【正文】 藝） 因?yàn)榘牍哺窠缑婢哂休^低的界面能 ， 故在長(zhǎng)大過(guò)程中界面往往保持為平面 。 晶核長(zhǎng)大如通過(guò)半共格界面上母相一側(cè)原子的切變來(lái)完成的 ， 大量原子有規(guī)則地沿某一方向作小于一個(gè)原子間距的遷移 ， 并保持原有的相鄰關(guān)系不變 （ 協(xié)同型長(zhǎng)大或位移式長(zhǎng)大 ） 。 (1)半共格界面的遷移 第一章 金屬固態(tài)相變概論 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） 1）切變長(zhǎng)大 ：如馬氏體轉(zhuǎn)變 ?協(xié)同型長(zhǎng)大、位移式長(zhǎng)大、無(wú)擴(kuò)散。這種晶核長(zhǎng)大過(guò)程以均勻切變方式進(jìn)行的協(xié)同型長(zhǎng)大，其結(jié)果導(dǎo)致拋光試樣表面產(chǎn)生傾動(dòng)。 馬氏體相變的表面傾動(dòng)示意圖 (1)半共格界面的遷移 第一章 金屬固態(tài)相變概論 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） 除上述切變機(jī)制外，還可通過(guò)半共格界面上的界面位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，使界面作法向遷移，從而實(shí)現(xiàn)新相晶核的長(zhǎng)大。 圖 (a)為平界面 ， 界面位錯(cuò)處于同一平面上 ， 其刃型位錯(cuò)的柏氏矢量b平行于界面 。 此時(shí) ， 若界面沿法線方向遷移 ， 界面位錯(cuò)必須攀移才能隨界面移動(dòng) ， 這在無(wú)外力作用或溫度不是足夠高時(shí)難以實(shí)現(xiàn) ， 故其牽制界面遷移 ， 阻礙晶核長(zhǎng)大 。 (1)半共格界面的遷移 第一章 金屬固態(tài)相變概論 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） 但若如圖 (b)所示 ， 界面位錯(cuò)分布于階梯狀界面上 ， 相當(dāng)于其刃型位錯(cuò)的柏氏矢量 b與界面成某一角度 。 這樣 ， 位錯(cuò)的滑移運(yùn)動(dòng)就可使臺(tái)階跨過(guò)界面?zhèn)认蜻w移 ， 造成界面沿其法線方向推進(jìn) ， 從而使新相長(zhǎng)大 。 (1)半共格界面的遷移 第一章 金屬固態(tài)相變概論 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） (1)半共格界面的遷移 2）臺(tái)階式長(zhǎng)大 ：半共格界面的每個(gè)臺(tái)階都存在柏氏矢量與界面平行的刃形位錯(cuò)，其滑移面就是界面，當(dāng)界面上的位錯(cuò)沿滑移面（小箭頭方向）滑移時(shí)，臺(tái)階側(cè)面向法向方向移動(dòng)，結(jié)果向大箭頭方向遷移了一個(gè)臺(tái)階。 晶核以階梯式長(zhǎng)大示意圖 第一章 金屬固態(tài)相變概論 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） 非共格界面是原子排列混亂的過(guò)渡薄層。其可能結(jié)構(gòu)如下圖： (2) 非共格界面的遷移 第一章 金屬固態(tài)相變概論 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） 兩種觀點(diǎn)： ? 此界面可在任何位置接受原子和輸出原子，原子移動(dòng)不是協(xié)同的，即無(wú)一定先后順序，相對(duì)位移距離不等，其相鄰關(guān)系也可能變化，母相不斷地以非協(xié)同方式向新相中轉(zhuǎn)移，界面便沿其法向推進(jìn)，從而使新相逐漸長(zhǎng)大； ? 在非共格界面的微觀區(qū)域中，也可能呈現(xiàn)臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)。這種臺(tái)階平面是原子排列最密的晶面，臺(tái)階高度約相當(dāng)于一個(gè)原子層，通過(guò)原子從母相臺(tái)階端部向新相臺(tái)階上轉(zhuǎn)移，使新相臺(tái)階發(fā)生側(cè)向移動(dòng)，從而引起界面推進(jìn)，使新相長(zhǎng)大。 (2) 非共格界面的遷移 第一章 金屬固態(tài)相變概論 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） 2. 新相長(zhǎng)大速度 新相長(zhǎng)大速度取決于界面移動(dòng)速度。 無(wú)擴(kuò)散型相變， 其界面遷移是通過(guò)點(diǎn)陣切變完成的，不需要原子擴(kuò)散， 故其長(zhǎng)大激活能為零，因此新相長(zhǎng)大速度很高。 擴(kuò)散型相變， 其界面遷移需要借助原子的擴(kuò)散，故新相長(zhǎng)大速度較低。 擴(kuò)散型相變： 無(wú)成分變化的新相長(zhǎng)大； 有成分變化的新相長(zhǎng)大； 第一章 金屬固態(tài)相變概論 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） 無(wú)成分變化的新相長(zhǎng)大 ?無(wú)需傳質(zhì)過(guò)程 ? 協(xié)同型長(zhǎng)大速度快，長(zhǎng)大取決于原子調(diào)整位置的速度。 ? 由母相 α轉(zhuǎn)變?yōu)樾孪?β時(shí)，新相與母相成分相同。新相長(zhǎng)大可以看成為 α與 β相界面的移動(dòng)，其實(shí)質(zhì)是兩相界面附近原子的短程擴(kuò)散。當(dāng)母相中的原子通過(guò)短程擴(kuò)散越過(guò)相界面進(jìn)入新相時(shí)便導(dǎo)致相界面向母相中遷移，使新相逐漸長(zhǎng)大。顯然，其長(zhǎng)大速率受界面擴(kuò)散（短程擴(kuò)散）所控制 —— 受相變溫度影響 。 （ 1）無(wú)成分變化的新相長(zhǎng)大 第一章 金屬固態(tài)相變概論 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） （ 1）無(wú)成分變化的新相長(zhǎng)大 第一章 金屬固態(tài)相變概論 激活能示意圖 原子在 母相 α和 新相 β間往返的頻率分別為 : 激活能αβΔGQ激活能βαQ新舊相自由能差ΔG波 爾爾 茲 曼常原子振 動(dòng) 子振 動(dòng)頻νkTΔGQν ex pfkTQν ex pfVVVαββα??????????????????? ?????????????設(shè)單原子層厚度為 δ，則界面遷移速率為 ： ?????? ?????? ????????? ???? ??kTGkTQffVVex p1ex p)(??? ????鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） ? 過(guò)冷度 較小時(shí)， ?GV → 0 ?????? ???????????? ??kTQkTGVkTGkTGVVVex p1ex p??隨溫度降低 ， 兩相的自由能差增大 ， 新相長(zhǎng)大速率增加 。 ?????? ?????? ????????? ???? ??kTGkTQffVVex p1ex p)(??? ????? 過(guò)冷度 較大時(shí)， ?GV kT ?????? ????????? ??kTQVkTG Vex p0ex p??隨溫度降低，新相長(zhǎng)大速率按指數(shù)函數(shù)減小。 過(guò)冷度與新相長(zhǎng)大速度有極大值的關(guān)系 在整個(gè)相變溫度范圍內(nèi)，新相長(zhǎng)大速度隨著溫度降低呈現(xiàn)先增后減的規(guī)律。 第一章 金屬固態(tài)相變概論 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） （ 2）有成分變化的新相長(zhǎng)大 新相生長(zhǎng)過(guò)程中溶質(zhì)原子的濃度分布 第一章 金屬固態(tài)相變概論 新相的長(zhǎng)大必須通過(guò)溶質(zhì)原子的長(zhǎng)程擴(kuò)散來(lái)實(shí)現(xiàn)，其長(zhǎng)大過(guò)程受擴(kuò)散所控制。有兩種情況： 1）新相 ?相中溶質(zhì)原子的濃度低于母相 ?相中的溶質(zhì)溶度； 2）新相 ?相中溶質(zhì)原子的濃度高于母相 ?相中的溶質(zhì)濃度。 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） 無(wú)論是哪一種情況，在界面附近的母相中存在一定的濃度梯度。在這一濃度梯度的推動(dòng)下，將引起溶質(zhì)原子在母相中擴(kuò)散，以降低濃度差。 新相的長(zhǎng)大速度可以用菲克第一定律來(lái)描述。 （ 2）有成分變化的新相長(zhǎng)大 第一章 金屬固態(tài)相變概論 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） ? 研究新相形成量 (體積分?jǐn)?shù) )與時(shí)間 、 溫度關(guān)系的學(xué)科稱(chēng)為 相變動(dòng)力學(xué) 。 ? 與 再結(jié)晶 過(guò)程類(lèi)似 ， 形核 — 長(zhǎng)大過(guò)程 。 金屬固態(tài)相變的動(dòng)力學(xué) 第一章 金屬固態(tài)相變概論 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） 固態(tài)相變的形核率和晶核的長(zhǎng)大速度都是轉(zhuǎn)變溫度的函數(shù)，而固態(tài)相變的速度又是形核率和晶核長(zhǎng)大速度的函數(shù)，因此固態(tài)相變的速度必然與溫度密切相關(guān)。 目前，還沒(méi)有一個(gè)能夠精確反映各類(lèi)固態(tài)相變速度與溫度之間關(guān)系式的數(shù)學(xué)表達(dá)式。在實(shí)際工作中，通常采用一些物理方法測(cè)出在不同溫度下從轉(zhuǎn)變開(kāi)始到轉(zhuǎn)變不同量，以至轉(zhuǎn)變終了時(shí)所需的時(shí)間，做出“溫度 — 時(shí)間 — 轉(zhuǎn)變量”曲線，即等溫轉(zhuǎn)變曲線（ TTT曲線）。 第一章 金屬固態(tài)相變概論 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） 小結(jié) ? 金屬固態(tài)相變的驅(qū)動(dòng)力： 新舊兩相的自由能之差 ? 自發(fā)進(jìn)行的條件是 ： ΔG〈 0 ， 改變溫度可獲得相變熱力學(xué)的條件。 ? 金屬固態(tài)相變的阻力： 界面能和彈性應(yīng)變能 ?金屬固態(tài)相變的方式 ：形核和核長(zhǎng)大，形核功越小，形核率越大。 ? 新相長(zhǎng)大速度受溫度的影響。