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固态相变 1 固态相变的特点与分类 1. 固态相变的特点(1) 相变阻力大( 界面能增加, 额外弹性应变能: 比体积差; 扩散困难), 导致固态相变难( 2) 新相晶核与母相之间存在一定的晶体学位向关系新相的某一晶面和晶向分别与母相的某一晶面、晶向平行. 界面类型: 共格、半共格、非共格(3 )惯习现象新相沿特定的晶向在母相特定晶面上形成。原因:沿应变能最小的方向和界面能最低的界面发展。(4) 母相晶体缺陷促进相变晶格畸变、自由能高,促进形核及相变。(5) 易出现过渡相固态相变阻力大,直接转变困难协调性中间产物(过渡相) 2. 固态相变的分类(1 )按相变过程中原子迁移情况 1) 扩散型: 依靠原子的长距离扩散; 相界面非共格。( 如珠光体、奥氏体转变, Fe,C 都可扩散。) 2 )非扩散型:旧相原子有规则地、协调一致地通过切变转移到新相中;相界面共格、原子间的相邻关系不变;化学成分不变(如马氏体转变, Fe,C 都不扩散。) 3 )半扩散型:既有切变,又有扩散。(如贝氏体转变, Fe 切变, C 扩散。) (2 )按相变的方式分类 1 )有核相变:有形核阶段,新相核心可均匀形成,也可择优形成。大多数固态相变属于此类。 2) 无核相变: 无形核阶段, 以成分起伏作为开端, 新旧相间无明显界面, 如调幅分解。(3) 按热力学函数变化分类 1 )一级相变:相变时两相的化学位相等,而化学位对温度及压力的一阶偏微分(- S,V ) 不等的相变。伴随潜热的释放和体积的改变。如蒸发、升华、熔化以及大多数固态晶型转变属于此类。 2) 二级相变: 相变时两相的化学位相等, 化学位的一阶偏微分也相等, 但二阶偏微分不相等的相变。没有相变潜热和体积改变,有比容、压缩系数、膨胀系数变化,如磁性转变、有序-无序转变、超导转变等属于此类。 2 成分保持不变的相变 多型性转变(同素异构转变) 定义:大约有 20 多种金属以及许多中间相都具有从单一相结构到另一种单相结构的多形性转变。转变前后无变化,是所有相当中最简单的一种。特点: 1 )多形性转变是通过形核、长大方式进行的,新相优先在过冷或过热母相的晶界等缺陷出形核。 2)转变的驱动力来自新相也母相间的自由焓差。 3) 转变速度加快,甚至瞬间发生点阵重构,明显快于固态相变。 4 )进一步冷却时,有可能发生块状相变,无法用急冷或急热的方法恢复原来结构。 块状转变定义: 某些固溶体及纯金属可在快速冷却过程中以很快的速率转变成与母体相同而结构相异的块状新相,这一转变称为块状转变。注意: 1 )块状转变只能受界面过程所控制,即想界面原子在自由焓差的驱动下,只能移动很小的距离,一次就近进入生长中的新相迅速完成点阵重构。 2 )块状改变无需局部成分改变,但杂质拖拽效应及母相的偏聚区域可是运动中的界面改变方向。 3 )由于相变时的体积变化使界面前方的母相产生滑移,这种形变有时会阻碍相界面的移动,可是界面局部平直。 4 )冷却过程中块状改变的产物可能是平衡相,但通常是过饱和相。 有序- 无序转变定义: 某些合金在高温状态溶质、溶剂原子在点阵中无规分布, 而在低温时出现有序分布, 溶质、溶剂原子各自分布在特定的点阵位置上。由无序状态到有序状态是一个原子交换的过程, 被称为有序改变。有序化的推动力是固溶体中原子混合能参量 1. 有序度参量(1 )长程有序如果合金的成分是 m:n 时: W=(Pa-X A )/(1-X A )=(Pb-X B )/(1-X B) 式中: x A =m/(m+n),x B =n/(m+n),pa 为A 原子在 a 点阵中出现的几率, pb为B 原子在 b点阵中出现的几率。(2) 短程有序对于 AmBn 型合金,则有: 式中: qM 为完全无序时的 q, qU 为最大有序时的 q。注意: 长程与短程是相对的一般把有序区域尺寸约达到 10000 个原子,并可在 X 射线衍射谱上获得超结构线条时的有序状态叫做长程有序态。任何 Em<E AB-(E AA +E BB) /2 的都有可能是短程有序。 , 与脱溶沉淀和共析转变不同, 有序化不引起宏观的成分改变, 仅仅是邻、近、亚点阵上原子的换位。 4. 其他有序- 无序转变实现有序度的变化可以采取畴变或原子位移的方式。 1 )铁电相变:铁电体是在一定温度范围内能够自发极化,并且自发极化方向可随外电场做可逆转动的晶体。 2 )铁磁相变:铁磁体中的电子的自旋和磁矩作有规律的排列,即使外加磁场为零,铁磁体也具有磁矩(自发磁矩)。 3 )超导相变:正常态时处于热激发的电子在超导态时全部或部分有序,从而表现出超导特性。 3 过饱和固溶体