一 金属固态相变热力学和动力学
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三-金属固态相变热力学和动力学
2、晶核形状
假设形成的新相晶核为球形：
ΔG
4 3
πr 3 ΔGV
4πr 2σ
4 3
πr3ε
对于 r 求导：
d (G) 0 dr
r* 2 GV
G*
16 3 3(GV
)2
临界晶核尺寸
临界晶核的 形核功
r* 2 GV
G*
16 3 3(GV
)2
1、当表面能σ和弹性应变能ε增大时，临界晶 核半径rc增大，形核功W 增高。
2、具有低界面能和高弹性应变能的共格新相 核胚，倾向于呈盘状或片状；
3、而具有高界面能和低弹性应变能的非共格 新相核胚，则易成等轴状。
4、但若新相核胚界面能的异向性很大（对母 相晶面敏感）时，后者也可呈片状或针状。
3、温度与临界形核半径及形核功
r* 2 GV
G*
16 3 3(GV
)2
1、临界晶核半径和形核功都是自由能差的 函数，因此，它们也将随过冷度（过热度） 而变化。
切变机制
阶梯界面：
面间位错分布在阶梯界面
上，位错的滑移运动使阶梯跨
过界面侧向迁移，而使界面朝
其法线方向发展，从而使新相
长大。
α
β
台阶式长大
2、非共格界面的迁移
新相晶核与母相之间呈非共格界面， 界面处原子排列紊乱，形成不规则排 列的过渡薄层。
这种界面上原子的移动不是协同的， 即无一定先后顺序，相对位移距离不 等，其相邻关系也可能变化。这种界 面可在任何位置接受原子或输出原子， 随母相原子不断向新相转移，界面本 身便沿其法向推进，从而使新相逐渐 长大。
Gold new Gnew Gold Gold new 0
必须产生一定的过冷度或过热 度，即：
固态相变原理
固态相变原理
固态相变是指物质在固态状态下由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的过程。
在固态相变中，原子或分子重新排列，从而改变了物质的性质。
固态相变是固体物理学中的重要研究对象，对于材料科学和工程技术具有重要的意义。
固态相变的原理主要包括热力学和动力学两个方面。
热力学描述了相变过程中
物质内部的能量变化和熵变化，而动力学则描述了相变过程中原子或分子的运动和排列。
在热力学方面，相变需要克服能量壁垒，使得原子或分子从一个稳定的晶体结构转变为另一个稳定的晶体结构。
而在动力学方面，相变的速率取决于原子或分子的扩散和重新排列速度。
固态相变可以分为一级相变和二级相变两种类型。
一级相变是指在相变过程中
伴随着热量的吸收或释放，如固液相变和固气相变；而二级相变则是在相变过程中不伴随热量的吸收或释放，如铁磁相变和铁电相变。
不同类型的相变具有不同的热力学和动力学特性，因此需要采用不同的方法和技术来研究和应用。
固态相变在材料科学和工程技术中具有广泛的应用。
例如，通过控制金属材料
的固态相变，可以改变材料的硬度、强度和导电性能，从而实现对材料性能的调控。
另外，固态相变还可以应用于存储技术、传感器技术和能源材料等领域，为现代科学技术的发展提供了重要支撑。
总之，固态相变是固体物理学中的重要研究内容，对材料科学和工程技术具有
重要的意义。
通过深入研究固态相变的原理和特性，可以为材料的设计、制备和应用提供重要的理论和技术支持。
希望在未来的研究中，固态相变能够得到更加深入和全面的理解，为人类社会的发展做出更大的贡献。
固态相变复习要点
15 渗碳之前原始组织状态对性能有什么影响
16 常用的表面化学热处理工艺有哪些
17 感应淬火的残余应力有什么特点
18 退火正火的目的 种类和适用范围
19淬火钢在不同温度回火相应的组织是什么
20 如果相变是通过形核长大方式进行的 那么相变速度是不是恒定的
21 淬火变形后开裂原因 怎样防止
9 A转变为马氏体时体积是怎样变化的表面会产生怎样应变
10 裂纹形成时走向与构件的形状有没有什么关系
11 开裂与热应力 组织应力有关吗
12 贝氏体组织结构的特点
当组织形态是片状或球状时性能有什么不同
13 淬火时工件表面的冷却状况对淬火后的硬度有什影响
14 淬火介质不同时对淬透性 淬硬性有什么影响
22 恩金 柯俊贝氏体相变假说是什么 能解决什么问题
23 哪些因素可促进金属固态相变 为什么
24 贝氏体转变的完成时间与钢的碳含量有没有关系
25 马氏体的形态与亚结构与碳含量以及合金元素有没有关系
26 棒条状与盘形工件淬火属固态相变的热力学与动力学条件
2 影响TTT曲线的合金元素有哪些 ttt 曲线测定方法
3 组织转变时Fe C原子是否扩散
4 马氏体相变驱动力与过冷度关系
5 淬火时残余应力的性质
6 扩大或缩小奥氏体区域的元素
7 亚 过 共析钢在加热时晶粒长大倾向是否一样
8 常见的两种马氏体的结构与性能
16 常用的表面化学热处理工艺有哪些
17 感应淬火的残余应力有什么特点
18 退火正火的目的 种类和适用范围
19淬火钢在不同温度回火相应的组织是什么
20 如果相变是通过形核长大方式进行的 那么相变速度是不是恒定的
21 淬火变形后开裂原因 怎样防止
9 A转变为马氏体时体积是怎样变化的表面会产生怎样应变
10 裂纹形成时走向与构件的形状有没有什么关系
11 开裂与热应力 组织应力有关吗
12 贝氏体组织结构的特点
当组织形态是片状或球状时性能有什么不同
13 淬火时工件表面的冷却状况对淬火后的硬度有什影响
14 淬火介质不同时对淬透性 淬硬性有什么影响
22 恩金 柯俊贝氏体相变假说是什么 能解决什么问题
23 哪些因素可促进金属固态相变 为什么
24 贝氏体转变的完成时间与钢的碳含量有没有关系
25 马氏体的形态与亚结构与碳含量以及合金元素有没有关系
26 棒条状与盘形工件淬火属固态相变的热力学与动力学条件
2 影响TTT曲线的合金元素有哪些 ttt 曲线测定方法
3 组织转变时Fe C原子是否扩散
4 马氏体相变驱动力与过冷度关系
5 淬火时残余应力的性质
6 扩大或缩小奥氏体区域的元素
7 亚 过 共析钢在加热时晶粒长大倾向是否一样
8 常见的两种马氏体的结构与性能
金属凝固热力学与动力学课件
界面动力学
金属凝固过程中，固-液界面处的原子迁移对凝固形态和 组织形成具有关键作用。了解界面动力学的机制有助于理 解金属凝固的动力学特性。
金属凝固的动力学过程
形核过程
金属凝固过程中，形核是重要的 步骤之一。了解形核的动力学特 性有助于预测和控制金属的组织
和性能。
生长过程
金属凝固过程中，固相的生长是重 要的过程之一。了解生长的动力学 特性有助于理解金属的组织和性能 。
模型优化凝固工艺。
02
金属凝固动力学
金属凝固的动力学基础
金属凝固的微观机制
金属凝固过程中，原子从液态向固态的转变涉及到微观结 构的变化。了解这一机制有助于理解金属凝固的动力学过 程。
扩散与传输过程
金属凝固过程中，原子通过扩散和传输过程在液态和固态 之间迁移。这些过程对金属凝固的动力学特性产生重要影 响。
气孔和夹杂物
金属凝固过程中，气体和夹杂 物的卷入导致铸件内部形成气
孔和夹杂物。
金属凝固的缺陷形成机理
体积收缩
金属凝固过程中，液态金属转变为固 态时体积收缩，导致铸件内部产生孔 洞和疏松。
热应力
由于金属凝固过程中温度变化引起的 热应力，可能导致铸件开裂。
溶质再分配
金属凝固过程中，溶质元素在固液相 中的再分配导致铸件成分不均匀。
金属凝固的微观结构模型
01
结晶模型
ห้องสมุดไป่ตู้结晶模型用于描述金属在凝固过程中晶体的生长过程和晶体结构的形成
。结晶模型对于理解金属的微观结构和性能具有重要意义。
02
相变模型
相变模型用于描述金属在凝固过程中发生的相变过程，包括相变的条件
、相变的动力学和相变的结构变化。
03
金属凝固过程中，固-液界面处的原子迁移对凝固形态和 组织形成具有关键作用。了解界面动力学的机制有助于理 解金属凝固的动力学特性。
金属凝固的动力学过程
形核过程
金属凝固过程中，形核是重要的 步骤之一。了解形核的动力学特 性有助于预测和控制金属的组织
和性能。
生长过程
金属凝固过程中，固相的生长是重 要的过程之一。了解生长的动力学 特性有助于理解金属的组织和性能 。
模型优化凝固工艺。
02
金属凝固动力学
金属凝固的动力学基础
金属凝固的微观机制
金属凝固过程中，原子从液态向固态的转变涉及到微观结 构的变化。了解这一机制有助于理解金属凝固的动力学过 程。
扩散与传输过程
金属凝固过程中，原子通过扩散和传输过程在液态和固态 之间迁移。这些过程对金属凝固的动力学特性产生重要影 响。
气孔和夹杂物
金属凝固过程中，气体和夹杂 物的卷入导致铸件内部形成气
孔和夹杂物。
金属凝固的缺陷形成机理
体积收缩
金属凝固过程中，液态金属转变为固 态时体积收缩，导致铸件内部产生孔 洞和疏松。
热应力
由于金属凝固过程中温度变化引起的 热应力，可能导致铸件开裂。
溶质再分配
金属凝固过程中，溶质元素在固液相 中的再分配导致铸件成分不均匀。
金属凝固的微观结构模型
01
结晶模型
ห้องสมุดไป่ตู้结晶模型用于描述金属在凝固过程中晶体的生长过程和晶体结构的形成
。结晶模型对于理解金属的微观结构和性能具有重要意义。
02
相变模型
相变模型用于描述金属在凝固过程中发生的相变过程，包括相变的条件
、相变的动力学和相变的结构变化。
03
1 金属固态相变基础
非稳定相：若不存在这种能垒，则体系处 于非稳定态，这种状态是不稳定的，它一 定会转变为平衡态或亚稳态。
相变：在均匀一相或几个混合相内，出现
具有不同成分或不同结构（包括原子、离 子或电子的位臵或位向）或不同组织形态 或不同性质的相，称为相变。 固态相变：固态材料在温度和压力改变时 发生的相变。
1.1.2 金属固态相变的主要分类 1、按热力学分类:一级相变和二级相变
举例：
马氏体总是在奥氏体{111} 晶面上形成， 则{111}A为惯习面. 密排面{110} 与奥氏体密排面{111}A相平行 密排方向<111>与奥氏体密排方向<110>A相平行 则取向关系为：{110}||{111}A；<111>||<110>A
取向关系与相界面的关系：
当新相与母相间为共格或半共格界面时， 两相间必然存在一定的晶体学取向关系； 若两相间无一定取向关系，则其界面必 定为非共格界面； 但有时两相间虽然存在一定的晶体学取 向关系，也未必都具有共格或半共格界面， 生长时共格或半共格界面破坏。
五、晶体缺陷的作用
与液态金属不同，固态金属存在各种晶体 缺陷，如空位、位错、晶界等。在缺陷周围有 点阵畸变，储存畸变能，在固态相变时，释放 出来作为相变的驱动力，对固态相变起促进作 用。 具体作用： (1) 新相往往在缺陷处形核，提高形核率。 (2) 促进扩散过程，促进晶核生长。
六、 原子的扩散
(三) 非共格界面： 两相在界面上由于错配度大，无匹配关系。 特点：界面能高，应变能低。
二、两相间的晶体学关系（位向关系 与惯习面）
固态相变时新相与母相往往存在一定的晶体学关系。 惯习面：新相往往在母相一定的晶面族上形成，这种 晶面称为惯习面。 特征：(1) 惯习面上新相和母相的原子排列很相近， 能较好地匹配，有助于减少两相间界面能。 (2) 惯习面往往为新相主平面所平行的母相晶 面。 位向关系：新相、母相某些低指数晶面和晶向的对应 平行关系。
【固态相变原理】第一章 金属固态相变基础2
v ∝ΔGα→γ/kT exp（-Δg/kT） 可见，当过冷度很小时，新相长大速 度与新旧相的自由能差成正比，即新相 长大速度随温度降低而增大。
（2）过冷度很大 此时，ΔGα→γ »kT， exp（-ΔGα→γ/kT）→ 0，则
v ∝exp（-Δg/kT） 可见，过冷度很大时，新相长大速 度随温度降低呈指数函数减小。
(2) 位错形核
• 新相在位错线上形核，新相形成处 的位错线消失，释放出来的畸变能 使形核功降低，从而促进形核。
• 位错线不消失，依附在新相界 面上，成为半共格界面中的位错 部分，补偿了错配，因而降低了 界面能，故使新相形核功降低。
• 溶质原子在位错线上偏聚（ 形成气团），满足成分起伏 条件。 • 位错线是扩散的短路通道
• 若界面迁移需要借助原子的扩散， 而扩散需要时间，故新相的长大速 度相对较低。
扩散分为短程扩散和长程扩散，原 子只做短程扩散时，表明新相长大 不会引起成分的变化；反之，新相 长大通过原子的长程扩散来实现， 则伴随成分的变化。
短程扩散——受界面扩散控制 只有获得额外能量越过相变势垒的原子
νγ→α = ν0 exp（-Δg/kT）
另一种可能，在非共格界 面的微观区域中也可能呈现 台阶状结构，台阶平面是原 子排列最密的晶面，台阶高 度约相当于一个原子层，小 台阶的横向移动，导致相界 面的纵向推移，使新相长大 。
晶核长大速度 新相长大速度取决于相界面迁 移速度。 • 对于以点阵切变机制实现的界面迁 移，不需要原子扩散，其长大激活 能为零，故一般具有很高的长大速 度。
晶核长大机理 实质上是界面向母相方向的迁移
与界面结构有关 共格 半共格 非共格
共格界面的迁移 如何实现保持共格而实现相界面移动？
协同或切变
（2）过冷度很大 此时，ΔGα→γ »kT， exp（-ΔGα→γ/kT）→ 0，则
v ∝exp（-Δg/kT） 可见，过冷度很大时，新相长大速 度随温度降低呈指数函数减小。
(2) 位错形核
• 新相在位错线上形核，新相形成处 的位错线消失，释放出来的畸变能 使形核功降低，从而促进形核。
• 位错线不消失，依附在新相界 面上，成为半共格界面中的位错 部分，补偿了错配，因而降低了 界面能，故使新相形核功降低。
• 溶质原子在位错线上偏聚（ 形成气团），满足成分起伏 条件。 • 位错线是扩散的短路通道
• 若界面迁移需要借助原子的扩散， 而扩散需要时间，故新相的长大速 度相对较低。
扩散分为短程扩散和长程扩散，原 子只做短程扩散时，表明新相长大 不会引起成分的变化；反之，新相 长大通过原子的长程扩散来实现， 则伴随成分的变化。
短程扩散——受界面扩散控制 只有获得额外能量越过相变势垒的原子
νγ→α = ν0 exp（-Δg/kT）
另一种可能，在非共格界 面的微观区域中也可能呈现 台阶状结构，台阶平面是原 子排列最密的晶面，台阶高 度约相当于一个原子层，小 台阶的横向移动，导致相界 面的纵向推移，使新相长大 。
晶核长大速度 新相长大速度取决于相界面迁 移速度。 • 对于以点阵切变机制实现的界面迁 移，不需要原子扩散，其长大激活 能为零，故一般具有很高的长大速 度。
晶核长大机理 实质上是界面向母相方向的迁移
与界面结构有关 共格 半共格 非共格
共格界面的迁移 如何实现保持共格而实现相界面移动？
协同或切变
第一章__金属固态相变基础
T A + B
一、相变分类
3. 按原子迁移情况分类 （1）扩散型相变 温度足够高、原子活动能力足够强、时间足够长 情况下发生的相变。 特点： 相变过程有原子扩散，相变速率受原子扩散速度控制；
新、旧相成分不同； 新、旧相比容不同引起体积变化，但宏观形状不变。 如：同素异构转变、脱溶转变、共析转变、调幅分解、 有序化转变、珠光体转变等
化学势一级偏微商相等
化学势二级偏微商不等
因此：无相变潜热和体积变化，而比热、压缩系数、膨胀系 数是变化的。如材料有序化转变、磁性转变、超导转变等。
一、相变分类
2.按平衡状态图分类
(1)平衡相变
同素异构转变和多形性转变 纯金属 固溶体
纯金属在温度和压力改变时，由一种晶体结构转变为 另一种晶体结构的过程称为同素异构转变。 在固溶体中发生的同素异构转变称为多形性转变。
冷却时：γ→α+Fe3C 共析相变 加热时：α+Fe3C→γ 逆共析型相变
调幅分解
某些合金在高温下具有均匀单相固溶体，但 冷却到某一温度范围时可分解成为与原固溶体结 构相同但成分不同的两个微区，如α→α1+α2，这 种转变称为调幅分解。
调幅分解的特点
在转变初期形成的两个微区之间并无明 显界面和成分突变，但是通过上坡扩散，最 终使原来的均匀固溶体变成不均匀固溶体。
1.1 金属固态相变概述
一、相变分类
1.按热力学分类 (1)一级相变 对新、旧相α和β，有： μα=μβ Sα≠ Sβ Vα≠Vβ 说明一级相变有相变潜热和体积变化。 材料凝固、熔化、升华、同素异构转变均为一级相变。 固态相变大部分为一级相变。
1.1 金属固态相变概述
一、相变分类
3. 按原子迁移情况分类 （1）扩散型相变 温度足够高、原子活动能力足够强、时间足够长 情况下发生的相变。 特点： 相变过程有原子扩散，相变速率受原子扩散速度控制；
新、旧相成分不同； 新、旧相比容不同引起体积变化，但宏观形状不变。 如：同素异构转变、脱溶转变、共析转变、调幅分解、 有序化转变、珠光体转变等
化学势一级偏微商相等
化学势二级偏微商不等
因此：无相变潜热和体积变化，而比热、压缩系数、膨胀系 数是变化的。如材料有序化转变、磁性转变、超导转变等。
一、相变分类
2.按平衡状态图分类
(1)平衡相变
同素异构转变和多形性转变 纯金属 固溶体
纯金属在温度和压力改变时，由一种晶体结构转变为 另一种晶体结构的过程称为同素异构转变。 在固溶体中发生的同素异构转变称为多形性转变。
冷却时：γ→α+Fe3C 共析相变 加热时：α+Fe3C→γ 逆共析型相变
调幅分解
某些合金在高温下具有均匀单相固溶体，但 冷却到某一温度范围时可分解成为与原固溶体结 构相同但成分不同的两个微区，如α→α1+α2，这 种转变称为调幅分解。
调幅分解的特点
在转变初期形成的两个微区之间并无明 显界面和成分突变，但是通过上坡扩散，最 终使原来的均匀固溶体变成不均匀固溶体。
1.1 金属固态相变概述
一、相变分类
1.按热力学分类 (1)一级相变 对新、旧相α和β，有： μα=μβ Sα≠ Sβ Vα≠Vβ 说明一级相变有相变潜热和体积变化。 材料凝固、熔化、升华、同素异构转变均为一级相变。 固态相变大部分为一级相变。
1.1 金属固态相变概述
固态相变知识点整理 辽宁科技大学
第1章：奥氏体的形成1.金属固态相变的基础⑴热力学原理（自由能下降）：固体中有元素扩散、自由能最低原则、降低自由能的过程⑵动力学原理（时间和温度）：成份起伏，结构起伏，能量起伏→相变过程（形核、长大）发生相转变2.奥氏体的形成⑴热处理：通过加热、保温和冷却的方法，改变金属及合金的组织结构，使其获得所需要的性能的热加工工艺。
⑵奥氏体化：钢加热获得奥氏体的过程。
⑶奥氏体形成的热力学条件系统总的自由能变化ΔG：ΔG=-ΔG V+ΔG S+ΔGεΔGV——奥氏体与旧相体积自由能之差；ΔGS ——形成奥氏体时所增加的表面能；ΔGε——形成奥氏体时所增加的应变能ΔG<0，形成奥氏体。
⑷实际加热时临界点的变化加热：偏向高温，存在过热度；A C1，A C3，A CCm冷却：偏向低温，存在过冷度。
A r1，A r3，A rCm3.奥氏体的组织、结构⑴奥氏体的组织通常由多边形的等轴晶粒所组成，有时可观察到孪晶。
⑵奥氏体的结构①具有面心立方结构。
（奥氏体是C溶于γ-Fe中的固溶体。
合金钢中的奥氏体是C及合金元素溶于γ-Fe中的固溶体。
）②C是处于γ-Fe八面体的中心空隙处，即面心立方晶胞的中心或棱边的中点；③最大空隙的半径为0.052nm，与C原子半径（0.077 nm）比较接近。
C原子的存在，使奥氏体点阵常数增大④实际上奥氏体最大碳含量是2.11%（重量）4.奥氏体的性能⑴顺磁性。
用于相变点和残余奥氏体含量的测定等。
⑵比容最小。
也常利用这一性质借膨胀仪来测定奥氏体的转变情况。
⑶线膨胀系数最大。
利用奥氏体钢膨胀系数大的特性来做仪表元件。
⑷奥氏体的导热性能最差（除渗碳体外）。
奥氏体钢要慢速加热。
⑸奥氏体的塑性高，屈服强度低。
5.奥氏体的形成机制⑴奥氏体的形核①在铁素体与渗碳体的界面处依靠系统内的成分起伏、结构起伏和能量起伏形成。
②奥氏体形核于相界面处的原因：Ⅰ界面处碳浓度差大，有利于获得奥氏体晶核形成所需的碳浓度。
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2、无核转变 相变时没有形核阶段 , 以固溶体中的成分起伏为开端， 通过成分起伏形成高浓度区和低浓度区，但两者之间没有 明显的界限，成分由高浓度区连续过渡到低浓度区。 以后依靠上坡扩散使浓度差逐渐增大，最后导致由一 个单相固溶体分解成为成分不同而点阵结构相同的以共格 界面相联系的两个相。如调幅分解。
T
一级相变：新旧两相的化学势相等，但化学势的一阶偏 微分不相等。
特 点： 1、在一级相变时，熵S和体积V将发生不连续变化，即 一级相变有相变潜热和体积改变。 2、材料的凝固、熔化、升华以及同素异构转变等均属 于一级相变。 3、几乎所有伴随晶体结构变化的固态相变都是一级相 变。
2、二级相变 相变时新旧两相的化学势相等，且化学势 的一级偏微商也相等，但化学势的二级偏微商不等的相 变称为二级相变。
平衡脱溶沉淀： 在缓慢冷却条件下，由过饱和固溶体中析 出过剩相（或第二相）的过程称为平衡脱溶沉淀。 特点： 1、新相的成分和结构始 终与母相的不同； 2、母相不会消失。 3、钢在冷却时，由奥氏 体析出二次渗碳体的 过程。
共析转变：合金在冷却时， 由一个固相分解为两个不同 固相的转变称为共析相变 （或珠光体型转变），如： γ→α+β；
2、非扩散型相变
相变过程中原子不发生扩散，参与转变的所有原子
的运动是协调一致的相变称为非扩散型相变，也称为 “协同型”转变。 非扩散型相变时原子仅作有规则的迁移以使点阵发 生改组。迁移时，相邻原子相对移动距离不超过一个原 子间距，相邻原子的相对位置保持不变。
特点：
（1）存在由于均匀切变引起的宏
观形状改变，可在预先制备的抛 光试样表面上出现浮突现象。
2 T 2
CP P
比热 压缩系数 膨胀系数
22 P 2 T
2 P 2
T
2 1 2 2 TP TP
γ
α’ γ
（2）相变不需要通过扩散，新相和母相的化学成分相同。
（3）新相和母相之间存在一定的晶体学位向关系。
（4）某些材料发生非扩散相变时，相界面移动速度极快， 可接近声速。
四、按相变方式：有核相变和无核相变
1、有核转变
通过形核-长大方式进行的。新相晶核可以在母相中均 匀形成，也可以在母相中某些有利部位优先形成。大部分 的固态相变均属于有核相变。
1、一级相变 新旧两相的化学势相等，化学势的一阶偏微分不相等。
T P T P
S T P
V P T
P T P
有序化转变：固溶体中，各组元原子在晶体点阵中的相 对位置由无序到有序（指长程有序）的转变称为有序化 转变。
在Cu-Zn、Cu-Au、Mn-Ni、Fe-Ni、Ti-Ni等许多合 金系中都可发生这种有序化转变。
2、非平衡转变 若加热或冷却速度很快，平衡相变将被抑制，固态 材料可能发生某些平衡状态图上不能反映的转变并获得被 称为不平Байду номын сангаас或亚稳态的组织，这种转变称为非平衡相变。
三、按原子迁移情况：扩散型和非扩散型
1、扩散型相变 相变时，相界面的移动是通过原子近程或远程扩散而进 行的相变。如同素异构转变、多晶型转变，脱溶型相变、 共析型相变、调幅分解和有序化转变等等。 特 点： （1）相变过程中有原子扩散运动，相变速率受原子扩散速 度所控制； （2）新相和母相的成分往往不同； （3）只有因新相和母相比容不同而引起的体积变化，没有 宏观形状改变。
第一章 金属固态相变基础
1.1 金属固态相变概论
1.1.1 金属固态相变分类
一、转变条件分类：平衡相变和非平衡相变
1、平衡转变
是指在缓慢加热或冷却时所发生的能获得符合平衡状态 图的平衡组织的相变。
同素异构转变
平衡脱溶沉淀 代表性 平衡相变
共析转变
调幅分解 有序化转变
同素异构转变： 纯金属在温度和压力改变 时，由一种晶体结构转变为另 一种晶体结构的过程称为同素 异构转变。 多形性转变: 若在固溶体中发生这种结 构的转变，则称为多形性转变。 如钢在冷却时由奥氏体中析出 先共析铁素体的过程 。
2 TP
二级相变： 相变时新旧两相的化学势相等，且化学势的 一级偏微商也相等，但化学势的二级偏微商不等的相变 称为二级相变。 特 点： 1 、无相变潜热和体积改变，只有比热 CP 、压缩系数 K 和 膨胀系数λ的不连续变化。 2、相变时无热效应和体积效应。 3、材料的部分有序化转变、磁性转变以及超导体转变均 属于二级相变。
伪共析相变 代表性的 非平衡相变 马氏体相变
贝氏体相变
非平衡脱溶沉淀
伪共析相变： 接近共析点成分的Fe-C合 金，过冷到共析点以下发 生共析转变的过程。
铁素体和渗碳体的相对量 随奥氏体的含碳量而变， 故称为伪共析体。
Fe-C相图的伪共析区
马氏体转变： 若进一步提高冷却速度， 钢中奥氏体只能以不发生原 子扩散、不引起成分改变的 方式，通过切变方式由γ点 阵改组为α点阵来实现点阵 的改组，这种转变称为马氏 体相变，其成分与母相奥氏 体相同。
反之，如果合金加热时所发 生的相反转变称为逆共析相 变，如：α+β →γ 。
调幅分解：某些合金在高温下具有均匀单相固溶体，但 冷却到某一温度范围时可分解成为与原固溶体结构相同 但成分不同的两个微区，这种转变称为调幅分解。 特 点： 1、在转变初期形成的两个微区之间并无明显界面和成 分突变； 2、通过上坡扩散，最终使原来的均匀固溶体变成不均 匀固溶体。
小结
相变过程的实质： 1、结构：同素异构、多形性、马氏体 2、成分：调幅分解 3、有序化程度：有序化转变 4、结构和成分：贝氏体转变、共析、脱溶沉淀
贝氏体相变： 珠光体转变和马氏体转变温 度范围之间，铁原子不能扩 散，碳原子尚具有一定的扩 散能力，这种非平衡相变称 为贝氏体相变（或称为中温 转变）。 转变产物是 α 相与碳化物的 混合组成的非层片状组织， 称其为贝氏体。
不平衡脱溶沉淀：
在不平衡状态下，过饱和
固溶体中析出新相的转变。
二、热力学分类：一级相变和二级相变
1 2
2 1 T 2
2 1 P 2
1 2 T T P P
P
T
1 2 P T P T
2 2 T 2 P