金屬固態(tài)相變特征課件

第一章金屬固態(tài)相變特征

basicfeaturesofmetallicsolid-state

phasetransformation

第一章金屬固態(tài)相變特征

basicfeatures1§1固態(tài)相變的特點驅(qū)動力：新相與母相的自由能差阻力:界面能和應(yīng)變能基本過程：成核（nucleation）長大(growing)§1固態(tài)相變的特點驅(qū)動力：新相與母相的自由能差2一、相界面（phaseinterface）1.彈性應(yīng)變能:隨錯配度變化2.錯配度:δ=Δa/aδ<0.05完全共格δ=0.05-0.25半共格δ>0.25非共格一、相界面（phaseinterface）1.彈性應(yīng)變3一、相界面（phaseinterface）金屬界面結(jié)構(gòu)示意圖---非共格界面一、相界面（phaseinterface）金屬界面結(jié)構(gòu)4半共格界面

金屬界面結(jié)構(gòu)示意圖---半共格界面

半共格界面

金屬界面結(jié)構(gòu)示意圖---半共格界面

5金屬界面結(jié)構(gòu)示意圖---共格界面αphaseβphase金屬界面結(jié)構(gòu)示意圖---共格界面αphaseβph63.溶質(zhì)原子在晶界上的不均勻分布溶質(zhì)原子分布位置應(yīng)變能Es溶質(zhì)原子濃度%晶界Why?3.溶質(zhì)原子在晶界上的不均勻分布溶質(zhì)原子分布位置應(yīng)變能Es晶7二、位向關(guān)系（orientationrelationship）1.位向關(guān)系:低指數(shù)、原子密度大、匹配較好的晶面相互平行。２.Ｋ－ＳorientationrelationshipAustenite(FCC)

Martensite(Body-Centredtetragonal)

{111}γ//{110}α’<110>γ//<111>α’共格（半共格）必有位向關(guān)系沒有位向關(guān)系必定非共格二、位向關(guān)系（orientationrelationshi8三、慣習(xí)面１定義：固態(tài)相變時，新相往往在母相的一定晶面上開始形成，這個晶面稱為慣習(xí)面。奧氏體－－先共析鐵素體１）奧氏體晶界２）慣習(xí)面{111}γ三、慣習(xí)面１定義：固態(tài)相變時，新相往往在母相的一定晶面上開9四、應(yīng)變能1.盤狀最小，其次是針狀，球形最大。２.主導(dǎo)作用：具體分析。四、應(yīng)變能1.盤狀最小，其次是針狀，球形最大。10五、晶體缺陷的影響缺陷的促進(jìn)作用。思考：晶體中常見的缺陷有哪些？五、晶體缺陷的影響缺陷的促進(jìn)作用。11六、原子的擴(kuò)散

七、過渡相的形成六、原子的擴(kuò)散

七、過渡相的形成12§２

固態(tài)相變的形核成核主要在母相的晶界、層錯、位錯等晶體缺陷處形成。是非均勻形核。一、均勻形核１.形核功：△G=V△gv+Aσ＋εV

動力阻力當(dāng)溫度低于轉(zhuǎn)變溫度，△gv為負(fù)值。只有|V△gv|>Aσ＋εV△G<０形核可能§２固態(tài)相變的形核成核主要在母相的晶界、層錯、位錯等晶體缺13臨屆晶胚尺寸：r*=2σ/(△gv—ε)形核功：△G*=16πσ

3/3(△gv—ε)22.非均勻形核△G=V△gv+Aσ＋εV—△gd

動力阻力3.晶體缺陷對形核的作用：１）空位臨屆晶胚尺寸：r*=2σ/(△gv—ε)14２）位錯Ｉ）在位錯線ＩＩ）補償錯配ＩＩＩ）在位錯線偏聚３）晶界２）位錯15晶界形核時晶核的形狀晶界晶粒１晶粒２新相晶界形核時晶核的形狀晶界晶粒１晶粒２新相16§２

固態(tài)相變的長大一、長大機制１半共格界面的遷移２非共格界面的遷移３擴(kuò)散型相變與無擴(kuò)散型相變１）擴(kuò)散型相變的特征２）無擴(kuò)散型相變的特征§２固態(tài)相變的長大一、長大機制17二、新相長大速度：界面移動速度三、新相長大速度與過冷度的關(guān)系四、新相形成的轉(zhuǎn)變速度與過冷度的關(guān)系二、新相長大速度：界面移動速度18新相形成的轉(zhuǎn)變速度與過冷度的關(guān)系

temperatureTransformationspeed新相形成的轉(zhuǎn)變速度與過冷度的關(guān)系

temperatureTr19新相長大速度與過冷度的關(guān)系temperatureD,u,△g新相長大速度與過冷度的關(guān)系temperatureD,20金屬固態(tài)相變特征課件21金屬固態(tài)相變特征課件22金屬固態(tài)相變特征課件23金屬固態(tài)相變特征課件24金屬固態(tài)相變特征課件25金屬固態(tài)相變特征課件26金屬固態(tài)相變特征課件27第一章金屬固態(tài)相變特征

basicfeaturesofmetallicsolid-state

phasetransformation

第一章金屬固態(tài)相變特征

basicfeatures28§1固態(tài)相變的特點驅(qū)動力：新相與母相的自由能差阻力:界面能和應(yīng)變能基本過程：成核（nucleation）長大(growing)§1固態(tài)相變的特點驅(qū)動力：新相與母相的自由能差29一、相界面（phaseinterface）1.彈性應(yīng)變能:隨錯配度變化2.錯配度:δ=Δa/aδ<0.05完全共格δ=0.05-0.25半共格δ>0.25非共格一、相界面（phaseinterface）1.彈性應(yīng)變30一、相界面（phaseinterface）金屬界面結(jié)構(gòu)示意圖---非共格界面一、相界面（phaseinterface）金屬界面結(jié)構(gòu)31半共格界面

金屬界面結(jié)構(gòu)示意圖---半共格界面

半共格界面

金屬界面結(jié)構(gòu)示意圖---半共格界面

32金屬界面結(jié)構(gòu)示意圖---共格界面αphaseβphase金屬界面結(jié)構(gòu)示意圖---共格界面αphaseβph333.溶質(zhì)原子在晶界上的不均勻分布溶質(zhì)原子分布位置應(yīng)變能Es溶質(zhì)原子濃度%晶界Why?3.溶質(zhì)原子在晶界上的不均勻分布溶質(zhì)原子分布位置應(yīng)變能Es晶34二、位向關(guān)系（orientationrelationship）1.位向關(guān)系:低指數(shù)、原子密度大、匹配較好的晶面相互平行。２.Ｋ－ＳorientationrelationshipAustenite(FCC)

Martensite(Body-Centredtetragonal)

{111}γ//{110}α’<110>γ//<111>α’共格（半共格）必有位向關(guān)系沒有位向關(guān)系必定非共格二、位向關(guān)系（orientationrelationshi35三、慣習(xí)面１定義：固態(tài)相變時，新相往往在母相的一定晶面上開始形成，這個晶面稱為慣習(xí)面。奧氏體－－先共析鐵素體１）奧氏體晶界２）慣習(xí)面{111}γ三、慣習(xí)面１定義：固態(tài)相變時，新相往往在母相的一定晶面上開36四、應(yīng)變能1.盤狀最小，其次是針狀，球形最大。２.主導(dǎo)作用：具體分析。四、應(yīng)變能1.盤狀最小，其次是針狀，球形最大。37五、晶體缺陷的影響缺陷的促進(jìn)作用。思考：晶體中常見的缺陷有哪些？五、晶體缺陷的影響缺陷的促進(jìn)作用。38六、原子的擴(kuò)散

七、過渡相的形成六、原子的擴(kuò)散

七、過渡相的形成39§２

固態(tài)相變的形核成核主要在母相的晶界、層錯、位錯等晶體缺陷處形成。是非均勻形核。一、均勻形核１.形核功：△G=V△gv+Aσ＋εV

動力阻力當(dāng)溫度低于轉(zhuǎn)變溫度，△gv為負(fù)值。只有|V△gv|>Aσ＋εV△G<０形核可能§２固態(tài)相變的形核成核主要在母相的晶界、層錯、位錯等晶體缺40臨屆晶胚尺寸：r*=2σ/(△gv—ε)形核功：△G*=16πσ

3/3(△gv—ε)22.非均勻形核△G=V△gv+Aσ＋εV—△gd

動力阻力3.晶體缺陷對形核的作用：１）空位臨屆晶胚尺寸：r*=2σ/(△gv—ε)41２）位錯Ｉ）在位錯線ＩＩ）補償錯配ＩＩＩ）在位錯線偏聚３）晶界２）位錯42晶界形核時晶核的形狀晶界晶粒１晶粒２新相晶界形核時晶核的形狀晶界晶粒１晶粒２新相43§２

固態(tài)相變的長大一、長大機制１半共格界面的遷移２非共格界面的遷移３擴(kuò)散型相變與無擴(kuò)散型相變１）擴(kuò)散型相變的特征２）無擴(kuò)散型相變的特征§２固態(tài)相變的長大一、長大機制44二、新相長大速度：界面移動速度三、新相長大速度與過冷度的關(guān)系四、新相形成的轉(zhuǎn)變速度與過冷度的關(guān)系二、新相長大速度：界面移動速度45新相形成的轉(zhuǎn)變速度與過冷度的關(guān)系

temperatureTra