第五章相图

• ．马氏体相变速度极快，高达声速。
• ．马氏体相变没有一个特定的温度， 而是在一个温度范围内进行的。
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五、 有序—无序转变
• 随温度升降而出现低温有序和 高温无序的可逆转变过程称为 有序—无序转变。
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五、 有序—无序转变
完全有序时 为，完全
无序时 为。 如： 磁铁矿
• 有序参数 （ ）（ ）
• 碰撞频率υ表示为：
原子或分子的跃迁频 率
• υυ(Δ／)
原子或分子跃迁新旧 界面的迁移活化能
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一、晶核形成过程动力学 均匀成核（ ）
• 成核速率可以写成：
• υυ(Δ／)
•
(Δ／)
• (Δ／)
•
(Δ／)
•·
常数
受核化位垒影响 的成核率因子
受原子扩散影响 的成核率因子
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、均匀成核（ ）
见图
•
，只有在合适的过冷度下，
υ有最大值。
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图—
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、非均匀成核（ ）
• 非均匀成核是指借助于表面、界 面、微粒裂纹、器壁以及各种催 化位置等而形成晶核的过程。
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图—
5
一、按热力学分类二级相变
• 相变时两相化学势相等，其一级偏微商 也相等，但二级偏微商不等，即：
• µµ • （ µ ）（ µ ） • （ µ ）（ µ ）
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一、按热力学分类二级相变
• （ µ ）≠（ µ ） • （ µ ）≠（ µ ） • （ µ ）≠（ µ ） • 即 µµ ≠；≠ ≠ β≠β α≠α • 式中β和α分别为等温压缩系数和等
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三、晶核（）形成条件
新相的 体积
• Δ＝ΔΔ＝Δγ
新相总 表面积
单位体积中旧 相和新相之间 的自由能之差
新相界面能
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三、晶核（）形成条件
• 若假设生成的新相晶胚呈球形， 则
• Δπ··Δπ·γ
球形晶胚半径
单位体积中半径的 晶胚数
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三、晶核（）形成条件
• Δπ··ΔΔπ·γ
• 见 图 表示Δ与晶胚半径的关系
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四、马氏体()
• ．结晶学特征 • •图 所示()为一四方形的母相—一奥氏体
块。()是从母相中形成马氏体示意图。其中 和这两个把母相奥氏体和转变相马氏体之间 连接起来的平面称为习性平面。
• 结晶学特征是相变后存在习性平面和晶面的 定向关系。
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图—
15
图—
16
图—
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四、马氏体()
• ．马氏体相变的另一特征是无扩散 性的位移式相变，其相对位移不超 过原子间距。
压膨胀系数。见图
7
图
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一、按热力学分类二级相变
• 特点：无相变潜热，没有 体积的不连续变化 ，只 有热容量、热膨胀系数和 压缩系数的不连续变化。
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一、按热力学分类二级相变
• 由于这类相变中 热容随温度的变 化在相变温度时 趋于无穷大，因 此可根据—曲线 具有 形状而称 二级相变为 相 变，其相变点可 称 点或居里点。 见图
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二、按相变方式分类
• 成核—长大型相变（）：是由程度 大、但范围小的浓度起伏开始发生 相变，并形成新相核心的相变；
• 分解（）：由程度小、范围广的浓度 起伏连续地长大形成新相的相变。
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三、按质点迁移特征分类
• 扩散型相变 • 无扩散型相变：如马氏体转变。
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四、马氏体()
• 一个晶体在外加应力的作用下通 过晶体的一个分立体积的剪切作 用以极迅速的速率而进行相变称 为马氏体转变。
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§— 相变的分类 §—
2
• 一、按热力学分类一级相变
体系由一相变为另一相时， 如两相的化学势相等但化学势的 一级偏微商(一级导数)不相等的 称为一级相变，即：
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• 一、按热力学分类一级相变
µµ （ µ ）≠（ µ ） （ µ ）≠（ µ ） 由于（ µ ）；（ µ ） ， 即≠；≠。因此在一级相变时熵()和体积() 有不连续变化，如图—示。 特点：相变时有相变潜热，并伴随有体 积改变。
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二、相变过程推动力相变过程的温度条 件
• 在等温等压下，ΔΔΔ
• 在平衡条件下，Δ＝，则ΔΔ
• 在任意一温度的不平衡条件下，
则相有变Δ热ΔΔ≠
相变的平衡温度
• 若Δ与Δ不随温度而变化，
• ΔΔΔΔ（）
• ΔΔ
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二、相变过程推动力相变过程的温度条 件
• Δ<，要使Δ<，须有Δ>，<,过冷；
• 相变过程吸热Δ>，要使Δ<，须有 Δ<，>,过热。
• 因此相平衡理论温度与系统实际 温度之差即为该相变过程的推动 力。
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二、相变过程推动力相变过程的压力和浓度 条件
• 、气相，恒温下Δ 欲使Δ <，须> 即汽相过饱和。
• 、溶液, Δ 欲使Δ <，须> 即液相 过饱和 。
• 综上所述，相变过程的推动力应为
过冷度、过饱和浓度、过饱和蒸汽
压。即相变时系统温度、浓度和压
力与相平衡时温度、浓度和压力之
差值。
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三、晶核（）形成条件
• 当一个熔体(熔液)冷却发生相转变时，则系 统由一相变成两相，这就使体系在能量上出 现两个变化，一是系统中一部分原子(离子) 从高自由能状态(例如液态)转变为低自由能 的另一 状态(例如晶态)，这就使系统的自由 能减少(Δ)；另一是由于产生新相，形成了 新的界面(例如固—液界面)，这就需要作功， 从而使系统的自由能增加(Δ)。因此系统在 整个相变过程中自由能的变化(Δ )应为此两 项的代数和。
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§— 液—固相变过程动力学
§—
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一、晶核形成过程动力学 、均匀成核（ ）
• 晶核从均匀的单相熔体中产生的过程。
成核速率，指单位时间、单 位体积中所生成的晶核数目， 其单位通常是晶核个数秒·厘
米
• υυ
临界晶核周界 上的原子或分
子数
单个原子或分 子同临界晶核 碰撞的频率
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、均匀成核（ ）
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图—
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三、晶核（）形成条件
• γΔΔγΔ
• 由此得出： • ．愈小，新相愈易形成。 • ．因为γ、均为正值，析晶放热过
程Δ<，所以 Δ>。
• ．降低γ、增加Δ均有利于析晶。
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三、晶核（）形成条件
• ．相应于时的自由能变化为：
• ΔπγΔπγΔ
•
（π γ Δ）
•
γ
• 、达晶胚数目： • （Δ）
原子占据应该占 据的位置数
原子占据不应占 据的位置数
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图
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§— 液—固相变过程热力学
§—
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一、相变过程的不平衡状态及亚稳区 • 亚稳区 ：理论上应发生相变而实 际上不能发生相转变的区域 • (如 见图 所示的阴影区)。 • 需过冷、过饱和才能相变。
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图—
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二、相变过程推动力
• 总的推动力：相变过程前后自由 能的差值