相变热力学基础-第7章节幻灯片.pptVIP

* 7.3 仲平衡 如果A-B-C三元系的固溶体?中，C元素的扩散系数远比其他两个元素大得多，在该溶体与第二相?共存时，可能会出现这样的情况：元素C在两相间发生了充分的扩散，而另两个元素A、B的扩散却可以忽略，这时在?固溶体与第二相?之间可以只出现C组元的化学势相等，但?与?之间，其他两个元素A和B的化学势不等，这种只有一个组元的化学势相等而另外组元化学势不等的两相关系，称为仲平衡 * 例子：在Fe-M-C三元合金仲，合金的渗碳、脱碳反应等 * 次级相平衡 第七章 * * 稳定相平衡状态：特定温度压力下的自由能最小状态。 从应用角度观察，这种稳定平衡态虽然具有重要的实际价值，但多数情况下它只是分析研究的一种参考状态。材料的多数状态不仅与稳定的平衡状态有差异，而且为了改善材料的性能还要特意制造远离稳定平衡的状态。 次级相平衡：偏离或远离稳定平衡状态 自由能不是最小状态，而是次最小或次次最小的状态 亚稳平衡、局部平衡、仲平衡 * 7.1 亚稳态相平衡 亚稳态相平衡的含义： 出现了在特定温度压力下稳定态相平衡时所没有的相（亚稳相） 钢铁中的Fe3C等 没有出现亚稳相，但是与特定温度压力下的稳定平衡时相比，平衡成分范围或温度都发生了明显的变化（亚稳平衡态） 过饱和固溶体 实际上，亚稳相或亚稳相平衡并不一定很快分解或转变成稳定相平衡 * * Fe-C二元系中的亚稳相平衡 * 以共析钢为例，Fe-C合金P的各种状态 平衡态：Fe（铁素体） + C（石墨） 亚稳相平衡： （1） 共析组织（珠光体）：Fe（铁素体）+ 粗大Fe3C（渗碳体） （2） 回火马氏体或贝氏体： Fe（铁素体） + 细小Fe3C（渗碳体） （3）马氏体 （过饱和铁素体） * 合金P在γ相区加热成单相，然后迅速冷却到T1温度下 （2）形成珠光体共析组织，驱动力为ec （1）形成稳定态平衡组织，驱动力为ed （4）形成马氏体组织，驱动力为ea （3）形成贝氏体组织，驱动力为eb * 由上面结果分析 1. 亚稳相平衡需要一定的过冷度。如合金P中出现马氏体的最小更冷度 ΔT=TE - Ms 2. 发生亚稳相平衡的驱动力小于达到稳定相平衡的驱动力 3. 亚稳平衡态的出现有一定的顺序。例如合金P中，最先出现马氏体，其次为回火马氏体（贝氏体），再次珠光体，最后出现稳态平衡 * 步进规则 从一种平衡态变成另一种平衡态时，会出现一个或几个亚稳态 Ostwald在1897年利用 步进规则解释 相变中数首先变成与母相自由能差较小的相，然后再逐次变成自由能更低的相 在稳定相1的状态下迅速冷却至T1温度，相1可能会转变成亚稳相2或稳定相3 * 步进规则的意义可通过相变的经典形核理论进行讨论 过冷度很大时，亚稳相从本质上说，具有比稳定相更容易形核的特点。直观的分析，这就是在发生某种结构差别较大的转变时，会首先变成更接近于原来结构的中间状态，然后再逐渐变成结构差异较大的最终相，因此，步进规则在过冷度很大的时候特别容易成立 例如：过冷度极大时的液体是近于非晶态的，而非晶合金在晶化时是易于形成亚稳相的 * 外插规则 Tammann指出由二元平衡相图外插可预测亚稳相 当某一稳定化合物AmBn不能形成时，可以形成与稳态相成分相投的熔点为C’的亚稳相，该亚稳相与组元A之间的亚稳共晶反应可以由液相线的外插得到。 * Al和Mg都是固态下没有同素异构转变的金属，如果想知道hcp机构的Al或fcc机构Mg的熔点是多少，只能增加一个成分变量，到二元系中去寻找信息。 Al-Mg二元系相图中hcp结构Mg中的Al的固溶度很大，液相和hcp固溶体的两相区有足够的Al含量可供外推 外推的结果： Hcp的Al熔点是260℃左右；Fcc的Mg熔点是330 ℃左右 * 外插法的实质： 它不是一个简单的图形处理问题，而是从已知的稳定态相平衡温度、成分所获得的热力学性质、数据可以在更宽的温度、成分范围内使用。 外插的过程： 由相图信息获取热力学数据； 由热力学数据计算相图 由相图已知部分提取的热力学数据可以用来求的未知部分的平衡相成分 * * 制作特殊粉末（卵形结构） * 非晶态合金（金属玻璃） 金属玻璃指液态熔体经快速冷却，液态原子结构被冻结所形成的玻璃结构。有明显玻璃转变和大的过冷温度区间、并且能够形成足够大的临界厚度的非晶合金。 其特征如下： 在结晶温度以前存在明显的玻璃转变温度； 在过冷温度区间中，金属玻璃表现出超塑性； 在微观结构上，与传统的非晶材料相比，金属玻璃的原子堆积更加密实。 什么是金属玻璃？ * Liquid V T Tm Tg Glass Crystal Volume versus temperature Formation