【正文】 。 ? 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 ：形核和核長大，形核功越小，形核率越大。在實際工作中，通常采用一些物理方法測出在不同溫度下從轉(zhuǎn)變開始到轉(zhuǎn)變不同量，以至轉(zhuǎn)變終了時所需的時間，做出“溫度 — 時間 — 轉(zhuǎn)變量”曲線，即等溫轉(zhuǎn)變曲線（ TTT曲線）。 金屬固態(tài)相變的動力學(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)。 （ 2）有成分變化的新相長大 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) )與時間 、 溫度關(guān)系的學(xué)科稱為 相變動力學(xué) 。在這一濃度梯度的推動下，將引起溶質(zhì)原子在母相中擴(kuò)散，以降低濃度差。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。 過冷度與新相長大速度有極大值的關(guān)系 在整個相變溫度范圍內(nèi)，新相長大速度隨著溫度降低呈現(xiàn)先增后減的規(guī)律。 （ 1）無成分變化的新相長大 第一章 金屬固態(tài)相變概論 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） （ 1）無成分變化的新相長大 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 子振 動頻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） ? 過冷度 較小時， ?GV → 0 ?????? ???????????? ??kTQkTGVkTGkTGVVVex p1ex p??隨溫度降低 ， 兩相的自由能差增大 ， 新相長大速率增加 。當(dāng)母相中的原子通過短程擴(kuò)散越過相界面進(jìn)入新相時便導(dǎo)致相界面向母相中遷移，使新相逐漸長大。 ? 由母相 α轉(zhuǎn)變?yōu)樾孪?β時，新相與母相成分相同。 擴(kuò)散型相變， 其界面遷移需要借助原子的擴(kuò)散，故新相長大速度較低。 (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. 新相長大速度 新相長大速度取決于界面移動速度。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： ? 此界面可在任何位置接受原子和輸出原子，原子移動不是協(xié)同的，即無一定先后順序，相對位移距離不等，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)，從而使新相逐漸長大； ? 在非共格界面的微觀區(qū)域中，也可能呈現(xiàn)臺階狀結(jié)構(gòu)。 (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）臺階式長大 ：半共格界面的每個臺階都存在柏氏矢量與界面平行的刃形位錯，其滑移面就是界面，當(dāng)界面上的位錯沿滑移面（小箭頭方向）滑移時，臺階側(cè)面向法向方向移動，結(jié)果向大箭頭方向遷移了一個臺階。 (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 ， 界面位錯分布于階梯狀界面上 ， 相當(dāng)于其刃型位錯的柏氏矢量 b與界面成某一角度 。 圖 (a)為平界面 ， 界面位錯處于同一平面上 ， 其刃型位錯的柏氏矢量b平行于界面 。這種晶核長大過程以均勻切變方式進(jìn)行的協(xié)同型長大，其結(jié)果導(dǎo)致拋光試樣表面產(chǎn)生傾動。 晶核長大如通過半共格界面上母相一側(cè)原子的切變來完成的 ， 大量原子有規(guī)則地沿某一方向作小于一個原子間距的遷移 ， 并保持原有的相鄰關(guān)系不變 （ 協(xié)同型長大或位移式長大 ） 。 第一章 金屬固態(tài)相變概論 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） （ 3）空 位 第一章 金屬固態(tài)相變概論 ? ①加速擴(kuò)散過程 ? ②釋放自身能量提供形核驅(qū)動力而促進(jìn)形核 ? ③空位群亦可凝聚成位錯而促進(jìn)形核 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） 1．新相長大機(jī)制 (1) 半共格界面的遷移 (2) 非共格界面的遷移 2. 新相長大速度 (1) 無成分變化的新相長大 (2) 有成分變化的新相長大 三、金屬固態(tài)相變的晶核長大 第一章 金屬固態(tài)相變概論 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） 1．新相長大機(jī)制 ? 實質(zhì)： 界面向母相方向的遷移 ? 遷移過程： 界面附近原子調(diào)整位置使晶核得以長大的過程。 ? 新相與基體成分不同的情況下，溶質(zhì)原子常在位錯線上偏聚，使溶質(zhì)含量增高，便于滿足新相形成時所需的成分條件，使新相晶核易于形成。 第一章 金屬固態(tài)相變概論 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） 影響優(yōu)先形核位置的因素 ? 從能量角度分析 ? 界隅 ＞ 界棱 ＞ 界面 ? 從過冷度 Δ T影響分析 ? Δ T↑→ Δ Gv ↑ → Δ G*↓ 所有位置均無障礙，從貢獻(xiàn)的角度看，界面＞界棱＞界隅（晶界多） ? Δ T ↓ → Δ Gv ↓ → Δ G* ↑ 先界隅、次界棱，后界面 第一章 金屬固態(tài)相變概論 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） （ 2）位錯形核 位錯促進(jìn)形核的主要形式： ? 新相在位錯線上形核，新相形核位置位錯消失，釋放出畸變能使形核功降低，從而促進(jìn)形核。但大角晶界兩側(cè)的晶粒通常無對稱關(guān)系，故晶核一般不可能同時與兩側(cè)晶粒都保持共格關(guān)系，而是一側(cè)為共格，另一側(cè)為非共格。 （ 1）晶界形核 晶界形核時，新相與母相的某一個晶粒有可能形成共格或半共格界面，以降低界面能，減少形核功。 （ 1）晶界形核 界面：兩個相鄰晶粒的邊界 界棱：三個晶粒共同交界的一條線 界隅：四個晶粒交于一點處 (a)界面形核 (b)界棱形核 (c)界隅形核 第一章 金屬固態(tài)相變概論 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） 晶界面形核時晶核形狀 三晶粒相交的棱邊 四晶粒相交的隅角 （ 1）晶界形核 第一章 金屬固態(tài)相變概論 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） 大角晶界具有高的界面能，在晶界形核時可使界面能釋放出來作為相變驅(qū)動力，以降低形核功。 非均勻形核時，系統(tǒng)自由能的總變化為： 促進(jìn)形核因素： 晶體缺陷儲存的能量可使形核功降低 ?Gd 由于晶體缺陷消失或減少所降低的能量 晶體缺陷：晶界、位錯、空位 第一章 金屬固態(tài)相變概論 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） 晶界 界面能 有利晶界形核 降低形核功 為了減少晶核表面積，降低界面能， 非共格形核 時各界面均呈 球冠形 。 固態(tài)材料中存在的大量晶體缺陷可提供能量，促進(jìn)形核。 第一章 金屬固態(tài)相變概論 鋼 的 熱 處