材料科学基础 第八章 相变
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第七章相变第一节相变概述第二节相变分类第三节相变的条件第三节成核-生长相变⏹第一节相变概述一、相什么是相?--物理性质和化学性质完全相同且均匀的部分。
二、相变1.相变随自由能变化而发生的相的结构的变化称为相变2.相变过程相变过程:物质从一个相转变到另一个相的过程。
⏹第二节相变的分类分类方法有很多,目前有以几种:一、按物质变化划分二、从热力学角度划分三、按动力学分类四、按相变发生的机理来划分一、按物质变化划分:按物态变化及含义不同,相变分为狭义相变和广义相变。
狭义相变仅限于同组成的两固相之间的结构转变,即相变是物理过程,不涉及化学反应。
如单元系统的晶型转变,S1<->S2。
广义相变包括相变前后相组成发生变化的情况,包括多组分系统的反应。
类型很多,S<->L、S<->V、S<->S、L<->V等。
二、从热力学角度划分:(1)按转变方向分类可分为可逆与不可逆相变。
可逆相变在加热和冷却时晶型之间发生互为可逆的变化,反映在相图上的特征是转变温度低于两种晶型的熔点。
不可逆相变是指高能量的介稳相向能量相对较低的物相之间的转变,相图上的特征是转变温度(虚拟)高于两种晶型的熔点。
(2)按化学位偏导数的连续性分类从热力学观点看,两相能够共存的条件是化学位相等。
此时的温度和压力分别称为临界温度和临界压力。
根据临界温度、临界压力时化学位各阶偏导数的连续性,可将相变分为一级相变、二级相变和高级相变1.一级相变:在临界温度、临界压力时,两相化学位相等,化学位的一阶偏导数不相等的相变。
反映在宏观性质上,相变时体系热焓H发生突变,热效应较大,体积膨胀或收缩。
大多数的S<->L、S<->V、S<->S、L<->V相变都属于一级相变,这是最常见的相变类型。
2.二级相变:在临界温度、临界压力时,化学位的一阶偏导数相等,而二阶偏导数不相等的相变。
【材料科学基础】必考知识点第⼋章2020届材料科学基础期末必考知识点总结第⼋章回复与再结晶第⼀节冷变形⾦属在加热时的组织与性能变化⼀回复与再结晶回复:冷变形⾦属在低温加热时,其显微组织⽆可见变化,但其物理、⼒学性能却部分恢复到冷变形以前的过程。
再结晶:冷变形⾦属被加热到适当温度时,在变形组织内部新的⽆畸变的等轴晶粒逐渐取代变形晶粒,⽽使形变强化效应完全消除的过程。
⼆显微组织变化(⽰意图)回复阶段:显微组织仍为纤维状,⽆可见变化;再结晶阶段:变形晶粒通过形核长⼤,逐渐转变为新的⽆畸变的等轴晶粒。
晶粒长⼤阶段:晶界移动、晶粒粗化,达到相对稳定的形状和尺⼨。
三性能变化1 ⼒学性能(⽰意图)回复阶段:强度、硬度略有下降,塑性略有提⾼。
再结晶阶段:强度、硬度明显下降,塑性明显提⾼。
晶粒长⼤阶段:强度、硬度继续下降,塑性继续提⾼,粗化严重时下降。
2 物理性能密度:在回复阶段变化不⼤,在再结晶阶段急剧升⾼;电阻:电阻在回复阶段可明显下降。
四储存能变化(⽰意图)1 储存能:存在于冷变形⾦属内部的⼀⼩部分(~10%)变形功。
弹性应变能(3~12%)2 存在形式位错(80~90%)点缺陷是回复与再结晶的驱动⼒3储存能的释放:原⼦活动能⼒提⾼,迁移⾄平衡位置,储存能得以释放。
五内应⼒变化回复阶段:⼤部分或全部消除第⼀类内应⼒,部分消除第⼆、三类内应⼒;再结晶阶段:内应⼒可完全消除。
第⼆节回复⼀回复动⼒学(⽰意图)1 加⼯硬化残留率与退⽕温度和时间的关系ln(x0/x)=c0t exp(-Q/RT)x0 –原始加⼯硬化残留率;x-退⽕时加⼯硬化残留率;c0-⽐例常数;t-加热时间;T-加热温度。
2 动⼒学曲线特点(1)没有孕育期;(2)开始变化快,随后变慢;(3)长时间处理后,性能趋于⼀平衡值。
⼆回复机理移⾄晶界、位错处1 低温回复:点缺陷运动空位+间隙原⼦缺陷密度降低(0.1~0.2Tm)空位聚集(空位群、对)异号位错相遇⽽抵销2 中温回复:位错滑移位错缠结重新排列位错密度降低(0.2~0.3Tm)亚晶粒长⼤3 ⾼温回复:位错攀移(+滑移)位错垂直排列(亚晶界)多边化(亚(0.3~0.5Tm)晶粒)弹性畸变能降低。
材料科学基础相变相变是材料科学基础中重要的概念之一、相变指的是物质在一定的温度和压力下由一种物态转变为另一种物态的过程。
在相变过程中,物质的分子结构和物性发生了根本性的改变。
相变不仅在常见的物质如水和冰中发生,也在各种材料中都是普遍存在的。
相变的分类主要有几种,包括:一级相变和二级相变、固相变、液相变和气相变、晶体相变和非晶态相变等。
一级相变和二级相变是相变的基本分类之一、一级相变是指物质在相变过程中,在一定温度下会出现物质的两种形态共存的情况,例如水在0°C时同时存在液态水和固态冰。
在一级相变过程中,物质的温度保持不变,而吸收或释放的热量用于改变物质的物态。
二级相变则是指物质在相变过程中,直接从一种物态转变为另一种物态,没有物质两种形态共存的情况。
例如,水从液态直接转变为气态的过程。
固相变包括固固相变和固液相变。
固固相变指的是物质在固态下由一种结构转变为另一种结构。
这种相变在金属材料中尤为常见,例如铁的铁素体和奥氏体的相互转变。
固液相变是指物质在固态和液态之间的相变过程,例如冰的熔化就是固液相变的例子。
液相变通常指的是液体变为气体的相变过程,也就是蒸发过程。
在蒸发过程中,液体吸收外界的热量,分子动能增加,逐渐脱离液体表面,形成气体。
相反地,气体变为液体的过程称为凝结。
晶体相变是指物质晶体结构发生变化的相变过程。
晶体相变可以是由于温度的改变而引起,也可以是由于压力的改变而引起。
晶体相变的一个重要特点是在相变过程中结构的对称性发生了改变。
晶体相变的代表性例子之一是冰的六方晶相变为立方晶。
非晶态相变是指物质的非晶态结构发生变化的相变过程。
非晶态相变通常与玻璃态的形成有关,例如液态金属迅速冷却后变为非晶态。
非晶态相变在材料科学中的研究具有重要的理论和应用价值。
相变现象是材料科学基础中非常常见的现象。
通过对相变的深入研究,我们可以更好地理解材料的结构和性质变化规律,为材料设计和制备提供理论基础。