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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
12、界面能小，弹性畸变能大返 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)半共格界面半共格界面 新、旧相之间存在少量位错，除此之外的晶体结构新、旧相之间存在少量位错，除此之外的晶体结构和点阵常数均能使两相原子之间产生完全匹配。和点阵常数均能使两相原子之间产生完全匹配。新、旧相间错配度新、旧相间错配度=|=|-|/|/小，共格关系小，共格关系大，半共格关系大，半共格关系很大，非共格关系很大，非共格关系 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）返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT(3)(3)非共
13、格界面非共格界面 新、旧相界面处原子排列差别很大新、旧相界面处原子排列差别很大,两原子之间匹两原子之间匹配关系不再维持配关系不再维持,为非共格界面。为非共格界面。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）特点：特点：界面能大，弹性畸变能小界面能大，弹性畸变能小返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT界面能：非共格界面能：非共格半共格半共格共格共格弹性畸变能：非共格弹性畸变能：非共格半共格半共格0G 0 G=G-G 0 过热过热返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT二、相变势垒二、相变势垒 要使要
14、使向向 转变能够进行转变能够进行 还必须越过还必须越过g的势垒的势垒 因此相变条件：因此相变条件：G0 克服克服g的势垒的势垒 （能量起伏（能量起伏)返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMTG状态状态状态状态gG原子间的引力原子间的引力返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT2.3 金属固态相变的形核金属固态相变的形核一、均匀形核一、均匀形核金属结晶均匀形核金属结晶均匀形核形核自由能变化形核自由能变化临界晶核半径：临界晶核半径：临界形核功临界形核功形核率形核率假设晶核为球形假设晶核为球形自由能差自由能差自由能差自由能差界面能界面能界面能界
15、面能应变能应变能应变能应变能返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT2.3 金属固态相变的形核金属固态相变的形核二、非均匀形核二、非均匀形核界面形核界面形核位错形核位错形核空位形核空位形核缺陷提供的相变驱动力缺陷提供的相变驱动力固态相变中均匀形核几乎不可能，大多为非均匀形核。固态相变中均匀形核几乎不可能，大多为非均匀形核。返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT1.1.晶界形核晶界形核n晶界类型：界面、界棱、界隅晶界类型：界面、界棱、界隅n晶界形核时的能量变化晶界形核时的能量变化 提供的能量：提供的能量：需要的形核功：需要的形核功：界隅形
16、核的最容易，但界隅占的体积分数最小，界隅形核的最容易，但界隅占的体积分数最小，数量最多的界面形核的贡献最大。数量最多的界面形核的贡献最大。二、非均匀形核二、非均匀形核界面界面界棱界棱界隅界隅界隅界隅界棱界棱界面界面 T2 T3T2T3100%在一定过冷度下的等温转变动力在一定过冷度下的等温转变动力学可用阿弗拉密方程描述：学可用阿弗拉密方程描述：3 n 4n 4返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT等温转变曲线：等温转变曲线：将将不不同同温温度度下下的的S S曲曲线线整整理理在在时时间间-温温度度曲曲线线上上，可可以以得得到到相相变变的的综综合合动动力力学学曲曲线线
17、，即即等等温温转转变变曲曲线线。等等温温转转变变曲曲线线表表示示了了转转变变量量、转转变变温温度度和和转转变变时时间间之之间间的的关关系系，一一般般是是由由两两条条形形状状呈呈C C形形的的曲曲线线构构成成，所所以以我我们们也也将将其其称称之之为为C C C C曲线曲线曲线曲线。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习题一：习题一：1、金属固态相变有哪些主要特征？、金属固态相变有哪些主要特征？2、哪些因素构成固态相变阻力？哪些构成相变驱动力？、哪些因素构成固态相变阻力？哪些构成相变驱动力？3、金属固态相变主要有哪些变化？
18、金属固态相变主要有哪些变化？4、固态相变的过程中形核和长大的方式是什么？固态相变的过程中形核和长大的方式是什么？5、固态相变的长大速度受什么控制？、固态相变的长大速度受什么控制？返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT本章重点：n1、各种固态相变的归类。n2、固态相变的特点。n3、固态相变驱动力和阻力。n4、固态相变的形核与长大（理解其基本过程和方式，公式不做要求）返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMTn9、静夜四无邻，荒居旧业贫。5月-235月-23Friday,May 19,2023n10、雨中黄叶树，灯下白头人。12:13:391
19、2:13:3912:135/19/2023 12:13:39 PMn11、以我独沈久，愧君相见频。5月-2312:13:3912:13May-2319-May-23n12、故人江海别，几度隔山川。12:13:3912:13:3912:13Friday,May 19,2023n13、乍见翻疑梦，相悲各问年。5月-235月-2312:13:3912:13:39May 19,2023n14、他乡生白发，旧国见青山。19 五月 202312:13:39 下午12:13:395月-23n15、比不了得就不比，得不到的就不要。五月 2312:13 下午5月-2312:13May 19,2023n16、行动
20、出成果，工作出财富。2023/5/19 12:13:3912:13:3919 May 2023n17、做前，能够环视四周；做时，你只能或者最好沿着以脚为起点的射线向前。12:13:39 下午12:13 下午12:13:395月-23n9、没有失败，只有暂时停止成功！。5月-235月-23Friday,May 19,2023n10、很多事情努力了未必有结果，但是不努力却什么改变也没有。12:13:3912:13:3912:135/19/2023 12:13:39 PMn11、成功就是日复一日那一点点小小努力的积累。5月-2312:13:3912:13May-2319-May-23n12、世间成事
21、，不求其绝对圆满，留一份不足，可得无限完美。12:13:3912:13:3912:13Friday,May 19,2023n13、不知香积寺，数里入云峰。5月-235月-2312:13:3912:13:39May 19,2023n14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。19 五月 202312:13:39 下午12:13:395月-23n15、楚塞三湘接，荆门九派通。五月 2312:13 下午5月-2312:13May 19,2023n16、少年十五二十时，步行夺得胡马骑。2023/5/19 12:13:3912:13:3919 May 2023n17、空山新雨后，天气晚来秋。1
22、2:13:39 下午12:13 下午12:13:395月-23n9、杨柳散和风，青山澹吾虑。5月-235月-23Friday,May 19,2023n10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。12:13:4012:13:4012:135/19/2023 12:13:40 PMn11、越是没有本领的就越加自命不凡。5月-2312:13:4012:13May-2319-May-23n12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。12:13:4012:13:4012:13Friday,May 19,2023n13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。5月-235月-2312:13:4012:13
23、:40May 19,2023n14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。19 五月 202312:13:40 下午12:13:405月-23n15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。五月 2312:13 下午5月-2312:13May 19,2023n16、业余生活要有意义，不要越轨。2023/5/19 12:13:4012:13:4019 May 2023n17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。12:13:40 下午12:13 下午12:13:405月-23MOMODA POWERPOINTLorem ipsum dolor sit amet,consectetur adipiscing elit.Fusce id urna blandit,eleifend nulla ac,fringilla purus.Nulla iaculis tempor felis ut cursus.感感 谢谢 您您 的的 下下 载载 观观 看看专家告诉返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT演讲完毕，谢谢观看！