固態(tài)相變

1、材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,1,固態(tài)相變：固態(tài)相變類型：,第八章固態(tài)相變,第八章 固態(tài)相變,固態(tài)物質(zhì)在溫度、壓力、電場、磁場改變時，從一種組織結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成另一種組織結(jié)構(gòu)。,擴散型,無擴散型,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,2,純金屬在一定的溫度和壓力下，由一種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象稱為同素異晶轉(zhuǎn)變。若在固溶體中發(fā)生這種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，則稱為多形性轉(zhuǎn)變。如鋼在冷卻時由奧氏體中析出先共析鐵素體的過程 。,第八章 固

2、態(tài)相變,固態(tài)相變的主要類型,1 平衡轉(zhuǎn)變,(1)同素異晶轉(zhuǎn)變,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,3,,(2) 平衡脫溶轉(zhuǎn)變,高溫過飽和固溶體緩慢冷卻過程中析出第二相的過程 特點：(a) 新相的成分和結(jié)構(gòu)始終 與母相的不同；(b)母相不會消失。例如：鋼在冷卻時，由奧氏體析出二次滲碳體的過程,圖1-1 可發(fā)生脫溶轉(zhuǎn)變的合金,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,4,,（3）共析轉(zhuǎn)變 合金冷卻時，由一個固相同時析出兩個不

3、同固相的過程稱為共析轉(zhuǎn)變。例如：鋼中的珠光體相變,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,5,（4）調(diào)幅分解 由一種高溫固溶體，冷至某一溫度范圍，分解為兩種與原固溶體結(jié)構(gòu)相同，而成分不同的微區(qū)的轉(zhuǎn)變稱為調(diào)幅分解。 α→ α1 + α2,特點 ：(a) 新形成的微區(qū)之間無明顯的界面和成分的突變；(b) 通過上坡擴散，最終使均勻固溶體變?yōu)椴痪鶆蚬?溶體。,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,6

4、,(5) 有序化轉(zhuǎn)變 固溶體中，各組元的相對位置從無序過渡到有序的過程，稱為有序化轉(zhuǎn)變。 Cu-Zn、Au-Cu等合金中均可發(fā)生這種轉(zhuǎn)變,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,7,2 不平衡轉(zhuǎn)變,偽共析轉(zhuǎn)變 接近共析點成分的合金，過冷到共析點以下發(fā)生共析轉(zhuǎn)變的過程 鐵素體和滲碳體的相對量隨奧氏體的含碳量而變，故稱為偽共析體,圖1-2 Fe-Fe3C相圖的偽共析區(qū),材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,8,(2) 馬氏體相

5、變 鋼在快冷時，若能避免其發(fā)生擴散型轉(zhuǎn)變，則將無需原子的擴散，以一種切變共格的方式實現(xiàn)點陣的改組，而轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。(3) 塊狀轉(zhuǎn)變 在一定的冷速下奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榕c母相成分相同而形貌呈塊狀的α相的過程 通過原子的短程擴散使非共格相界面在母相中推移,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,9,(4) 貝氏體相變在珠光體轉(zhuǎn)變與馬氏體轉(zhuǎn)變溫度范圍之間（中溫），鐵原子不能擴散，碳原子可以擴散。過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橛设F素體和滲碳體組成的非

6、層片狀組織 — 貝氏體(5) 不平衡脫溶轉(zhuǎn)變 在等溫條件下，由過飽和固溶體中析出第二相的過程析出相為非平衡亞穩(wěn)相,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,10,金屬固態(tài)相變的三種基本變化： 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,有序程度,晶體結(jié)構(gòu),化學(xué)成分,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,11,3.固態(tài)相變的一般特征,,固態(tài)相變的驅(qū)動力也為新相與

7、母相的自由能差，與結(jié)晶過程相比，固態(tài)相變有其自身特點.,,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,12,一、相界面：,第一節(jié) 固態(tài)相變的特點,共格界面,半共格界面,非共格界面,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,13,界面能=界面區(qū)單位面積的能量 —無界面的母相完整晶體單位面積的能量。,化學(xué)能（表面能）,應(yīng)變能（畸變能）,界面能,,原子作彈性位移所需要的能量。,主要與化學(xué)鍵的數(shù)量和強度有關(guān)，與化學(xué)成分有關(guān)。,材料科學(xué)基

8、礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,14,兩相界面上的原子排列完全匹配，即界面上的原子為兩相所共有 特點：界面能很小，彈性應(yīng)變能大 錯配度δ= ?a/a 越大，彈性應(yīng)變能越大,完全共格 彈性應(yīng)變共格,（1）共格界面,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,15,界面能：完全共格界面時， 應(yīng)變能和界面能 都接近于零。 如有失配，導(dǎo)致 應(yīng)變能增大。,δ=（aβ-aα）/aβδ越大，造成界面上彈性應(yīng)變能越大。

9、 δ<0.05,σ=0.1J/cm2,第一節(jié) 固態(tài)相變的特點,錯配度,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,16,第八章,第一節(jié) 固態(tài)相變的特點,第一節(jié) 固態(tài)相變的特點,半共格界面,當(dāng)δ大到不能借助于彈性應(yīng)變保持界面上的共格關(guān)系時，某些區(qū)域的失配可借助于形成位錯來調(diào)整，而形成半共格界面或部分共格界面。,（2） 半共格界面,特點：相界面上分布若干位錯，界面上的兩相原子部分地保持匹配，彈性應(yīng)變能降低。,0.05<δ<0.25

10、, σ=0.5J/cm2,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,17,當(dāng)δ很大時，界面上的失配不能由彈性應(yīng)變調(diào)整，也不能形成位錯調(diào)整時，界面就是非共格的。,（3）非共格界面,界面能很大，應(yīng)變能很小。,δ>0.25, σ=1.0J/cm2,特點：兩相界面完全不匹配，即存在大量缺陷的界面，為很薄的一層原子不規(guī)則排列的過渡層。,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,18,共格和半共格界面時，兩相間有一定的位向關(guān)系。,二、位向關(guān)系,例鋼中奧氏體轉(zhuǎn)

11、變?yōu)轳R氏體時，有以下位向關(guān)系（K-S關(guān)系）：{111}γ//{110}α，γ//α,注意： * 新相沿特定的晶向在母相特定晶面上形成。,原因：沿應(yīng)變能最小的方向和界面能最低的界面發(fā)展。,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,19,三、慣習(xí)面 固態(tài)相變時，新相往往在母相的一定晶面族上形成，這組晶面稱為慣習(xí)面。,* 新相沿特定的晶向在母相特定晶面上形成。,,,第八章,第一節(jié) 固態(tài)相變的特點,第一節(jié) 固態(tài)相變的特點,鋼中

12、奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體時K-S關(guān)系：{111}γ//{110}α，γ//α這里，{111}γ就是慣習(xí)面,慣習(xí)方向,慣習(xí)面,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,20,四 、應(yīng)變能,第八章,第一節(jié) 固態(tài)相變的特點,第一節(jié) 固態(tài)相變的特點,表面能：★共格界面最小，★半共格界面次之，★非共格界面最大。,共格界面最大，半共格界面次之，非共格界面為零。,兩相界面上不匹配也引起彈性應(yīng)變能：,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,21,球狀最

13、大，針狀次之，盤狀最小。,非共格相界面新舊相比體積差引起應(yīng)變能大小與新相的幾何關(guān)系：,★新相形成時，體積變化會受到周圍母相的約束， 引起彈性應(yīng)變能?！飸?yīng)變能大小還與新相幾何形狀有關(guān)。,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,22,固態(tài)相變的阻力：界面能 + 應(yīng)變能,共格和半共格新相形成時，相變阻力主要是應(yīng)變能。,非共格新相形成時，相變阻力主要是表面能。,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,23,易出現(xiàn)過渡相,固態(tài)相變阻力大，直接轉(zhuǎn)

14、變困難 協(xié)調(diào)性中間產(chǎn)物（過渡相),?,?＋Fe3C,?+(3Fe+C),? +Fe3C,M,,,,,,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,24,第八章,第二節(jié) 固態(tài)相變的形核,第二節(jié) 固態(tài)相變的形核,一、 均勻形核自由能變化：,體積自由能變化,表面能,應(yīng)變能,臨界形核功：,,,,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,25,具有低表面能和高應(yīng)變能的共格晶核，傾向于盤狀或片狀。具有高表面能和低應(yīng)變能的非共格晶核，可能呈球形或等軸狀

15、形核時因體積脹大而引起應(yīng)變能顯著增加，晶核趨于呈片狀或針狀,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,26,固態(tài)相變的形核率 ---- 單位體積母相中所形成的核心數(shù),,N ---- 單位體積母相中的原子數(shù)ν---- 原子振動頻率?G* ---- 形核功Q ---- 原子擴散激活能 固態(tài)相變較難均勻形核,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,27,第八章,第二節(jié) 固態(tài)相變的形核,第二節(jié) 固態(tài)相變的形核,二 非均勻形核概念：母

16、相中晶界、位錯、空位等晶體缺陷處形核。 固態(tài)相變均勻形核的可能性很小，非均勻形核（依靠晶體缺陷）是主要的形核方式。,表面能量高，降低形核功 結(jié)構(gòu)混亂，形核阻力小 易擴散、偏析，利于擴散相變 新相/母相形成共格、半共格界面降低界面能,,1 晶界形核：大角度晶界優(yōu)先形核,晶界形核,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院

17、,28,晶界形核的形狀,界面上形核雙球冠 一側(cè)共格 一側(cè)球冠,界棱處形核,界角處形核,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,29,第八章,第二節(jié) 固態(tài)相變的形核,第二節(jié) 固態(tài)相變的形核,2 位錯形核新相在位錯上的三種形核形式： (1)位錯線上形核，位錯消失，降低形核功。 (2)位錯不消失，依附于新相晶界，補償失配。 (3)溶質(zhì)原子

18、在位錯線上偏聚，促進形核。,圖4.10 位錯線上的沉淀相,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,30,第八章,第二節(jié) 固態(tài)相變的形核,第二節(jié) 固態(tài)相變的形核,3空位及空位集團,促進擴散 新相生成處空位消失，提供能量 空位群可凝結(jié)成位錯 （在過飽和固溶體的脫溶析出過程中，空位作用更明顯。）,,圖7.14 合金工藝處理12h后的沉淀相和晶界,空位形核,材

19、料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,31,第八章,第三節(jié) 固態(tài)相變的晶核長大,第三節(jié) 固態(tài)相變的晶核長大,一、生長機制（1）擴散型：半共格、非共格1 非共格界面的遷移兩種方式：(1)界面各點連續(xù)生長(2)界面成臺階狀結(jié)構(gòu)生長,長大方式：擴散、切變擴散型相變新相的長大過程：界面控制，擴散控制,2 半共格界面的遷移通過位錯的滑移使界面遷移,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,32,（2）協(xié)同型長大機制 無擴散型相變，原子通過

20、切變方式協(xié)同運動，相鄰原子的相對位置不變 如馬氏體相變，會發(fā)生外形變化，出現(xiàn)表面浮凸 新相和母相間有一定的位向關(guān)系,圖1-12 馬氏體相變表面浮凸,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,33,第八章,第三節(jié) 固態(tài)相變的晶核長大,第三節(jié) 固態(tài)相變的晶核長大,二、 生長速率1 受相界面控制的生長速率 新相生成時無成分變化 （有結(jié)構(gòu)、有序度變化）,2 擴散控制的長大速率 新相生成時有成分變化,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工

21、程學(xué)院,34,三、 固態(tài)相變動力學(xué),研究新相形成量(體積分數(shù))與時間、溫度關(guān)系的學(xué)科稱為相變動力學(xué)。 與再結(jié)晶過程類似，形核—長大過程。,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,35,（1）約翰遜-梅爾方程（Johnson-Mehl方程),當(dāng)形核率和長大速度恒定時，恒溫轉(zhuǎn)變動力學(xué),,,,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,36,(2) 阿弗拉密方程 ( Avrami方程),當(dāng)形核率和長大速度隨時間而變時,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院

22、,37,（3）C曲線,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,38,圖 1-16 （a） S曲線（b）C曲線,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,39,第八章,第三節(jié) 固態(tài)相變的晶核長大,第三節(jié) 固態(tài)相變的晶核長大,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,40,本節(jié)內(nèi)容1.脫溶 （1）概念 （2）脫溶過程 （3）類型（連續(xù)脫溶、不連續(xù)脫溶） （4）動力學(xué)2.調(diào)幅分解 （1）概念

23、 （2）條件 （3）特點重點與難點1.重點：脫溶的概念和過程、脫溶的類型2.難點：調(diào)幅分解的條件,第四節(jié) 擴散型相變示例,第八章,第四節(jié) 擴散型相變示例,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,41,第八章,第四節(jié) 擴散型相變示例,一、脫溶（時效）轉(zhuǎn)變,,脫溶（沉淀）：從過飽和固溶體中析出一個成分不同的新相或形成溶質(zhì)原子富集的亞穩(wěn)區(qū)過渡相的過程。,1 概念：,第四節(jié) 擴散型相變示例,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)

24、院,42,2 脫溶轉(zhuǎn)變過程 （以Al-Cu合金為例）,析出過程（析出序列）：α→G·P·Ⅰ → θ”(G ·P ·Ⅱ) → θ’ →θ,第八章,第四節(jié) 擴散型相變示例,第四節(jié) 擴散型相變示例,1,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,43,（1）過飽和固溶體,第八章,第四節(jié) 擴散型相變示例,第四節(jié) 擴散型相變示例,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,44,GP區(qū)直徑約8nm, 厚約0.3-0.6n

25、m,（2）GP（Guinier-Preston）區(qū),第八章,第四節(jié) 擴散型相變示例,第四節(jié) 擴散型相變示例,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,45,θ〞直徑約30-100nm，厚約2-10nm,第八章,第四節(jié) 擴散型相變示例,（3）θ〞,（即GP(II)區(qū)）,第四節(jié) 擴散型相變示例,,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,46,.,第四節(jié) 擴散型相變示例,第八章,第五節(jié) 無擴散型相變,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,47,3脫溶類型

26、,不連續(xù)脫溶,連續(xù)脫溶,均勻脫溶,局部脫溶,脫溶,(過冷度和過飽和度較小時),第八章,第四節(jié) 擴散型相變示例,脫溶類型是以析出后的顯微組織確定的。,(過冷度和過飽和度較大時),第四節(jié) 擴散型相變示例,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,48,第八章,第四節(jié) 擴散型相變示例,（1）連續(xù)脫溶,脫溶在母相中各處同時發(fā)生，且隨新相形成母相成分發(fā)生連續(xù)變化，但晶粒外形及位相均不變。,脫溶相與母相之間存在特殊的晶體學(xué)取向關(guān)系。,當(dāng)二者結(jié)構(gòu)相差很大

27、時，不存在共格關(guān)系，脫溶相為等軸狀，取向是任意的。,當(dāng)脫溶相與母相之間結(jié)構(gòu)和點陣常數(shù)接近時，兩相保持共格關(guān)系，析出相為圓盤形、球狀或立方狀。,第四節(jié) 擴散型相變示例,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,49,第八章,第四節(jié) 擴散型相變示例,1）均勻脫溶,析出物附近基體的濃度變化是連續(xù)的。在均勻脫溶的析出物分布是較為均勻的，或者說是較為全面的。,均勻脫溶的形核屬于均勻形核，析出物的分布與基體中的晶界、位錯等缺陷無關(guān)。,析出物長大時，溶質(zhì)原

28、子進行長程擴散。,第四節(jié) 擴散型相變示例,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,50,較為常見的局部脫溶有兩種:,第八章,第四節(jié) 擴散型相變示例,2）局部脫溶,過冷度和過飽和度較小時，脫溶物優(yōu)先在晶界、滑移帶、非共格孿晶界和位錯等處，即發(fā)生局部脫溶。,滑移面脫溶,晶界脫溶,第四節(jié) 擴散型相變示例,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,51,第八章,第四節(jié) 擴散型相變示例,第四節(jié) 擴散型相變示例,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,52,第八章

29、,第四節(jié) 擴散型相變示例,（2）不連續(xù)脫溶,不連續(xù)脫溶的主要特征是沿晶界不均勻形核，然后逐步向晶內(nèi)擴展，組織形態(tài)與P相似。,不連續(xù)脫溶過程中，析出區(qū)與未析出區(qū)，在界面兩側(cè)溶質(zhì)濃度的變化是突變的，不連續(xù)的。,脫溶一旦形成，其周圍一定范圍內(nèi)的固溶體立即由過飽和變?yōu)轱柡停⑴c母相原始成分形成明顯分界面。,快速短程擴散，一旦形核生長速率高。,第四節(jié) 擴散型相變示例,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,53,顆粒大小不均勻?qū)е履赶嘀械臐舛炔?，通過

30、原子擴散使小顆粒不斷溶解、大顆粒不斷長大。,第四節(jié) 擴散型相變示例,第八章,第五節(jié) 無擴散型相變,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,54,又稱增幅分解，指過飽和固溶體在一定溫度下分解成結(jié)構(gòu)相同、成分不同的兩個相的過程。,第八章,第四節(jié) 擴散型相變示例,二、 調(diào)幅分解,1 概念：,第四節(jié) 擴散型相變示例,圖1-1 Al-Li合金平衡相圖；圖中的點劃線表示δ′相(Al3Li)的固溶線,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,55,2 調(diào)幅分解

31、的熱力學(xué)條件和決定因素,(2)每個原子有足夠的相變驅(qū)動力△Gv。,(1)起始成分在兩個化學(xué)拐點之間;,第八章,第四節(jié) 擴散型相變示例,第四節(jié) 擴散型相變示例,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,56,,Figure 32-8: Composition profiles drawn at different times during decomposition.,1)通過上坡擴散實現(xiàn)成分變化,（2）調(diào)幅分解的特點,第八章,第四節(jié) 擴散

32、型相變示例,第四節(jié) 擴散型相變示例,(2)不經(jīng)歷形核階段，不存在明顯的相界面，分解速度快。,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,57,小結(jié),脫溶：從過飽和固溶體中析出一個成分不同的新相或形成溶質(zhì)原子富集的亞穩(wěn)區(qū)過渡相的過程。脫溶過程首先形成亞穩(wěn)定的過渡相，然后逐漸變?yōu)榉€(wěn)定性，進行長大。脫溶包括連續(xù)脫溶和不連續(xù)脫溶。調(diào)幅分解： 過飽和固溶體在一定溫度下分解成結(jié)構(gòu)相同、成分不同的兩個相的過程。調(diào)幅分解的條件和特征,第四節(jié) 擴散型相變示

33、例,第八章,第五節(jié) 無擴散型相變,,,,,,,,,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,58,第八章,第五節(jié) 無擴散型相變,第五節(jié) 無擴散型相變,本節(jié)內(nèi)容：1.無擴散相變的特點2.馬氏體相變 （1）馬氏體相變的特征 （2）馬氏體相變的晶體學(xué)表象理論 （3）馬氏體的形核和動力學(xué)3.多晶型轉(zhuǎn)變 位移型轉(zhuǎn)變、重構(gòu)型轉(zhuǎn)變重點和難點：1.重點：馬氏體相變的特征2.難點：馬氏體相變的晶體學(xué)表象理論,材料科學(xué)基礎(chǔ)

34、,材料科學(xué)與工程學(xué)院,59,,,第八章,第五節(jié) 無擴散型相變,無擴散型相變：以切變方式進行，又稱協(xié)同型相變。 相變過程中，參與轉(zhuǎn)變的所有原子運動是協(xié)調(diào)一致的。 表面會出現(xiàn)凸浮。特征： (1)存在均勻應(yīng)變而產(chǎn)生的形狀改變。 (2)母相與新相之間有一定的晶體學(xué)位向關(guān)系。 (3)母相與新相的成分相同。 (4)界面移動

35、極快，可接近聲速。,第五節(jié) 無擴散型相變,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,60,第八章,第五節(jié) 無擴散型相變,馬氏體與基體的自由表面交截時，表面出現(xiàn)浮凸。,一、 馬氏體相變,1.馬氏體相變的晶體學(xué),重要特征一：,第五節(jié) 無擴散型相變,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,61,存在不變平面，即慣習(xí)面。相變產(chǎn)生的變形是均勻的。,重要特征二：,第八章,第五節(jié) 無擴散型相變,第五節(jié) 無擴散型相變,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

36、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,P,Q,R,S,A1,A2,B1,B2,C1,C2,D1,D2,P,Q,R′,S′,A1 ′,A2,B1 ′,B2,C1 ′,C2,D1 ′,D2,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,62,圖中的C)既有膨脹又有切變，鋼中馬氏體轉(zhuǎn)變即屬于這一種。,第八章,第五節(jié) 無擴散型相變,第五節(jié) 無擴散型相變,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,63,,,馬氏體相變中，新舊相之間有一定的位相

37、關(guān)系。,K-S關(guān)系：,{111}γ//{110}M；γ//M,,[-111],(110),(111),[-101],重要特征三：,第八章,第五節(jié) 無擴散型相變,第五節(jié) 無擴散型相變,,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,64,K－S關(guān)系,,,,,,,,,,,,,,,,,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,65,{111}γ//{110}M；γ//M,西山關(guān)系：,第八章,第五節(jié) 無擴散型相變,,,,,[110]M,(110)M,(111)

38、γ,[211]γ,第五節(jié) 無擴散型相變,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,66,,,第八章,第五節(jié) 無擴散型相變,重要特征四：,馬氏體具有亞結(jié)構(gòu)：,第五節(jié) 無擴散型相變,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,67,,,2. 片狀馬氏體,片狀馬氏體，無“中脊”，形成溫度稍高，多為K-S關(guān)系,板條狀馬氏體，三維為凸透鏡狀，有“中脊”，形成溫度較低，為K-S或N-W關(guān)系,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,68,透鏡狀馬氏體的亞結(jié)構(gòu)主要為孿晶，中

39、脊為高密度微細孿晶,孿晶亞結(jié)構(gòu),材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,69,2.馬氏體相變的晶體學(xué)表象理論,第八章,第五節(jié) 無擴散型相變,(1)Bain理論,第五節(jié) 無擴散型相變,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,70,(2)Read和Bowles理論,馬氏體相變分三步：1）通過Bain變形產(chǎn)生新的晶體結(jié)構(gòu)2）進行點陣不變的切變，使慣習(xí)的應(yīng)變?yōu)?3）馬氏體作剛性移動，使慣習(xí)面回到原來的位置，成為不變平面。,第八章,第五節(jié)

40、 無擴散型相變,第五節(jié) 無擴散型相變,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,71,第八章,第五節(jié) 無擴散型相變,等溫馬氏體,3 馬氏體相變的形核及動力學(xué),馬氏體相變開始溫度Ms馬氏體相變終了溫度Mf,根據(jù)馬氏體轉(zhuǎn)變動力學(xué)，馬氏體相變材料分類：,變溫馬氏體（非熱馬氏體）,第五節(jié) 無擴散型相變,馬氏體轉(zhuǎn)變是形核和長大的過程。,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,72,馬氏體片自催化形核，快速生長導(dǎo)致“爆發(fā)”,1.變溫馬氏體轉(zhuǎn)變,兩類：變溫馬

41、氏體和等溫馬氏體,五、馬氏體轉(zhuǎn)變動力學(xué),材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,73,變溫M轉(zhuǎn)變：隨溫度降低，M片增厚,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,74,2.等溫馬氏體轉(zhuǎn)變,馬氏體轉(zhuǎn)變量隨等溫時間的延長而增多。,馬氏體的等溫轉(zhuǎn)變一般都不能進行徹底，完成一定量的轉(zhuǎn)變后即停止，原因是M轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的形變引起A變形，使未轉(zhuǎn)變的A向M轉(zhuǎn)變時的切變阻力增大。必須增大過冷度，使轉(zhuǎn)變驅(qū)動力增大，才能使轉(zhuǎn)變繼續(xù)進行。,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,7

42、5,第八章,第五節(jié) 無擴散型相變,二、多晶型轉(zhuǎn)變 分為兩類： 位移型相變 重構(gòu)型相變,第五節(jié) 無擴散型相變,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,76,在相變時，沿特定的晶向和晶面原子整體產(chǎn)生有規(guī)律的相對位移。 原有化學(xué)鍵不斷裂，配位數(shù)不變，只是鍵角轉(zhuǎn)動，鍵長伸縮。 新相和母相存在明顯的晶體學(xué)位向關(guān)系。 相變激活能小，只產(chǎn)生少量相對位移和少量晶格畸變。,1位移型相

43、變,圖4 α—β石英鍵角變化示意圖[4] a) α石英 b) β石英,第八章,第五節(jié) 無擴散型相變,相變速度快，不存在原子擴散。,第五節(jié) 無擴散型相變,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,77,必須有化學(xué)鍵斷裂，部分原子配位數(shù)隨之改變，相變前后結(jié)構(gòu)相差較大。 新相與母相沒有明顯的位相關(guān)系。 激活能較大，轉(zhuǎn)變較困難，需要較長的時間，常使高溫相有殘留到低溫的傾向。 原子雖然不作長距離擴散，但仍是

44、擴散型相。,第八章,第五節(jié) 無擴散型相變,2重構(gòu)型相變,第五節(jié) 無擴散型相變,材料科學(xué)基礎(chǔ),材料科學(xué)與工程學(xué)院,78,小結(jié),馬氏體轉(zhuǎn)變具有以下特征： （1）馬氏體與基體的自由表面交截時，表面出現(xiàn)浮凸。 （2）存在不便平面，即慣習(xí)面。相變產(chǎn)生的變形是均勻的。 （3）馬氏體相變中，新舊相之間有一定的位相關(guān)系。 （4）馬氏體具有亞結(jié)構(gòu)。馬氏體相變也是形核與長大的過程。根