【正文】 理（ 原 理 和 工 藝） 均勻形核時(shí)的形核率： 與液態(tài)結(jié)晶相似，固態(tài)相變均勻形核時(shí)的形核率 I可用下式表示： 固態(tài)原子的擴(kuò)散 激活能 Q較大，固態(tài)相變的彈性應(yīng)變能又進(jìn)一步增大 形核功 W。 形核種類 形 核 固態(tài)相變的方式 核長大 (1) 晶界形核 (2) 位錯(cuò)形核 (3) 空位形核 形核位置 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） 1. 均勻形核 系統(tǒng)自由能變化 自由能差 界面能 應(yīng)變能 ?Gv 新舊相間單位體積自由能差 σ 單位面積界面能 ε 單位體積應(yīng)變能 相變驅(qū)動(dòng)力： V ?Gv ，新舊相間自由能差 相變阻力： S ζ+ εV ， 界面能 + 應(yīng)變能 第一章 金屬固態(tài)相變概論 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） 設(shè)形成的新相晶核為 球形 0)( ??drGd可得臨界晶核尺寸： ????? VGr2*形成臨界晶核的形核功： 23*)(316??????? VGG形核功 ：晶核長大到 r* 所需克服的能壘，或所做的功 ????? 32V3 r34r4Gr34G ??????對(duì)于 r 求導(dǎo)： 由此可見，當(dāng)應(yīng)變能和表面能增大時(shí)，臨界晶核的臨界半徑增大，形核功升高。 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） 二、金屬固態(tài)相變的形核 第一章 金屬固態(tài)相變概論 均勻形核： 晶核在母相中無擇優(yōu)地任意均勻分布。 自擴(kuò)散系數(shù) D愈大，克服勢(shì)壘的能力愈強(qiáng)，相變愈容易進(jìn)行。顯然，激活能愈大，相變勢(shì)壘就愈高。 二是 機(jī)械應(yīng)力 ，例如彈性變形或塑性變形破壞了晶體原子排列的規(guī)律性，在晶體中產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，可強(qiáng)制某些原子離開平衡位置，從而獲得附加能量。勢(shì)壘的高低可以近似地用激活能 Q來表示。 若兩相比容差較大，彈性應(yīng)變能起主導(dǎo)作用，則形成盤（片）狀新相； 若兩相比容差較小，彈性應(yīng)變能作用不大，則形成球狀新相。 o ldn e wn e wo ld GGG ??? ? 0?? ? n e wo ldG 分析圖： ? 產(chǎn)生相變的條件？ ? 影響驅(qū)動(dòng)力的因素？ ? 相變進(jìn)行的方向？ 第一章 金屬固態(tài)相變概論 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） 2）相變阻力 界面能 彈性應(yīng)變能 第一章 金屬固態(tài)相變概論 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） 誰起主導(dǎo)作用？ ? 過冷度大 ，臨界晶核尺寸小，單位體積新相界面積大，界面能增加巨大，從而增加了形核功而成為主要的相變阻力，此時(shí) 界面能起主導(dǎo)作用 ，兩相界面易取共格方式以降低界面能。 o ldn e wn e wo ld GGG ??? ? 0?? ? n e wo ldG 這也是所謂的 相變熱力學(xué)條件 。 ? 隨著溫度降低，過冷度增大， 形核率增加，相變驅(qū)動(dòng)力增大 ，但同時(shí)原子擴(kuò)散系數(shù)降低。 均勻形核 空位形核 位錯(cuò)形核 晶界非均勻形核 缺陷處形核功的大小： 第一章 金屬固態(tài)相變概論 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） 6）過渡相的形成 母相 新相 過渡相 共格界面 半共格界面 晶體結(jié)構(gòu)或成分相近 界面能小、形核功小 自由能低 自由能最低 自由能高 非共格界面 晶體結(jié)構(gòu)差異大 界面能大、形核功大 ? 過渡相也稱中間亞穩(wěn)相，指成分或結(jié)構(gòu)，或者成分和結(jié)構(gòu)二者都處于新相與母相之間的一種亞穩(wěn)狀態(tài)的相； ? 形成過渡相是減少相變阻力的有效途徑之一； ? 過渡相在一定條件下仍然能轉(zhuǎn)變成平衡相。 ? 在固態(tài)相變阻力中，應(yīng)變能與界面能究竟何者為主體需視具體條件而定。 （ c）相變阻力： 應(yīng)變能與界面能的總和為固態(tài)相變的阻力。 a—— 為橢圓體赤道面直徑 C—— 旋轉(zhuǎn)軸兩極間的距離 第一章 金屬固態(tài)相變概論 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） 4）彈性應(yīng)變能 新相形狀與相對(duì)應(yīng)變能的關(guān)系 ? 在 過冷度很大 時(shí)，臨界晶核小，比表面積較大， 界面能增大占主要地位 ，因而需形成共格界面以降低界面能，故 新相傾向于形成盤狀 。 第一章 金屬固態(tài)相變概論 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） 4）彈性應(yīng)變能 （ b） 體積錯(cuò)配： 新相和母相的比體積不同，固態(tài)相變時(shí)將發(fā)生體積變化，新相受到周圍母相的約束不能自由漲縮而產(chǎn)生彈性應(yīng)變能。這是共格界面的特點(diǎn)。 共格應(yīng)變能以共格界面最大，半共格界面次之，非共格界面為零。 第一章 金屬固態(tài)相變概論 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） 包括共格應(yīng)變能與比容差應(yīng)變能 4）彈性應(yīng)變能 （ a） 點(diǎn)陣錯(cuò)配： 新相和母相的晶體結(jié)構(gòu)和位向相同，但點(diǎn)陣常數(shù)不同，由此在所形成的界面附近產(chǎn)生彈性應(yīng)變的現(xiàn)象。 慣習(xí)方向 （ 母相 ） 慣習(xí)面 原因： 沿應(yīng)變能最小的方向和界面能最低的界面發(fā)展 。 ? 慣習(xí)面可能是原子移動(dòng)最小中距離就能形成新相的面。 110γ∥ 111M 差 20 ② GT關(guān)系： 晶面內(nèi)的方向差 5016’ 第一章 金屬固態(tài)相變概論 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） 3）慣習(xí)面 ? 在固態(tài)相變時(shí)，新相往往在母相一定的晶面上開始形成，這個(gè)晶面稱為 慣習(xí)面 ，通常以母相的晶面指數(shù)來表示。 110γ∥ 111M ② 西山關(guān)系： ① KS關(guān)系： {111}γ∥ {110}M 。如馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)馬氏體的密排面 {011}與奧氏體的密排面 {111}平行。 第一章 金屬固態(tài)相變概論 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） 2）位向關(guān)系 固態(tài)相變時(shí)，為了減少新相與母相之間的界面能，新相與母相之間往往存在一定的 位向關(guān)系 。 ?錯(cuò)配度小于 的共格界面 ?錯(cuò)配度大于 ?錯(cuò)配度介于 ～ ，則易形成半共格界面 錯(cuò)配度與界面的關(guān)系 : 非共格界面 第一章 金屬固態(tài)相變概論 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） 由于界面上原子排列的不規(guī)則性會(huì)導(dǎo)致界面能升高，因此，非共格界面能最高，半共格界面能次之，而共格界面能最低。 （ b） 圖為切應(yīng)變，晶界附近有晶面彎曲 第一章 金屬固態(tài)相變概論 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） 相界面上分布若干位錯(cuò)，界面上的兩相原子 部分 地保持匹配，彈性應(yīng)變能降低。 ? 共格界面必須依靠彈性畸變來維持。 ? 兩者的晶界兩側(cè)都有一定的 晶格畸變 。 共格界面 ? 兩相之間的共格關(guān)系依靠正應(yīng)變來維持時(shí)，稱為 第一類共格 。 只有孿晶面才是理想的完全共格界面，界面兩側(cè)相相同，因此不產(chǎn)生彈性應(yīng)變。 ? 彈性應(yīng)變能： 新舊相 比容不同 、 相界面原子排列差異 而產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變所引起的能量。 兩相界面有吸附溶質(zhì)原子的作用。 四、按相變方式分類 有核相變 無核相變 第一章 金屬固態(tài)相變概論 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） 相變分類總結(jié)： ?金屬固態(tài)相變的三種基本變化： （ 1） 結(jié)構(gòu) ； （ 2） 成分 ； （ 3） 有序程度； ? 只有結(jié)構(gòu)的變化：多形性轉(zhuǎn)變 ， 馬氏體相變 ? 只有成分的變化：調(diào)幅分解 ? 既有結(jié)構(gòu)又有成分上的變化：共析轉(zhuǎn)變 ， 脫溶沉淀 第一章 金屬固態(tài)相變概論 鋼 的 熱 處 理（ 原 理 和 工 藝） ? 界面能： 界面處的原子結(jié)合鍵與兩相內(nèi)部原子鍵合的差別所導(dǎo)致的能量升高。 無形核階段，以成分起伏作為開端，依靠 上坡擴(kuò)散 使?jié)舛炔钪饾u增大，最后由一個(gè)單相固溶體分解成為 成分不同