固态中的扩散型相变.pptx

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1、固态中的扩散型相变前言固态相变：当外界环境（温度、压力、磁场或应力场等）发生变化时，固体材料中的原子（离子或分子）的聚集态发生相应变化的过程称为固体相变。基本变化：1、晶体结构的变化；2、化学成分的变化3、有序程度的变化；分类：1、扩散型：相变过程依靠原子（离子）的扩散运动来进行，如脱溶反应、共析转变、有序化反应、块型转变、多形性转变等。2、无扩散型：相变原子不扩散，合金的成分不变化，点阵的改组是通过共格切变来完成的，如马氏体转变。3、兼具扩散与无扩散型相变：如贝氏体转变、块型转变。目录01固相中的形核02脱溶物长大03

2、综合转变动力学：TTT图04脱溶分解05胞状脱溶06共析转变08有序化转变07块型转变固相中的均匀形核均匀形核热力学分析图1均匀形核时∆G随r的变化自由能变化：∆G=-V∆GV+Aγ+V∆GS∆G=-πr3()+4πr2γ临界形核半径：r临界形核功：∆G*=-临界尺寸晶核浓度：C*=C0exp[-∆G*/(kT)]均匀形核速率：Nhom=fC*Nhom=ωC0exp()exp()固相中的均匀形核形核驱动力与温度的关系图2脱溶时的自由能变化形核驱动力：∆Gn=∆G2-∆G1∆G1=μαAXβA+μαBXβB∆G2-=μβA

3、XβA+μβBXβB形核相关的体积自由能变化：∆GV=∆Gn/Vm稀溶液：∆GV∆X∆X=X0-Xe固相中的均匀形核形核速率与过冷度的关系图3X0成分合金的均匀形核率随过冷度的变化(a)相图；(b)有效驱动力和造成的额能力势垒；(c)确定(d)中N的两个指数项；(d)N与温度的关系曲线固相中的均匀形核形核速率与合金成分的关系图4合金成分对形核速率的影响，合金2的形核速率总是比合金1的形核速率低非均匀形核的核心：晶界、空位、位错、层错、夹杂、自由表面等非平衡缺陷晶界：晶界的机构通常较为紊乱，易于松弛应变，而且扩散激活能较低

4、，晶界又常常易于富集溶质，使过饱和度增加，这些因素都会导致晶界处形核功下降，使第二相易于在晶界处沉淀析出。层错、夹杂界面、自由表面等：和晶界类似，可以降低晶界的形核功。位错：位错周围的点阵畸变可以降低晶胚总的应变能，降低形核功，促进形核。空位及空位集团：促进溶质原子的扩散，消除错配应变能，促进形核。固相中的非均匀形核非均匀形核热力学分析自由能变化：∆G=-V∆GV-+Aγ+V∆GS-∆Gd在晶粒边界上形核：形状参数：cosθ=γαα/2γαβ自由能变化(忽略错配自由能)：∆G=-V∆GV+Aαβγαβ-Aααγαα临界晶

5、核尺寸：r*=2γαβ/∆GV激活能势垒：==S(θ)S(θ)：形状因子：晶界减小的能力图5在晶粒边界上形核的临界晶核形状图6在晶粒棱边形核的临界晶核形状图7在晶粒角隅形核的临界晶核形状进一步减小V*和∆G*图8相对于均匀形核过程，θ对晶界形核激活能的影响固相中的非均匀形核非均匀形核的形核率1、缺陷类型的影响：按缺陷消除释放的自由能∆Gd：均匀形核位置<空位<位错<堆垛层错<晶界或相界<自由表面形核总是最快地发生在∆Gd最大的位置。2、缺陷数量的相对能浓度3、过冷度非均匀形核速率的表达式：Nhet=ωC1exp()exp

6、()——C1:单位体积内非均匀形核位置的浓度图9脱溶过程中非均匀形核与过冷度的关系脱溶物的长大在没应变能的影响时，一个成功的临界晶核的形状总要使总界面自由能最小，这种晶核通常是由共格或半共格小平面和平滑弯曲的非共格界面联合为界面。为使脱溶物长大，这些界面必须要移动，在长大过程中的形状由各界面相对移动速率决定。非共格界面为前沿的长大溶质浓度对长大速率的影响长大速率：v==*v=图9片状脱溶物的扩散控制增厚过程图10浓度分布的简化图非共格界面为前沿的长大温度和成分对长大速率的影响在小的过冷度条件下，由于过饱和度∆X0低，长大

7、速率较慢；在打得过冷度条件下，由于扩散慢，长大速率也低；最大的长大速率出现在中间某个过冷度。图11温度和成分对长大速率的影响v=非共格界面为前沿的长大扩散区域重叠对长大的影响图12（a）在长大后期由于扩散区域重叠，造成脱溶物之间的干扰；（b）脱溶物停止长大当脱溶物的扩散区域开始重叠时，长大速率很快降低，最后，当基体浓度全部变为Ce时，长大停止片状和针状物的扩散控制增加长度图13（a）片状脱溶物边缘；（b）沿（a）中AA'的浓度分布；图14吉布斯-汤姆逊效应增加长度速率：图15片状脱溶物以台阶机制增厚片状脱溶物的增厚为简化

8、起见，设想一个片状脱溶物是以间距为λ，高度为h的线性台阶的侧向移动来增厚，则其半厚度应当以速率v增加：v=脱溶物的长大需要的成分变化，必须由离开和朝向台阶的长程扩散来达到，如果台阶的边缘是非共格的，和台阶接触的基体成分将是Xe，长大是由扩散控制的。1、增厚速率与h无关；2、脱溶物扩散区不重叠，偏厚增速反比与λ；综合转