固态相变1.6固态相变形核规律

1. 固态相变与液固相变在形核、长大规律和组织等方面的主要区别。

答：固态相变形核要求有一个临界过冷度△Tc，只有当过冷度△T>△Tc时才满足相变热力学条件。

这是固态相变形核与液-固相变的根本区别。

相同：形核和长大规律相同，驱动力相同都存在相变阻力都是系统自组织的过程。

异处：不同点：（1）液－固相变驱动力为自由焓之差△G 相变，阻力为新相的表面能△G表，基本能连关系为：△G = △G 相变+△G表，而固态相变多了一项畸变能△G畸，基本能连关系为：△G = △G 相变+△G界面+△G畸（2）固态相变比液－固相变困难，需要较大的过冷度。

固态相变阻力增加了应变能等，即固态相变中形核困难.3.固态相变时为什么常常首先形成亚稳过渡相。

佳美试卷P31P33（1）能量方面，所需要驱动力，平衡相大于过渡相，过渡相的界面能和应变能要低，形成有利于降低相变阻力。

（2）成分和结构方面。

过渡相在成分和结构更接近母相，两相易于形成共格或半共格界面，减少界面能，降低形核功，形核容易进行。

4.如何理解脱溶颗粒在粗化过程中的“小粒子溶解”和“大粒子长大”现象。

（1）粗化过程驱动力是界面能的降低当沉淀相越小，其中每个原子分到的界面能越多，化学势越高，与它处于平母相中的溶质原子浓度越高即c（r2）>c(r1)。

由此可见，在大粒子r1和小粒子r2之间体中存在浓度梯度，因此必然有一个扩散流，在浓度梯度的作用下，大粒子通过吸收基体中的溶质而不断长大，小粒子要不断溶解收缩，放出溶质原子来维持这个扩散流。

所以出现了大粒子长大、小粒子溶解的现象（2）粗化过程中，小粒子溶解，大粒子长大，粒子总数减小，r增加。

小粒子溶解更快。

温度T升高，扩散系数D增大，使dr/dt增大。

所以当温度升高，大粒子长大更快，小粒子溶解更快。

5.如何理解调幅分解在热力学上无能垒，但在实际转变过程中有阻力。

(1)应变能，溶质溶剂原子尺寸不同(2)梯度能，原子化学键结合(3)相间点阵畸变6.调幅分解与形核长大型脱溶转变的主要区别。

第一章金属固态相变的基本规律1.固态相变：指在金属陶瓷等固态材料中，当温度或压力改变时，内部组织或结构发生变化，即由一种相状态转变为另一种相状态。

2.平衡转变：在极为缓慢的加热或者冷却条件下形成符合状态图的平衡组织的相得转变。

3.非平衡转变：在非平衡加热或冷却的条件喜爱，平衡转变受到抑制，将发生平衡图上不能反映的转变类型，获得不平衡组织或平稳状态的组织。

4.纯金属的同素异构转变：纯金属在温度压力改变时，由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的过程。

5.多形性转变：固溶体的同素异构转变。

6.共析转变：冷却时，固溶体同时析出分解为两个不同成分和结构的相的固态相变。

7.包析转变：冷却时，由俩个固相合并转变为一个固相的固态相变过程。

8.钢种的马氏体相变：将A以较大的冷却速度过冷到低温区，替代原子难以扩散，则A以无扩散方式发生转变，即在Ms点以下进行的马氏体转变，即称为马氏体转变。

9.平衡脱溶：在高温相中固溶了一定量合金元素，当温度降低时，溶解度下降，在缓慢冷却的条件下，过饱和固溶体将析出新相的过程。

10.非平衡脱溶：合金固溶体在高温下溶入了较多的合金元素，在快速冷却条件下，固溶体中来不及析出新相，一直冷却到较低温度下，得到过饱和固溶体的过程。

11.按原子迁移特征分为：（1）扩散型相变：原子的迁移造成原有原子的邻居关系的破坏。

①界面控制扩散型相变②体扩散控制扩散型相变；（2）原子的迁移没有破坏原有原子的邻居关系，原子位移不超过原子间距。

12.按热力学分：（1）一级相变：在相变温度下，两相得自由焓及化学位均相等，但是化学位一级偏导数不等；（2）二级相变：相变时，化学位的一级偏导数相等，但是二级偏导数不等。

13.相变的驱动力和阻力：相变过程驱动力阻力热力学条件相结晶成固相△G相变=G固-G液新相表面能△G表驱动力>阻力固态相变△G相变=G新-G旧△G界面+△G畸变14.界面能△G界面：由结构界面能和化学界面能组成：（1）δSt结构界面能：由于界面处的原子键合被切断或被削弱，引起了势能的升高而形成的界面能：（2）δCh化学界面能：由于原子的结合键与两相内部原子键合的差别而导致的界面能量的升高。

一、固态转变基本类型由于金属（合金）的结构和组织在固态下可以进行多种多样的形势转变，因此具有性能方面的多变性。

包括同素异形转变、脱溶、有序化转变等等，甚至回复、再结晶也属于固态转变。

分类：①扩散型相变；②非扩散型相变（切变型）；③过渡型相变。

例1（名词解释）：调幅分解例2（名词解释）：一级相变、二级相变二、固态相变一般特点固态相变大多数为形核和生长的方式，由于此过程是在固态中进行，原子扩散速率甚低，且因新、旧相的比体积不同，其形核和生长不仅有界面能，还有因比体积差而产生的应变能，故固态相变往往不能达到平衡状态，而是通过非平衡转变形成亚稳相，且因形成时条件的不同，可能有不同的过渡相。

固态相变形成的亚稳相类型有多种，如固溶体脱溶产物、马氏体和贝氏体等。

固态相变要走转变阻力小、做功少的道路。

考点1：固态转变驱动力新旧两相自由能之差；阻力：新旧两相产生相界面引起界面自由能升高；新旧两相间因为比容不同导致的畸变能。

例：固态相变中，应变能产生的原因分析。

考点2：形核特点①非均匀形核；②核心的取向关系；③共格界面与半共格界面。

考点3：成长特点①惯习现象；②共格成长与非共格成长；③存在脱溶贯序。

例1（名词解释）惯习现象例2（名词解释）：脱溶贯序考点4：新生组织形态应变能主导时优先形成饼状、圆片状；其次是针状；最后是球状。

界面能主导时，优先形成球状、其次是针状、最后是片状。

P.S. 脱溶基本完成后，新相、母相基本达到平衡浓度、再延长时间或者提高温度会发生新相聚集长大和形貌转化。

界面能主导：小粒子溶解、大粒子生长，半径越来越大，Δp=2σ/r （压应力）变小，脱溶相变稳定，向球形转变，脱溶相弯处向平处扩散；应变能主导：球状→立方状→棒状片状→编织组织。

例1：例题根据如图所示的析出物能够得到何种结论？例2：固态相变与液—固相变在形核、长大规律方面有何特点？分析这些特点对所形成的组织会产生什么影响？考点5：过渡相所谓过渡相是指成分或结构或两者都处于新旧相之间的一种亚稳态相。

固态相变广义来说，物质中原子（或分子）的聚合状态发生变化的过程称为转变。

金属或合金发生转变之后，新相与母相之间必然存在着某些差别，这些差别或者表现在晶体结构上；或者表现在化学成分上（如调幅分解）；或表现在表面能上（如粉末烧结）；或表现在应变能上（冷变形金属的再结晶）；或表现在界面能上（如晶粒长大）；或几种差别兼而有之（如饱和固熔体的沉淀）。

从狭义来说，转变仅指具有晶体结构变化的相变。

固态相变的分类固态相变的类型及特征有以下几种：同素异构转变当温度或压力改变时，金属发生晶体结构的改变，但成分不变。

脱熔转变在固熔度随温度下降而减小的合金中，经高温淬火所固定下来的过饱和固熔体，在适当条件下会发生第二相的脱熔过程，并在不同阶段形成偏聚区、亚稳定和稳定的第二相等。

有序-无序转变在一定成分范围的合金，高温时晶体结构中的原子呈无序排列，而在低温时呈有序排列。

这种转变随温度升高和下降是可逆的块型转变相变时晶体结构改变，但成分没有（或很少）改变，相变产物呈块型。

调幅分解具有固熔体混合间隙的合金，当α→α1+α2时，它不需形核而自发地分解为晶体结构相同但成分不同的两相。

马氏体转变是一种无扩散型相变。

通过切变由一种晶体结构转变为另一种晶体结构，无成分变化。

贝氏体转变同时具有无扩散和扩散型转变的特征,成分发生改变。

按原子迁移分类：扩散型相变，其特点是相变过程中原子进行扩散。

脱溶共析有序化块型转变同素异构转变扩散型固态相变所涉及的各类相图无扩散型相变,其特点是相变过程中原子不扩散,合金成分也不变化, 点阵改组是通过共格切变来完成。

如马氏体转变。

兼有扩散与无扩散的相变，即同时具有上述两者中的某些特征，如相变时表面产生浮凸，但成分发生改变，转变速率远比马氏体相变缓慢。

如贝氏体转变，块型转变。

固态相变的形核及长大大多数固态相变都需经历形核和生长两个阶段。

在无扩散型相变中为非热激活形核（变温形核）；扩散型相变的形核与凝固类似，符合经典形核方式；极个别的是无核转变，如调幅分解。