第八章 相变

晶体的一个分立体积的剪切作用以极迅速的速率而进 行的相变。
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马氏体相变的特征：
马氏体相变的重要结晶学特征是相变后存在习性平面和 晶面的定向关系。
其中A1B1C1D1A2B2C2D2由母相 奥氏体转变为 A2B2C2D2-
A1B1C1D 1马
氏体。
A2B2C2D2和A1B1C1D 1 二个平面在相变前后保持既不扭曲变形也
不旋转的状态，这两个把母相奥氏体和转变相马氏体之间连接起来
的平面称为习性平面。马氏体是沿母相的习性平面生长并与奥氏体
母相保持一定的取向关系。
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• 伴随马氏体相变的宏观变形－浮凸效应 • 在马氏体相变中，除体积变化之外，在转变区域中产
生形状改变。在发生变形时，在宏观范围内，习性平面 不畸变，不转动。表现为PQR’S’连续共格。同时，QR’ 不弯曲，马氏体片表面仍保持平面。 • 但是，习性平面位向是具有一定分散度的。在微观范围 内产物相变形是不均匀的，表现为马氏体中有微细孪晶 或很高的位错密度。 • 检查马氏体相变的重要结晶学特征是相变后存在习性平 面和晶面的定向关系。
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立方相ZrO2－MgO陶瓷中析出的透镜状四方相
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3.共晶与共析转变
• 共晶转变是液相在低共熔温度以下同时析出两 个或两个以上晶相的转变，是一种液固相变。 以二元系统为例，共晶反应为：
L
• 共析转变类似于共晶反应，其中二个固体相以 相互协作的方式从母相(母相为固相)中形成长 大，其反应可以用下式表示：
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马氏体相变的另一特征是它的无扩散性。
马氏体相变是点阵有规律的重组，其中原子并不调换位置，而只 变更其相对位置，其相对位移不超过原子间距。
马氏体相变往往以很高的速度进行，有时高达声速。

主要应用于钢铁及合金的增强增韧。 主要应用于钢铁及合金的增强增韧。
有序有序-无序转变
随温度升降而出现低温有序和高温无序的可逆转变称为有序 随温度升降而出现低温有序和高温无序的可逆转变称为有序-无序 有序转变。 转变。 只要在高于0 的温度下， 只要在高于0K的温度下，质点 的热振动会使其位置与方向均 发生变化， 发生变化，从而产生位置与方 向的无序性。 向的无序性。 参数ξ表示材料中的有序度，完全有序时ξ 参数ξ表示材料中的有序度，完全有序时ξ=1，完全无序时ξ=0。 完全无序时ξ 位置有序 - 无序转变 方向有序 - 无序转变 电子核旋有序 - 无序转变
（三）晶核形成条件
当熔体冷却发生相变时，体系能量( G)变化有两个方面： 当熔体冷却发生相变时，体系能量(∆G)变化有两个方面： 变化有两个方面 高自由能液体转变为低自由能固体，系统自由能减小( 高自由能液体转变为低自由能固体，系统自由能减小(∆G1) 产生新相，形成新的界面，系统自由能增加( 产生新相，形成新的界面，系统自由能增加(∆G2) 相变过程中，总自由能变化： 相变过程中，总自由能变化：
第八章 相 变
相变：指在一定外界条件下， 体系中发生的从一相到 相变 ：指在一定外界条件下， 另一相的变化过程。 另一相的变化过程。 一般只是物理过程(晶型转变， 一般只是物理过程(晶型转变，固、液、气间转变，亚 气间转变， 稳分相) 稳分相)。
第一节 相变的分类
一、按热力学分类
根据相变前后热力学函数的变化，相变分为： 根据相变前后热力学函数的变化，相变分为： 一级相变、二级相变。 一级相变、二级相变。
(8-7)
相变自发进行， 相变自发进行，须∆G＜0，则c>c0 即：过饱和浓度为相变过程的推动力。 过饱和浓度为相变过程的推动力。 综上所述，相变过程的推动力为：过冷度、过饱和蒸汽压差、 综上所述 ，相变过程的推动力为： 过冷度 、 过饱和蒸汽压差 、 过饱和浓度，即相变时系统温度、 过饱和浓度 ， 即相变时系统温度、 压力和浓度与相平衡时温 度、压力和浓度之差值。 压力和浓度之差值。

8．2．3 范德瓦耳斯等温线 •范德瓦耳斯方程 在理想气体模型中，忽略了分子的体积和分子间的引力。范德瓦耳斯把气体分子看作有相
互吸引作用的刚球，将理想气体的压强加以修正，从而导出了范德瓦耳斯（J.D.van der Waals, 1837 ——1923,荷兰物理学家，1910 年获诺贝尔奖）方程。
液相存在的区域，右方表示气相存在的区域，而汽化曲线上的点就是两相平衡共存的区域。所
以，汽化曲线也可以说是液态和气态的分界线。而表示气液两相存在的区域的 p − T 图就称为气
液二相图。
p DK
BC O
A T
D K
CB A
Three-dimensional sketch of the equation for the typical pure PVT system.
第八章 相变（Phase Transitions）
So far we’ve dealt mostly with gases in this course, because they’re nicБайду номын сангаас and easy. Most of the concepts are transferable to liquids and solids also, but one thing we haven’t touched on at all is how substances behave, from a thermodynamic point of view, as they change from one phase to another.
缩，压缩过程中压强和体积的关系曲线称为等温线，见图。在液化过程 BC 中，压强保持 p0 不 变，气液两相的总体积则由于气体数量的减小而减小。

促进扩散 （3）空位形核 新相生成处空位消失，提供能量 空位群可凝结成位错 （过饱和固溶体的脱溶析出过程中， 空位作用更明显。）
第二节 固态相变的形核与长大
二 非均匀形核（能量条件） 2 非均匀形核的能力变化 △ G＝-V△Gv+S+ V-△GD △GD－晶体缺陷导致系统降低的能量。
第三节 固态相变的晶核长大
三 常见固态相变类型 相变名称
同素异构转变 多型性转变 脱溶转变 共析转变 包析转变 马氏体转变 贝氏体转变 调幅分解 有序化转变
相变特征
同一种元素通过形核与长大发生晶体结构的变化 合金中晶体结构的变化 过饱和固溶体脱溶分解出亚稳定或稳定的第二相 一个固相转变为两个结构不同的固相 两个不同结构的固相转变为一个新的固相，组织中一般 有某相残余 新旧相之间成分不变、切变进行、有严格位向关系、有 浮凸效应 兼具马氏体和扩散转变的特点，借助铁的切变和碳的扩 散进行 非形核转变，固溶体分解成结构相同但成分不同的两相 合金元素原子从无规则排列到有规则排列，担结构不变。
3.惯习现象
* 新相沿特定的晶向在母相特定晶面上形成。
惯习方向 （母相） 惯习面
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
缺陷类型
点… 线… 晶格畸变、自由能高，促进形核及相变。 面…
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） ＋Fe3C +(3Fe+C) 例 M +Fe3C
第二节 固态相变的形核与长大
三 晶核的长大
（3）相变动力学 f第三节 过饱和固溶体的分解
一 脱溶（时效）转变
1 概念：脱溶转变 2 脱溶转变过程 相的名称－形貌－尺寸－结构－点阵常数－共格关系 －强化作用 3 脱溶动力学