相变热力学基础-第6章节幻灯片.pptVIP

* T0线 就是各温度下母相与转变产物相的摩尔自由能相等的各点成分的连线，或称无扩散相变驱动力为0的成分与温度关系曲线 * 马氏体点 原指Fe基合金冷却时奥氏体转变成马氏体的开始温度，后来将所有冷却时发生的无扩散切变相变开始温度都称为马氏体点。 由于马氏体相变要克服的阻力（如界面能、弹性能）较大， 需要较大的驱动力，所以马氏体点要比T0线温度低得多。但马氏体点又是以T0线为根据来分析的，T0线的走向决定了马氏体点的走向。 * 马氏体相变的特点： 马氏体相变在动力学和热力学上都有自己的特征，但最主要的特征是在结晶学上，这种转变发生时，新旧成分不变，原子只做有规则的重排而不进行扩散。 1) 母相和马氏体之间不改变结晶学方位的关系，新相总是沿着一定的晶体学面形成，新相与母相之间有严格的取向关系，靠切变维持共格关系。 2)相变时不发生扩散，是一种无扩散转变。马氏体相变为一级相变。 * 3)马氏体转变速度很快，有时速度高达声速。 4)马氏体相变过程也包括成核和长大。由于相变时长大的速率一般很大,因此整个动力学决定于成核过程，成核功也就成为相变所必需的驱动力。也就是说，冷却时需过冷至一定温度使具有足够的成核驱动力时，才开始相变。 马氏体转变程度x与温度T的关系 x Mf Ms T * 结晶学特征： 从一个母晶体四方块（A）形成一个马氏体（B）的示意图 R 相变后存在习性平面和晶面的定向关系。 * T0为相同成分的马氏体和奥氏体两相热力学平衡温度，此时 ΔGγ→α’ = 0 ΔGγ→α’ 称为马氏体相变驱动力。 相变驱动力 自由能-温度关系 * 相变化学驱动力用来提供切变能量、亚结构储存能、膨胀应变能、共格应变能、界面能等，所以要有足够大的相变驱动力。 Ms点为奥氏体和马氏体两相自由能之差达到相变所需的最小驱动力（临界驱动力）时的温度。 无扩散相变 γ→α’的T0温度 * 旧相和新相结构只是对称性的改变，相变过程以有序参量表征的相变。 有序－无序的转变是固体相变中的另一种机理，属扩散性相变。如尖晶石结构的磁性体Fe3O4，室温下Fe3+Fe2+无序排列，但在120K以下，Fe3+Fe2+占具各自的位置呈有序排列，有序-无序转变的温度称居里点。 6.6.3 有序—无序相变 * 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过程称为有序-无序转变。 引入有序参数ξ表征材料中有序与无序的程度。 R——原子占据应该占据的位置数； ω——原子占据不应占据的位置数； R+ω——该原子的总数。 * 由于附加压力的影响，摩尔自由能曲线上移。由于公切线位置的改变， β相在α相中的溶解度增加 由附加压力给相平衡所带来的化学势变化为： * 如果附加压力所带来的溶解度变化不大，即 * * Gibbs-Thomson公式：析出相尺寸一表面张力一固溶体溶解度变化之间的关系 附加压力带来的溶解度的变化: 如果基体α固溶体为正规溶体 * 固溶体溶解度与析出物尺寸关系的积分形式： * 若基体α为理想溶体： 与α相平衡的β析出相的曲率半径为r时，B组元在α相中固溶度的变化 * 如果组元两相均为稀溶体，由于 exp(Y) ≈1+Y 析出相在固溶体中的溶解度因析出相粒子的大小不同而异 析出相的颗粒越小，析出相界面上与析出相平衡的固溶体中的溶质浓度越大 * * 6.5 晶间偏析 晶间偏析(Grain boundary segregation)是研究分析很多材料问题的基础 合金结构钢回火脆性的本质: 微量P和As在原奥氏体晶界的偏聚 陶瓷材料中Y2O3的晶界偏聚或净化 微量B、C、N在Fe的晶界的偏析 不锈钢的晶间腐蚀 功能陶瓷、碳化硅陶瓷以及氮化硅陶瓷的界面相设计等 晶间偏析不是偶然产生的缺陷，其本质是一种热力学平衡状态 * 晶间偏析作为相平衡来研究时，有如下两点基本假设： 把晶界的存在看成是“晶界相(Grain boundary phase)”与“晶内相(Grain inner phase)”的平衡； 达到平衡态时，晶界相中的原子数保持一定 在某A-B 二元系中，若固溶体α是一种晶粒组织，则可以把α相看做是晶内相，而晶界是有一定厚度的晶界相b * 在平衡状态下，应该有： 当有dnA个A原子由α进入b时, 必有dnA个B原子由b进入α以保持平衡 此时两个相的自由能变化为: * 晶界相与晶内相平衡时的特殊条件，也称为平行线法则(Parallel rule) * 当已知固溶体成分时，可以通过平行线法则，求出晶界相成分 方法： 过固溶体成分的自由能点作自由能曲线的切线； 再作此切线的平行线，使之与晶界相的自由能曲线相切，此切点成分就是晶界相的成分 Reason 晶内相与晶界相之间满足： * Definition Seg