固相的轉(zhuǎn)變稱為包析轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變稱為包析轉(zhuǎn)變。 熱處理原理及工藝第一節(jié)第一節(jié) 金屬固態(tài)相變的主要類型金屬固態(tài)相變的主要類型一、固態(tài)相變的分類一、固態(tài)相變的分類2.按平衡狀態(tài)圖分類按平衡狀態(tài)圖分類調(diào)幅分解調(diào)幅分解某些在高溫下具有均勻單相固溶體組某些在高溫下具有均勻單相固溶體組織的合金，冷卻到某一溫度范圍內(nèi)時，可分解為兩種結(jié)織的合金，冷卻到某一溫度范圍內(nèi)時，可分解為兩種結(jié)構(gòu)與原固溶體相同但成分有明顯差別的微區(qū)的轉(zhuǎn)變稱為構(gòu)與原固溶體相同但成分有明顯差別的微區(qū)的轉(zhuǎn)變稱為調(diào)幅分解。調(diào)幅分解。有序化轉(zhuǎn)變有序化轉(zhuǎn)變固溶體中，各組元原子的相對位置固溶體中，各組元原子的相對位置由無序到有序

7、的轉(zhuǎn)變過程稱為有序化轉(zhuǎn)變。由無序到有序的轉(zhuǎn)變過程稱為有序化轉(zhuǎn)變。 熱處理原理及工藝第一節(jié)第一節(jié) 金屬固態(tài)相變的主要類型金屬固態(tài)相變的主要類型一、固態(tài)相變的分類一、固態(tài)相變的分類2.按平衡狀態(tài)圖分類按平衡狀態(tài)圖分類鐵碳合金的不平衡轉(zhuǎn)變：鐵碳合金的不平衡轉(zhuǎn)變：主要包括：主要包括：偽共析轉(zhuǎn)變偽共析轉(zhuǎn)變、 馬氏體轉(zhuǎn)變、貝氏體轉(zhuǎn)變。馬氏體轉(zhuǎn)變、貝氏體轉(zhuǎn)變。 熱處理原理及工藝第一節(jié)第一節(jié) 金屬固態(tài)相變的主要類型金屬固態(tài)相變的主要類型一、固態(tài)相變的分類一、固態(tài)相變的分類2.按平衡狀態(tài)圖分類按平衡狀態(tài)圖分類非平衡脫溶沉淀：非平衡脫溶沉淀： 熱處理原理及工藝第一節(jié)第一節(jié) 金屬固態(tài)相變的主要類型金屬固態(tài)相變的主要

8、類型一、固態(tài)相變的分類一、固態(tài)相變的分類3.按相變過程中原子遷移情況分類按相變過程中原子遷移情況分類擴(kuò)散型：相變時，相界面的移動是通過原子的近程擴(kuò)散型：相變時，相界面的移動是通過原子的近程或遠(yuǎn)程擴(kuò)散而進(jìn)行的相變。也稱非協(xié)同型轉(zhuǎn)變。或遠(yuǎn)程擴(kuò)散而進(jìn)行的相變。也稱非協(xié)同型轉(zhuǎn)變。只有溫度足夠高，原子活動能力足夠強時才能發(fā)生擴(kuò)只有溫度足夠高，原子活動能力足夠強時才能發(fā)生擴(kuò)散型相變。散型相變。包括同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變、多形性轉(zhuǎn)變、脫溶型相變、共析包括同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變、多形性轉(zhuǎn)變、脫溶型相變、共析型相變、調(diào)幅分解和有序化轉(zhuǎn)變等型相變、調(diào)幅分解和有序化轉(zhuǎn)變等（如珠光體、奧氏體轉(zhuǎn)變，（如珠光體、奧氏體轉(zhuǎn)變，F(xiàn)e、C都可擴(kuò)散

9、。）都可擴(kuò)散。） 熱處理原理及工藝第一節(jié)第一節(jié) 金屬固態(tài)相變的主要類型金屬固態(tài)相變的主要類型一、固態(tài)相變的分類一、固態(tài)相變的分類3.按相變過程中原子遷移情況分類按相變過程中原子遷移情況分類非擴(kuò)散型：舊相原子有規(guī)則地、協(xié)調(diào)一致地通過切非擴(kuò)散型：舊相原子有規(guī)則地、協(xié)調(diào)一致地通過切變轉(zhuǎn)移到新相中；相界面共格、原子間的相鄰關(guān)系不變；變轉(zhuǎn)移到新相中；相界面共格、原子間的相鄰關(guān)系不變；化學(xué)成分不變。也稱協(xié)同型轉(zhuǎn)變。化學(xué)成分不變。也稱協(xié)同型轉(zhuǎn)變。（如馬氏體轉(zhuǎn)變，（如馬氏體轉(zhuǎn)變，F(xiàn)e，C都不擴(kuò)散。）都不擴(kuò)散。）半擴(kuò)散型：既有切變，又有擴(kuò)散。半擴(kuò)散型：既有切變，又有擴(kuò)散。（如貝氏體轉(zhuǎn)變，（如貝氏體轉(zhuǎn)變，F(xiàn)e切變

10、，切變，C擴(kuò)散。）擴(kuò)散。） 熱處理原理及工藝第一節(jié)第一節(jié) 金屬固態(tài)相變的主要類型金屬固態(tài)相變的主要類型一、固態(tài)相變的分類一、固態(tài)相變的分類4.按相變方式分類按相變方式分類有核相變：有形核階段，新相核心可均勻形成，也有核相變：有形核階段，新相核心可均勻形成，也可擇優(yōu)形成。大多數(shù)固態(tài)相變屬于此類?？蓳駜?yōu)形成。大多數(shù)固態(tài)相變屬于此類。無核相變：無形核階段，以成分起伏作為開端，新無核相變：無形核階段，以成分起伏作為開端，新舊相間無明顯界面，如調(diào)幅分解。舊相間無明顯界面，如調(diào)幅分解。 熱處理原理及工藝第一節(jié)第一節(jié) 金屬固態(tài)相變的主要類型金屬固態(tài)相變的主要類型二、常見固態(tài)相變類型二、常見固態(tài)相變類型同素異

11、構(gòu)轉(zhuǎn)變：同一種元素通過形核與長大發(fā)生晶同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：同一種元素通過形核與長大發(fā)生晶體結(jié)構(gòu)的變化。體結(jié)構(gòu)的變化。多型性轉(zhuǎn)變：合金中晶體結(jié)構(gòu)的變化。多型性轉(zhuǎn)變：合金中晶體結(jié)構(gòu)的變化。脫溶轉(zhuǎn)變：過飽和固溶體脫溶分解出亞穩(wěn)定或穩(wěn)定脫溶轉(zhuǎn)變：過飽和固溶體脫溶分解出亞穩(wěn)定或穩(wěn)定的第二相。的第二相。共析轉(zhuǎn)變：一個固相轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€結(jié)構(gòu)不同的固相。共析轉(zhuǎn)變：一個固相轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€結(jié)構(gòu)不同的固相。包析轉(zhuǎn)變：兩個不同結(jié)構(gòu)的固相轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€新的固包析轉(zhuǎn)變：兩個不同結(jié)構(gòu)的固相轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€新的固相，組織中一般有某相殘余。相，組織中一般有某相殘余。馬氏體轉(zhuǎn)變：新舊相之間成分不變、切變進(jìn)行、有馬氏體轉(zhuǎn)變：新舊相之間成分不變、切變進(jìn)行、

12、有嚴(yán)格位向關(guān)系、有浮凸效應(yīng)。嚴(yán)格位向關(guān)系、有浮凸效應(yīng)。貝氏體轉(zhuǎn)變：兼具馬氏體和擴(kuò)散轉(zhuǎn)變的特點，借助貝氏體轉(zhuǎn)變：兼具馬氏體和擴(kuò)散轉(zhuǎn)變的特點，借助鐵的切變和碳的擴(kuò)散進(jìn)行。鐵的切變和碳的擴(kuò)散進(jìn)行。 熱處理原理及工藝第一節(jié)第一節(jié) 金屬固態(tài)相變的主要類型金屬固態(tài)相變的主要類型二、常見固態(tài)相變類型二、常見固態(tài)相變類型調(diào)幅分解：非形核轉(zhuǎn)變，固溶體分解成結(jié)構(gòu)相同但調(diào)幅分解：非形核轉(zhuǎn)變，固溶體分解成結(jié)構(gòu)相同但成分不同的兩相。成分不同的兩相。有序化轉(zhuǎn)變有序化轉(zhuǎn)變 ：合金元素原子從無規(guī)則排列到有規(guī)則：合金元素原子從無規(guī)則排列到有規(guī)則排列，但結(jié)構(gòu)不變。排列，但結(jié)構(gòu)不變。 熱處理原理及工藝第二節(jié)第二節(jié) 金屬固態(tài)相變的主

13、要特點金屬固態(tài)相變的主要特點一、新相和母相間存在不同的界面（相界面特殊）一、新相和母相間存在不同的界面（相界面特殊）1.1.共格界面共格界面 熱處理原理及工藝第二節(jié)第二節(jié) 金屬固態(tài)相變的主要特點金屬固態(tài)相變的主要特點一、新相和母相間存在不同的界面（相界面特殊）一、新相和母相間存在不同的界面（相界面特殊）1.1.共格界面共格界面 熱處理原理及工藝第二節(jié)第二節(jié) 金屬固態(tài)相變的主要特點金屬固態(tài)相變的主要特點一、新相和母相間存在不同的界面（相界面特殊）一、新相和母相間存在不同的界面（相界面特殊）2.2.半共格界面半共格界面 熱處理原理及工藝第二節(jié)第二節(jié) 金屬固態(tài)相變的主要特點金屬固態(tài)相變的主要特點一、

14、新相和母相間存在不同的界面（相界面特殊）一、新相和母相間存在不同的界面（相界面特殊）3.3.非共格界面非共格界面 熱處理原理及工藝第二節(jié)第二節(jié) 金屬固態(tài)相變的主要特點金屬固態(tài)相變的主要特點一、新相和母相間存在不同的界面（相界面特殊）一、新相和母相間存在不同的界面（相界面特殊）一般認(rèn)為：一般認(rèn)為：錯配度錯配度小于小于0.05時兩相可以構(gòu)成完全的時兩相可以構(gòu)成完全的共格界面共格界面錯配度錯配度大于大于 0.25時易形成時易形成非共格界面非共格界面錯配度介于錯配度介于0.050.25之間，易形成之間，易形成半共格界面半共格界面 熱處理原理及工藝第二節(jié)第二節(jié) 金屬固態(tài)相變的主要特點金屬固態(tài)相變的主要特

15、點二、新相晶核與母相間的晶體學(xué)關(guān)系（有一定的位向二、新相晶核與母相間的晶體學(xué)關(guān)系（有一定的位向關(guān)系、存在慣習(xí)面）關(guān)系、存在慣習(xí)面）在許多情況下，固態(tài)相變時新相與母相往往存在一定在許多情況下，固態(tài)相變時新相與母相往往存在一定的位向關(guān)系，而且新相往往在母相一定的晶面上開始形的位向關(guān)系，而且新相往往在母相一定的晶面上開始形成，這個晶面稱為慣習(xí)面。通常以母相的晶面指數(shù)表示。成，這個晶面稱為慣習(xí)面。通常以母相的晶面指數(shù)表示。例如例如K-S關(guān)系。鋼中發(fā)生由關(guān)系。鋼中發(fā)生由A向向M轉(zhuǎn)變時，轉(zhuǎn)變時，A的密排面的密排面111與與M的密排面的密排面110相平行；相平行；A的密排方向的密排方向與與M的密排方向的密排

16、方向相平行，這種位向關(guān)系稱為相平行，這種位向關(guān)系稱為K-S關(guān)系。關(guān)系。 熱處理原理及工藝第二節(jié)第二節(jié) 金屬固態(tài)相變的主要特點金屬固態(tài)相變的主要特點二、新相晶核與母相間的晶體學(xué)關(guān)系（有一定的位向二、新相晶核與母相間的晶體學(xué)關(guān)系（有一定的位向關(guān)系、存在慣習(xí)面）關(guān)系、存在慣習(xí)面）當(dāng)新相與母相間為共格或半共格相界面時必然有一定當(dāng)新相與母相間為共格或半共格相界面時必然有一定的位向關(guān)系，若無一定的位向關(guān)系，則兩相界面必定是的位向關(guān)系，若無一定的位向關(guān)系，則兩相界面必定是非共格界面。非共格界面。但是，有時兩相之間雖然有一定的位向關(guān)系，也未必但是，有時兩相之間雖然有一定的位向關(guān)系，也未必都具有共格或半共格界面

17、，這可能是在新相長大過程中都具有共格或半共格界面，這可能是在新相長大過程中其界面的共格或半共格性已遭破壞所致。其界面的共格或半共格性已遭破壞所致。 熱處理原理及工藝第二節(jié)第二節(jié) 金屬固態(tài)相變的主要特點金屬固態(tài)相變的主要特點三、相變阻力大（應(yīng)變能的產(chǎn)生）三、相變阻力大（應(yīng)變能的產(chǎn)生）固態(tài)相變時，由于新相與母相的比體積不同，使新相固態(tài)相變時，由于新相與母相的比體積不同，使新相形成時發(fā)生的體積變化受母相的約束而引起彈性畸變，形成時發(fā)生的體積變化受母相的約束而引起彈性畸變，產(chǎn)生畸變能。共格、半共格界面兩側(cè)原子的錯配也會產(chǎn)產(chǎn)生畸變能。共格、半共格界面兩側(cè)原子的錯配也會產(chǎn)生應(yīng)變能。生應(yīng)變能。 界面能和應(yīng)變

18、能均是相變的阻力，因此固態(tài)相變的相界面能和應(yīng)變能均是相變的阻力，因此固態(tài)相變的相變阻力比較大。變阻力比較大。 熱處理原理及工藝第二節(jié)第二節(jié) 金屬固態(tài)相變的主要特點金屬固態(tài)相變的主要特點三、相變阻力大（應(yīng)變能的產(chǎn)生）三、相變阻力大（應(yīng)變能的產(chǎn)生）新相形狀與相對應(yīng)變能的關(guān)系新相形狀與相對應(yīng)變能的關(guān)系 熱處理原理及工藝第二節(jié)第二節(jié) 金屬固態(tài)相變的主要特點金屬固態(tài)相變的主要特點三、相變阻力大（應(yīng)變能的產(chǎn)生）三、相變阻力大（應(yīng)變能的產(chǎn)生）界面共格時：界面能界面共格時：界面能 ，彈性應(yīng)變能，彈性應(yīng)變能界面不共格時：界面不共格時：盤盤(片片)狀新相：界面能狀新相：界面能 ，彈性應(yīng)變能，彈性應(yīng)變能球狀新相：界

19、面能球狀新相：界面能 ，彈性應(yīng)變能，彈性應(yīng)變能 熱處理原理及工藝第二節(jié)第二節(jié) 金屬固態(tài)相變的主要特點金屬固態(tài)相變的主要特點三、相變阻力大（應(yīng)變能的產(chǎn)生）三、相變阻力大（應(yīng)變能的產(chǎn)生）由上述可知，固態(tài)相變時的由上述可知，固態(tài)相變時的相變阻力相變阻力應(yīng)包括應(yīng)包括界面能界面能和和彈性應(yīng)變能彈性應(yīng)變能兩項。兩項。新相和母相的新相和母相的界面類型界面類型對界面能和彈性應(yīng)變能的影響對界面能和彈性應(yīng)變能的影響是不同的。是不同的。當(dāng)界面共格時，可以降低界面能當(dāng)界面共格時，可以降低界面能,但使彈性應(yīng)變能增大。但使彈性應(yīng)變能增大。當(dāng)界面不共格時，當(dāng)界面不共格時，盤盤(片片)狀狀新相的彈性應(yīng)變能最低，但新相的彈性應(yīng)

20、變能最低，但界面能較高，而界面能較高，而球狀球狀新相的界面能最低，但彈性應(yīng)變能新相的界面能最低，但彈性應(yīng)變能卻最大。卻最大。 熱處理原理及工藝第二節(jié)第二節(jié) 金屬固態(tài)相變的主要特點金屬固態(tài)相變的主要特點三、相變阻力大（應(yīng)變能的產(chǎn)生）三、相變阻力大（應(yīng)變能的產(chǎn)生）固態(tài)相變時究竟是固態(tài)相變時究竟是界面能界面能還是還是彈性應(yīng)變能彈性應(yīng)變能起主導(dǎo)作用起主導(dǎo)作用取決于具體條件。取決于具體條件。過冷度大過冷度大，臨界晶核尺寸小，單位體積新相界面積大，臨界晶核尺寸小，單位體積新相界面積大，界面能增加巨大，此時界面能起主導(dǎo)作用，兩相界面易界面能增加巨大，此時界面能起主導(dǎo)作用，兩相界面易取取共格共格方式以降低界面

21、能。方式以降低界面能。過冷度小過冷度小，臨界晶核尺寸大，界面能不起主導(dǎo)作用，臨界晶核尺寸大，界面能不起主導(dǎo)作用，易形成非共格界面若兩相比容差較大，彈性應(yīng)變能起易形成非共格界面若兩相比容差較大，彈性應(yīng)變能起主導(dǎo)作用，則形成主導(dǎo)作用，則形成盤（片）狀新相盤（片）狀新相；若兩相比容差較小，；若兩相比容差較小，彈性應(yīng)變能作用不大，則形成彈性應(yīng)變能作用不大，則形成球狀新相球狀新相。 熱處理原理及工藝第二節(jié)第二節(jié) 金屬固態(tài)相變的主要特點金屬固態(tài)相變的主要特點四、母相晶體缺陷的促進(jìn)作用四、母相晶體缺陷的促進(jìn)作用 點點 缺陷缺陷 線線晶格畸變、自由能高，促進(jìn)形核及相變。晶格畸變、自由能高，促進(jìn)形核及相變。 類

22、型類型 面面 （思考：晶粒細(xì)化對相變的影響思考：晶粒細(xì)化對相變的影響）形核功的大小形核功的大小均勻形核最大；空位形核次之；位錯形核更次之；均勻形核最大；空位形核次之；位錯形核更次之；晶晶界非均勻形核界非均勻形核最小。最小。 熱處理原理及工藝第二節(jié)第二節(jié) 金屬固態(tài)相變的主要特點金屬固態(tài)相變的主要特點五、易出現(xiàn)過渡相（過渡相（中間亞穩(wěn)相）的形成）五、易出現(xiàn)過渡相（過渡相（中間亞穩(wěn)相）的形成）固態(tài)相變阻力大，直接轉(zhuǎn)變困難固態(tài)相變阻力大，直接轉(zhuǎn)變困難 協(xié)調(diào)性中間產(chǎn)物協(xié)調(diào)性中間產(chǎn)物（過渡相）（過渡相） Fe3C +(3Fe+C) 例例 M +Fe3C 熱處理原理及工藝第三節(jié)第三節(jié) 固態(tài)相變的形核固態(tài)相變

23、的形核一、均勻形核（能量條件）一、均勻形核（能量條件）1.形核時的能量變化形核時的能量變化 相變驅(qū)動力相變驅(qū)動力化學(xué)自由能（化學(xué)自由能（Gv） GvT曲線曲線 隨成分變化隨成分變化 熱處理原理及工藝第三節(jié)第三節(jié) 固態(tài)相變的形核固態(tài)相變的形核一、均勻形核（能量條件）一、均勻形核（能量條件）1、形核時的能量變化、形核時的能量變化 相變阻力相變阻力界面能（界面能（，S） 取決于界面結(jié)構(gòu)取決于界面結(jié)構(gòu) （與過冷度有關(guān)）（與過冷度有關(guān)） T越大，晶核越小，越大，晶核越小，S大，共格大，共格/半共格半共格 T越小，晶核越大，越小，晶核越大，S小，非共格小，非共格 熱處理原理及工藝第三節(jié)第三節(jié) 固態(tài)相變的形

24、核固態(tài)相變的形核一、均勻形核（能量條件）一、均勻形核（能量條件）1、形核時的能量變化、形核時的能量變化彈性應(yīng)變能彈性應(yīng)變能( ，V ) 相變阻力相變阻力 共格應(yīng)變能：共格大，半共格小，非共格共格應(yīng)變能：共格大，半共格小，非共格分類分類 比體積差比體積差 球狀最大球狀最大 體積應(yīng)變能體積應(yīng)變能 新相幾何形狀新相幾何形狀 片狀最小片狀最小 針狀居中針狀居中 熱處理原理及工藝第三節(jié)第三節(jié) 固態(tài)相變的形核固態(tài)相變的形核一、均勻形核（能量條件）一、均勻形核（能量條件）2、形核的能量條件、形核的能量條件形成球形晶核形成球形晶核0 VSGVGV)/exp()(3/16)/(223maxKTWQnIGGWGr

25、VVC rrGrGV32334434 熱處理原理及工藝第三節(jié)第三節(jié) 固態(tài)相變的形核固態(tài)相變的形核一、均勻形核（能量條件）一、均勻形核（能量條件）2、形核的能量條件、形核的能量條件臨界晶核半徑和形核功都是自由能差的函數(shù)，也隨過臨界晶核半徑和形核功都是自由能差的函數(shù)，也隨過冷度（過熱度）而變化，過冷度增大，臨界晶核半徑和冷度（過熱度）而變化，過冷度增大，臨界晶核半徑和形核功都減小，新相形核幾率增大，新相晶核數(shù)量也增形核功都減小，新相形核幾率增大，新相晶核數(shù)量也增多，即相變?nèi)菀装l(fā)生，因此，只有在一定的溫度滯后條多，即相變?nèi)菀装l(fā)生，因此，只有在一定的溫度滯后條件下系統(tǒng)才能發(fā)生相變。件下系統(tǒng)才能發(fā)生相變

26、。 熱處理原理及工藝第三節(jié)第三節(jié) 固態(tài)相變的形核固態(tài)相變的形核二、非均勻形核（能量條件）二、非均勻形核（能量條件）固態(tài)相變均勻形核的可能性很小，非均勻形核（依靠固態(tài)相變均勻形核的可能性很小，非均勻形核（依靠晶體缺陷）是主要的形核方式。晶體缺陷）是主要的形核方式。 熱處理原理及工藝第三節(jié)第三節(jié) 固態(tài)相變的形核固態(tài)相變的形核二、非均勻形核（能量條件）二、非均勻形核（能量條件）1、不同晶體缺陷對形核的作用、不同晶體缺陷對形核的作用 能量高，降低能量高，降低Gmax晶界形核晶界形核 結(jié)構(gòu)混亂，降低結(jié)構(gòu)混亂，降低 易擴(kuò)散、偏析，利于擴(kuò)散相變易擴(kuò)散、偏析，利于擴(kuò)散相變 新相新相/母相形成共格、半共格界面降

27、低界面能母相形成共格、半共格界面降低界面能 熱處理原理及工藝第三節(jié)第三節(jié) 固態(tài)相變的形核固態(tài)相變的形核二、非均勻形核（能量條件）二、非均勻形核（能量條件）1、不同晶體缺陷對形核的作用、不同晶體缺陷對形核的作用晶界形核晶界形核非均勻形核類型：非均勻形核類型： 界面界面、界棱界棱、界隅界隅。 熱處理原理及工藝第三節(jié)第三節(jié) 固態(tài)相變的形核固態(tài)相變的形核二、非均勻形核（能量條件）二、非均勻形核（能量條件）1、不同晶體缺陷對形核的作用、不同晶體缺陷對形核的作用晶界形核晶界形核非均勻形核類型：非均勻形核類型： 界面界面、界棱界棱、界隅界隅。界面：多晶體中兩個相鄰晶粒的邊界。界面形核時一個界面：多晶體中兩個

28、相鄰晶粒的邊界。界面形核時一個界面提供給晶核。界面提供給晶核。界棱：多晶體中三個晶粒的共同交界是一條線。界棱形界棱：多晶體中三個晶粒的共同交界是一條線。界棱形核時三個界面提供給晶核。核時三個界面提供給晶核。界隅：多晶體中四個晶粒的共同交界是一個點。界偶形界隅：多晶體中四個晶粒的共同交界是一個點。界偶形核時六個界面提供給晶核。核時六個界面提供給晶核。晶界形核時的能量：晶界形核時的能量： 提供的能量：界面提供的能量：界面界棱界棱界隅界隅 需要的形核功：界面需要的形核功：界面界棱界棱界隅界隅均勻形核均勻形核 熱處理原理及工藝第三節(jié)第三節(jié) 固態(tài)相變的形核固態(tài)相變的形核二、非均勻形核（能量條件）二、非均

29、勻形核（能量條件）1、不同晶體缺陷對形核的作用、不同晶體缺陷對形核的作用晶界形核晶界形核非均勻形核類型：非均勻形核類型： 界面界面、界棱界棱、界隅界隅。為了減小晶核表面積，降低界面能，非共格形核時各界為了減小晶核表面積，降低界面能，非共格形核時各界面均呈球冠形。界面、界棱和界隅上的非共格晶核應(yīng)分別面均呈球冠形。界面、界棱和界隅上的非共格晶核應(yīng)分別呈雙凸透鏡片、兩端尖的曲面三棱柱體和球面四面體等形呈雙凸透鏡片、兩端尖的曲面三棱柱體和球面四面體等形狀。狀。 熱處理原理及工藝第三節(jié)第三節(jié) 固態(tài)相變的形核固態(tài)相變的形核二、非均勻形核（能量條件）二、非均勻形核（能量條件）1、不同晶體缺陷對形核的作用、不

30、同晶體缺陷對形核的作用位錯形核位錯形核新相生成處位錯消失，能量釋放，提高驅(qū)動力新相生成處位錯消失，能量釋放，提高驅(qū)動力位錯不消失，可作為半共格界面的形成部分位錯不消失，可作為半共格界面的形成部分易于發(fā)生偏聚（氣團(tuán)），有利于成分起伏易于發(fā)生偏聚（氣團(tuán)），有利于成分起伏易于擴(kuò)散，有利于發(fā)生擴(kuò)散型相變易于擴(kuò)散，有利于發(fā)生擴(kuò)散型相變 熱處理原理及工藝第三節(jié)第三節(jié) 固態(tài)相變的形核固態(tài)相變的形核二、非均勻形核（能量條件）二、非均勻形核（能量條件）1、不同晶體缺陷對形核的作用、不同晶體缺陷對形核的作用位錯形核位錯形核根據(jù)估算，當(dāng)相變驅(qū)動力甚小而新相和母相之間的界面能根據(jù)估算，當(dāng)相變驅(qū)動力甚小而新相和母相之間

31、的界面能約為約為2*10-5J/cm2時，均勻形核的形核率僅為時，均勻形核的形核率僅為10-70/(cm3*s)。如果晶體中位錯密度為如果晶體中位錯密度為108/cm，則由位錯促成的非均勻形，則由位錯促成的非均勻形核形核率高達(dá)核形核率高達(dá)108/(cm3*s)。可見，當(dāng)晶體中存在較高密度位錯時，固態(tài)相變很難以均可見，當(dāng)晶體中存在較高密度位錯時，固態(tài)相變很難以均勻形核方式進(jìn)行。勻形核方式進(jìn)行。 熱處理原理及工藝第三節(jié)第三節(jié) 固態(tài)相變的形核固態(tài)相變的形核二、非均勻形核（能量條件）二、非均勻形核（能量條件）1、不同晶體缺陷對形核的作用、不同晶體缺陷對形核的作用 促進(jìn)擴(kuò)散促進(jìn)擴(kuò)散 新相生成處空位消失，提供能量新相生成處空位消失，提供能量空位形核空位形核 空位群可凝結(jié)成位錯空位群可凝結(jié)成位錯 （在過飽和固溶體的脫溶析出過程中，（在過飽和固溶體的脫溶析出過程中， 空位作用更明顯。）空位作用更明顯。） 熱處理原理及工藝第三節(jié)第三節(jié) 固態(tài)相變的形核固態(tài)相變的形核二、非均勻形核（能量條件）二、非均勻形核（能量條件）2、非均勻形核的能量變化、非均勻形核的能量變化Gd晶體缺陷導(dǎo)致系統(tǒng)降低的能量。晶體缺陷導(dǎo)致系統(tǒng)降低的能量。 GVSGVGdV 熱處理原理及工藝課后題課后題2.2.固