|
本帖最后由 wangqinghua196 于 2011-11-19 22:59 编辑
平衡转变
定义:在极为缓慢的加热或冷却的条件下获得符 合状态图的平衡组织的相的转变,属于平衡转变。平衡转变有以下七种:纯金属的同素异构转变;多型性转变;共析转变;包析转变;平衡脱溶;调幅分解;有序化转变。
同素异构转变
• 定义: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,称为同素异构转变。
• 如锰,不同温度下,具有a-Mn、b-Mn、g-Mn、
d-Mn;铁在不同温度下,具有a-Fe、g-Fe、
d-Fe等晶体结构。钛、钴、锡等金属也都具有同素异构转变。
多型性转变
• 定义:固溶体的同素异构转变称为多型性转变。
• 纯金属中溶入溶质元素形成固溶体时,也发生同素异构转变。如奥氏体是碳及合金元素溶入g-Fe的固溶体。奥氏体能转变为铁素体(a相)、高温铁素体(d相)。
• 同素异构转变和多型性转变是固态相变的主要类 型,是固态相变的根源之一。
共析转变
• 定义:冷却时,固溶体同时分解为两个不同成分和结构的相的固态相变称为共析转变。
• 用反应式g®a+b表示。
• 如钢中的珠光体分解:A®F+Fe 3C,是两相共析共生的过程。
包析转变
• 定义:冷却时由两个固相合并转变为一个固相的固态相变过程称为包析转变。
• 用a+b®g表示。
• 在Fe-B系中,于910℃发生g+Fe 2B®a的包析反应;此外,在Mg-Zn系、Cu-Zn系合金中也有包析转变。
平衡脱溶
• 定义: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,此过程称为平衡脱溶。
• 在这个转变中,母相不消失,但随着新相的析出,母相的成分和体积分数不断变化。新相的成分、结构与母相不同。例如,奥氏体中析出二次 渗碳体,铁素体中析出三次渗碳体,就属于这种 转变。
调幅分解
• 定义:某些合金在高温时形成单相的均匀的固溶体,缓慢冷却到某一温度范围内时,通过上坡扩散,分解为两个固相,其结构与原固溶体相同, 但成分不同,是成分不均匀的固溶体,这种转变称为调幅分解。
• 用反应式a®a 1 +a 2表示。
有序化转变
• 定义:在平衡条件下,固溶体中各组元原子的相对位置由无序到有序的转变过程称为有序化转变。
• 铁-铝合金、金-铜合金、铜-锌合金等合金系中都可以发生有序化转变。如,在铁-铝系平衡图中,铝含量从0~36%的Fe-Al合金存在有序-无序转变。
铝含量在13.9~20%Fe-Al合金,从700℃以上的 无 序 a- 相 缓 冷 下 来 发 生 a®b 1( Fe 3Al ) ,Fe 3Al为有序固溶体,具有体心立方结构。
非平衡转变
‹ 定义:在非平衡加热或冷却条件下,平衡转变受到抑制,将发生平衡图上不能反映的转变类型,获得不平衡组织或亚稳状态的组织。
‹ 钢中及有色合金中都能发生不平衡转变,如钢中可以发生伪共析转变,马氏体相变,贝氏体相变,块状相变等。
伪共析转变
• 某些非共析成分的钢,当奥氏体以较快的速度冷却时,奥氏体被过冷到ES线和GS线的延长线以下时,这时奥氏体同时满足析出铁素体和渗碳体的条件, 将同时析出铁素体和渗碳体。
定义:某些非共析成分的钢,当奥氏体以较快的速度冷却时,发生同时析出铁素体和渗碳体的共析转变,形成伪珠光体组织,这一过程称为伪共 析转变。
• 伪共析体中的铁素体和渗碳体的比例与平衡共析转变得到的珠光体不同。亚共析钢中,铁素体含量较多;过共析钢中渗碳体较多。
• 含V、Ti的低碳合金钢空冷时发生的相间沉淀是一 种特殊的伪共析转变。
钢中的马氏体相变
• 将奥氏体以较大的冷却速度过冷到低温区,奥氏体以无扩散方式发生转变,即在Ms点以下发生马氏体转变。(新理论:钢中马氏体相变是过冷奥 氏体中所有原子集体协同的位移,经无扩散地进 行的晶格重构的一级相变。)
• 得到马氏体组织。
• 有色金属及合金以及非金属材料中也有马氏体相 变。
贝氏体转变
• 钢中的奥氏体过冷到中温区,在珠光体和马氏体 转变温度之间,发生贝氏体转变。
• 形成以贝氏体铁素体为基体,其上分布着渗碳体,或e-碳化物,或残留奥氏体等相的组织形貌。
不平衡脱溶
• 与上述平衡脱溶不同,合金固溶体在高温下溶入了较多的合金元素,之后快冷,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。然后,在室温或加热到其溶解度曲线以 下的温度进行等温保持,从过饱和固溶体中析出 一种新相,该新相的成分和结构与平衡沉淀相不 同,此称不平衡脱溶沉淀。
• 定义:合金经高温固溶处理后,在室温或加热到某一温度等温,过饱和固溶体中脱溶析出新相的过程,称为不平衡脱溶。
块状相变
• 钢和合金中的块状转变也是一种不平衡转变。
如,在冷却速度足够快时,g相可能通过块状相变的机制转变为a相。
• 块状相变与马氏体转变不同,新相形态、界面结构不同于马氏体。块状相变时,新相与旧相的交界面处原子有短距离的扩散,转变产物呈块状。
• 如:纯铁、铜锌合金、Fe-Ni、Fe-Mn、Ti-Ag。
• 定义:母相通过相界面原子的热激活跃迁而形核、长大的成分不改变的,形成块状相的一级相变。
按原子迁移特征分类
固态相变发生相的晶体结构的改造或化学成分的调整,需要原子迁移才能完成。按其迁移特征分为扩散型相变和无扩散型相变。若原子的迁移造成原有原子的邻居关系的破坏,则属扩散型 相变;反之,若不破坏原有原子的邻居关系,原 子位移不超过原子间距,则为无扩散型相变。
扩散型相变
‹ 相变时,新旧相界面处,在化学位差的驱动下,旧相原子单个地、无序地、统计地跃过相界面进入新相。
‹ 在新相中,原子打乱重排,新旧相原子排列顺序不同,界面不断向旧相推移,称为相界面热激活迁移,它被原子扩散控制,是扩散激活能和温度 的函数。
‹ 扩散型相变分为:界面控制的扩散型相变、体扩散控制的扩散型相变。
界面控制的扩散型相变
纯金属的多型性转变:只有晶体结构的变化,没有成分的变化。新相的形成仅需要旧相的原子越过界面,形成新相,是依靠原子自扩散完成的。
例如纯铁的奥氏体-铁素体转变。
无扩散型相变—马氏体相变
‹ 马氏体相变属于无扩散相变,新旧相结构不同,但化学成分相同。
‹ 界面处母相一侧的原子不是单个地、无序地、统计地跃过相界面进入新相,而是集体定向的协同位移。相界面在推移过程中保持共格或半共格关 系。
按热力学分类
相变的热力学分类是按温度和压力对自由能的偏导函数在相变点(T 0,P 0)的数学特征——连续或非连续,将相变分为一级相变、二级相变 等。
一级相变
‹ 定义:在相变温度下,两相的自由能及化学位均相等,即:G a= G b,m a=m
说明:一级相变时,有体积和熵的突变,即有体积的胀缩及潜热的释放或吸收。金属中大多数固态相变属于这种一级相变。
二级相变
‹ 定义:如果相变时,化学位的一阶偏导数相等,但二阶偏导数不等,则称为二级相变。
二级相变时,没有体积和熵的突变,即没有体积的胀缩及潜热的释放或吸收。但等温压缩系数k等压热容Cp,等压膨胀系数a有突变。
‹ 磁性转变、有序转变等为二级相变。 |
|