固態(tài)相變基礎(chǔ)--文庫吧
2025-07-07 14:57 本頁面
【正文】 就熱處理工藝而言，非平衡相變具有更為重要的意義。 ， 三、按熱力學(xué)分類 根據(jù)相變前后熱力學(xué)函數(shù)的變化，可將固態(tài)相變分為一級相變和二級相變 一級相變 相變時新舊兩相的化學(xué)勢相等，但一級偏微商不等的相變稱 設(shè) ?代表舊相， ?代表新相， ?為化學(xué)勢、 T為溫度、 P為壓力，則有 已知 所以 S?≠S?， V?≠V?。 因此，在一級相變時，熵 S和體積 V將發(fā)生不連續(xù)變化，即 一級相變有相變潛熱和體積改變 。材料的凝固、熔化、升華以及同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變等均屬于一級相變。幾乎所有伴隨晶體結(jié)構(gòu)變化的金屬固態(tài)相變都是一級相變。 ?? ?? ? VP T ??????????PP TT???????? ????????? ?? ?? ???? ?? ?TT PP???????? ??????????? ?? ??STP?????????? VPT??????????2，二級相變 相變時新舊兩相的化學(xué)勢相等，其一級偏微商也相等，即 S?＝ S?，V?＝ V?， 但二級偏微商不等， 說明在二級相變時，無相變潛熱和體積改變，但比熱、壓縮系數(shù)和膨脹系數(shù)有突變。 材料的部分有序化轉(zhuǎn)變、磁性轉(zhuǎn)變以及超導(dǎo)體轉(zhuǎn)變均屬于二級相變。 PP TT?????????????????????2222?? ??TT PP?????????????????????2222 ?? ??PTPT ??????? ?? ?? 22第二節(jié) 金屬固態(tài)相變的基本特征 與液態(tài)金屬結(jié)晶一樣，其 相變驅(qū)動力 也來自新相與母相的自由能差，也通過 形核與長大過程 來完成。但因相變前后均為固態(tài)，故有以下幾個特點。 一、界面和界面能 固 /固相界面可按結(jié)構(gòu)特點分為： 共格界面 ：界面兩側(cè)的兩個相的原子能一一對應(yīng)，相互保持匹配。 半共格界面： 由于界面兩側(cè)的原子間距不同，界面上只有部分原子能夠依 靠彈性畸變保持匹配，在不能匹配的位置將形成刃型位錯。 非共格界面： 兩相的原子間距差別太大，在界面上兩側(cè)原子不能保持匹 配。 界面能： 界面上原子排列的不規(guī)則性將導(dǎo)致界面能的升高，因此非共格界 面能最高，半共格界面次之，共格界面能最低。 圖 12 固態(tài)相變界面結(jié)構(gòu)示意圖 （ a）共格界面 （ b）半共格界面 （ c）非共格界面 界面能的意義 界面能的大小對新相的形核、長大以及轉(zhuǎn)變后的組織形態(tài)有很大影響。 若新相具有和母相相同的點陣結(jié)構(gòu)和近似的點陣常數(shù)，則新相可以與母相形成低能量的 共格界面 。此時，新相將成針狀，以保持共格界面，使界面能保持最低。 如新相與母相的晶體結(jié)構(gòu)不同，這時新相與母相之間可能存在一個 共格或半共格界面 ， 其它面則是高能的非共格界面 。為了降低能量，新相的形態(tài)將是一個圓盤。圓盤面為共格界面，而圓盤的邊為非共格界面 非共格新相 ，所有的界面都是高能界面，大致為球形，但也不排除由于不同方向界面能差異而形成多面體。 二、慣習(xí)面和新、舊兩相間的位向關(guān)系 慣習(xí)面： 針狀新相的長軸或片狀新相的主平面常平行于母相的某一晶 面，或者說新相在母相一定晶面族上形成， 用母相的晶面指數(shù)表 示 。如高碳鋼中透鏡馬氏體的主平面與奧氏體的 {225}?或 {259}?平行。 原因： 減小兩相的界面能 對組織影響 ：由于一個晶面族包括若干在空間互成一定角度的晶面，故沿慣 習(xí)面形成的針狀及片狀新相將成一定角度或相互平行。 位相關(guān)系： 慣習(xí)面存在表明新相與母相存在一定晶體學(xué)位向關(guān)系。因為兩相 的晶體各自相對于慣習(xí)面的位向關(guān)系是確定的，彼此間位向關(guān)系確定： 兩相的某些低指數(shù)晶向和某些低指數(shù)晶面相互平行。例如，低碳鋼發(fā)生 馬氏體轉(zhuǎn)變時，馬氏體總是在奧氏體的 {111}?上形成， {110} ? // {111} ? ； 111 ? // 110 ? 新相與母相間為共格或半共格界面時 ，兩相間必然存在一定的晶體學(xué)位向關(guān)系； 兩相間無一定的位向關(guān)系 ，則其界面必定為非共格的。 存在晶體學(xué)位向關(guān)系 ，未必具有共格或半共格界面，因為新相在長大過程中，其界面的共格性已被破壞。 三、彈性應(yīng)變能 彈性應(yīng)變能： 新相與母相間存在 點陣錯配 和 體積錯配 時引起的應(yīng)變能 點陣錯配： 兩相在界面上原子間距不同，在共格界面附近產(chǎn)生應(yīng)變能， 稱為共格應(yīng)變能，共格界面最大，半共格界面次之，非共格 界面為零。 體積錯配 ：新相和母相的比體積不同，新相受到周圍母相的約束以致不 能自由脹縮，產(chǎn)生比體積差應(yīng)變能。 (a)、 (b)： 新相與母相共 格，但點陣常 數(shù)不同
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