金屬固態(tài)相變?cè)碚n件

1、 金屬固態(tài)相變?cè)硐涅i成山東科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教材及其參考書(shū)目教 材： 胡光立主編 鋼的熱處理（原理和工藝），西工大出版社，1996 參考書(shū)： 康煜平主編 金屬固態(tài)相變及應(yīng)用，化學(xué)工業(yè)出版社，2007 徐洲等主編 金屬固態(tài)相變?cè)?，科學(xué)出版社，2004 崔忠圻主編 金屬學(xué)與熱處理，機(jī)械工業(yè)出版社，1983 趙連成主編 金屬熱處理原理，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1987 夏立芳主編 熱處理工藝學(xué)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1996 劉宗昌主編 金屬固態(tài)相變教程，冶金工業(yè)出版社，2004 戚正風(fēng)主編 金屬熱處理原理，機(jī)械工業(yè)出版社，1987 安運(yùn)錚主編 熱處理工藝學(xué)，機(jī)械工業(yè)出版社，1988 G.

2、克勞斯主編 鋼的熱處理原理，冶金工業(yè)出版社，1987 實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)與學(xué)時(shí)安排 序號(hào)章目名稱(chēng)學(xué)時(shí)分配序號(hào)章目名稱(chēng)學(xué)時(shí)分配1奧氏體組織的觀(guān)察26綜合熱處理實(shí)驗(yàn)22P、B、M的組織觀(guān)察273常規(guī)熱處理工藝284末端淬火法295表面滲碳2合計(jì)12第 一 篇熱處理原理Principle of Heat Treatment第一章 金屬固態(tài)相變概論 Generality of Solid-State Transformation 固態(tài)相變：金屬或陶瓷等固態(tài)材料在溫度和壓力改變時(shí)，其內(nèi)部組織或結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，即發(fā)生從一種相狀態(tài)到另一種相狀態(tài)的改變。 相變前的相狀態(tài)稱(chēng)為舊相或母相， 相變后的相狀態(tài)稱(chēng)為新相。固態(tài)相變

3、分類(lèi)1-1 金屬固態(tài)相變的主要類(lèi)型按照轉(zhuǎn)變條件，分為：平衡轉(zhuǎn)變、非平衡轉(zhuǎn)變一、平衡相變(equilibrium transformation) 固態(tài)金屬-緩慢加熱或冷卻-獲得符合相圖的平衡組織1. 同素異構(gòu)（allotropic）轉(zhuǎn)變 純金屬：溫度和壓力改變時(shí)-有一種晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶體結(jié)構(gòu)的過(guò)程-Fe、Ti、Co、Sn2. 多形性轉(zhuǎn)變 固溶體中一種晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶體結(jié)構(gòu)的過(guò)程- FA(3)平衡脫溶轉(zhuǎn)變高溫過(guò)飽和固溶體緩慢冷卻過(guò)程中析出第二相的過(guò)程特點(diǎn)：(a) 新相的成分和結(jié)構(gòu)始 終與母相的不同；(b)母相不會(huì)消失。鋼在冷卻時(shí)，由奧氏體析出二次滲碳體的過(guò)程 可發(fā)生脫溶轉(zhuǎn)變的合金平衡相

4、變4.共析（eutectoid）轉(zhuǎn)變一個(gè)固相分解為兩個(gè)不同的固相 特點(diǎn)：生成的兩個(gè)相的成分和結(jié)構(gòu)與原母相不同5.調(diào)幅（spinodal)分解一種固溶體分解為結(jié)構(gòu)相同，而成分明顯不同的微區(qū)，12 特點(diǎn)：轉(zhuǎn)變初期，無(wú)明顯界面和成分突變，隨后通過(guò)上坡擴(kuò)散溶質(zhì)再分配，富溶質(zhì)原子1與貧溶質(zhì)原子2 。如Al-Zn、Fe-Cr、高碳M在80C回火時(shí)也發(fā)生調(diào)幅分解。6.有序化轉(zhuǎn)變固溶體中，各組元的相對(duì)位置從無(wú)序有序轉(zhuǎn)變過(guò)程。如Cu-Zn，Cu-Au，Mn-Ni，Ti-Ni等合金。平衡相變含碳 1.4%的馬氏體回火后點(diǎn)陣常數(shù)、正方度與含碳量的變化回火溫度 回火時(shí)間 acc/a碳含量(%) 室 溫 10d2.84

5、6 2.8803.02 1.0121.062 0.271.4 1001h2.846 2.8823.02 1.0131.062 0.291.21251h2.846 2.886 1.013 0.291501h2.852 2.886 1.0120.271751h2.8572.8841.0090.212001h2.8592.878 1.0060.14 2251h2.861 2.8741.0040.082501h2.8632.8721.0030.067.包析轉(zhuǎn)變：兩個(gè)固相合并轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)固相的轉(zhuǎn)變過(guò)程。 。如Fe-B，Mg-Zn，Cu-Sn系合金。平衡相變1： + 2： + 二、非平衡轉(zhuǎn)變 (non-eq

6、uilibrium transformation) 快速加熱或冷卻-平衡轉(zhuǎn)變受到抑制-發(fā)生某些在相圖上不能反映的不平衡（亞穩(wěn)）組織。1.偽共析(pseudo-eutectoid)轉(zhuǎn)變 由成分偏離共析成分的過(guò)冷固溶體形成的貌似共析體的組織轉(zhuǎn)變。組成相的相對(duì)量由A的碳含量而變。Fe-C相圖的偽共析區(qū)2. 馬氏體(martensite)轉(zhuǎn)變： 無(wú)擴(kuò)散的共格切變型相變。結(jié)構(gòu)：成分與A相同。在Cu合金，Ti合金及其無(wú)機(jī)非金屬材料中發(fā)現(xiàn)了馬氏體轉(zhuǎn)變。3. 塊狀(massive)轉(zhuǎn)變 冷卻速度不夠快-形成相的形狀是不規(guī)則的塊，與母相的成分相同、 與母相的界面是非共格的、無(wú)擴(kuò)散相變。在Fe-C，Cu-Zn，C

7、u-Ga合金中存在。 二、非平衡轉(zhuǎn)變 (non-equilibrium transformation)4.貝氏體(bainite)轉(zhuǎn)變 有碳原子擴(kuò)散而鐵原子不擴(kuò)散的不平衡轉(zhuǎn)變。5.不平衡脫溶沉淀(non-equilibrium pricipitation ) 在不平衡狀態(tài)下，過(guò)飽和固溶體中析出新相的轉(zhuǎn)變。二、非平衡轉(zhuǎn)變 (non-equilibrium transformation)三、固態(tài)相變的其他分類(lèi)相變時(shí)原子遷移特征擴(kuò)散型相變非擴(kuò)散型相變擴(kuò)散型相變相變時(shí)，相界面的移動(dòng)是通過(guò)原子近程或遠(yuǎn)程擴(kuò)散而進(jìn)行的相變。如同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變、多晶型轉(zhuǎn)變，脫溶型相變、共析型相變、調(diào)幅分解和有序化轉(zhuǎn)變等等。特點(diǎn)：

8、（1）相變過(guò)程中有原子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，相變速率受原子擴(kuò)散速度所控制；（2）新相和母相的成分往往不同；（3）只有因新相和母相比容不同而引起的體積變化，沒(méi)有宏觀(guān)形狀改變。 非擴(kuò)散型相變相變過(guò)程中原子不發(fā)生擴(kuò)散，參與轉(zhuǎn)變的所有原子的運(yùn)動(dòng)是協(xié)調(diào)一致的相變稱(chēng)為非擴(kuò)散型相變，也稱(chēng)為“協(xié)同型”轉(zhuǎn)變。非擴(kuò)散型相變時(shí)原子僅作有規(guī)則的遷移以使點(diǎn)陣發(fā)生改組。遷移時(shí)，相鄰原子相對(duì)移動(dòng)距離不超過(guò)一個(gè)原子間距，相鄰原子的相對(duì)位置保持不變。特點(diǎn)：（1）存在由于均勻切變引起的宏觀(guān)形狀改變，可在預(yù)先制備的拋光試樣表面上出現(xiàn)浮突現(xiàn)象。（2）相變不需要通過(guò)擴(kuò)散，新相和母相的化學(xué)成分相同。（3）新相和母相之間存在一定的晶體學(xué)位向關(guān)系。（4

9、）某些材料發(fā)生非擴(kuò)散相變時(shí)，相界面移動(dòng)速度極快，可接近聲速。按相變熱力學(xué)（一級(jí)相變、二級(jí)相變）一級(jí)相變：相變時(shí)新舊兩相的化學(xué)勢(shì)相等，但化學(xué)勢(shì)的一級(jí)偏微商不等。設(shè)代表舊相，代表新相，為化學(xué)勢(shì)、T為溫度、P為壓力，則有：在一級(jí)相變時(shí)，熵S和體積V將發(fā)生不連續(xù)變化，即一級(jí)相變有相變潛熱和體積改變。材料的凝固、熔化、升華以及同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變等均屬于一級(jí)相變。幾乎所有伴隨晶體結(jié)構(gòu)變化的固態(tài)相變都是一級(jí)相變。二級(jí)相變 相變時(shí)新舊兩相的化學(xué)勢(shì)相等，且化學(xué)勢(shì)的一級(jí)偏微商也相等，但化學(xué)勢(shì)的二級(jí)偏微商不等的相變稱(chēng)為二級(jí)相變。 相變時(shí)，SS；VV；CPCP；KK；即在二級(jí)相變時(shí)，無(wú)相變潛熱和體積改變，只有比熱CP、壓縮

10、系數(shù)K和膨脹系數(shù)的不連續(xù)變化。 材料的部分有序化轉(zhuǎn)變、磁性轉(zhuǎn)變以及超導(dǎo)體轉(zhuǎn)變均屬于二級(jí)相變。 按相變方式分類(lèi)有核相變：通過(guò)形核-長(zhǎng)大方式進(jìn)行的。新相晶核可以在母相中均勻形成，也可以在母相中某些有利部位優(yōu)先形成。 大部分的固態(tài)相變均屬于有核相變無(wú)核相變：相變時(shí)沒(méi)有形核階段,以固溶體中的成分起伏為開(kāi)端，通過(guò)成分起伏形成高濃度區(qū)和低濃度區(qū)，但兩者之間沒(méi)有明顯的界限，成分由高濃度區(qū)連續(xù)過(guò)渡到低濃度區(qū)。以后依靠上坡擴(kuò)散使?jié)舛炔钪饾u增大，最后導(dǎo)致由一個(gè)單相固溶體分解成為成分不同而點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)相同的以共格界面相聯(lián)系的兩個(gè)相。如調(diào)幅分解小結(jié)相變過(guò)程的實(shí)質(zhì)：1、結(jié)構(gòu)：同素異構(gòu)、多形性、馬氏體、塊狀轉(zhuǎn)變、2、成分：調(diào)

11、幅分解3、有序化程度：有序化轉(zhuǎn)變4、結(jié)構(gòu)和成分：貝氏體轉(zhuǎn)變、共析、脫溶沉淀小結(jié)同一種材料在不同條件下可發(fā)生不同的相變， 從而獲得不同的組織和性能。共析碳鋼 平衡轉(zhuǎn)變:珠光體組織，硬度約為HRC23； 快速冷卻:馬氏體組織，硬度達(dá)HRC60以上。小結(jié)A1-4%Cu合金 平衡組織:抗拉強(qiáng)度僅為150MPa； 不平衡脫溶沉淀:抗拉強(qiáng)度可達(dá)350MPa。由此可見(jiàn)，通過(guò)改變加熱與冷卻條件，使之發(fā)生某種轉(zhuǎn)變繼而獲得某種組織，則可在很大程度上改變材料的性能。 1-2 金屬固態(tài)相變的主要特點(diǎn) 大多數(shù)固態(tài)相變（除調(diào)幅分解）都是通過(guò)形核和長(zhǎng)大過(guò)程完成的。因此，液態(tài)結(jié)晶理論及其基本概念原則上仍適用于固態(tài)相變。但是，

12、由于相變是在“固態(tài)”這一特定條件下進(jìn)行的，固態(tài)晶體的原子呈有規(guī)則排列，并具有許多晶體缺陷，因此，固態(tài)相變具有許多不同于液態(tài)結(jié)晶過(guò)程的特點(diǎn)。 1-2 金屬固態(tài)相變的主要特點(diǎn)相變驅(qū)動(dòng)力：新相與母相間的自由能差形核+長(zhǎng)大主要特點(diǎn)：（1）相界面（2）兩相間的晶體學(xué)關(guān)系（慣習(xí)面和取向關(guān)系）（3）應(yīng)變能（4）晶體缺陷（5）形成過(guò)渡相（6）原子的遷移率一、相界面 (interphase boundary)(1) 共格(coherent)界面 兩相在界面上的原子可以一對(duì)一的相互匹配。 在理想的共格界面條件下（如孿晶界），其彈性應(yīng)變能和界面能都接近于零。 實(shí)際上，兩相點(diǎn)陣總有一定的差別，或者點(diǎn)陣類(lèi)型不同，或者點(diǎn)

13、陣參數(shù)不同，因此兩相界面完全共格時(shí)，相界面附近必將產(chǎn)生彈性應(yīng)變。第一類(lèi)共格和第二類(lèi)共格 兩相之間的共格關(guān)系依靠正應(yīng)變來(lái)維持時(shí)，稱(chēng)為第一類(lèi)共格（圖a）。兩相之間的共格關(guān)系以切應(yīng)變來(lái)維持時(shí)，稱(chēng)為第二類(lèi)共格（圖b）。兩者的晶界兩側(cè)都有一定的晶格畸變。 共格界面的特點(diǎn) 一般來(lái)說(shuō)，共格界面的特點(diǎn)是界面能較小，但因界面附近有畸變，所以彈性應(yīng)變能較大。共格界面必須依靠彈性畸變來(lái)維持，當(dāng)新相不斷長(zhǎng)大而使共格界面的彈性應(yīng)變能增大到一定程度時(shí)，可能超過(guò)母相的屈服極限而產(chǎn)生塑性變形，使共格關(guān)系遭到破壞。 錯(cuò)配度 若以a 和a 分別表示兩相沿平行于界面的晶向上的原子間距，在此方向上的兩相原子間距之差以a=|a-a|表

14、示，則錯(cuò)配度為:(2)半共格(semi-coherent)界面 當(dāng)錯(cuò)配度增大到一定程度時(shí)，便難以繼續(xù)維持完全的共格關(guān)系，于是在界面上將產(chǎn)生一些刃型位錯(cuò)，以補(bǔ)償原子間距差別過(guò)大的影響，使界面彈性應(yīng)變能降低。此時(shí)，界面上的兩相原子變成部分保持匹配，故稱(chēng)為半共格（或部分共格）界面。 兩相原子在界面上部分地保持匹配。刃型位錯(cuò)(3)非共格(incoherent )界面 當(dāng)兩相界面處的原子排列差異很大，即錯(cuò)配度很大時(shí)，兩相原子之間的匹配關(guān)系便不再維持，這種界面稱(chēng)為非共格界面。非共格界面結(jié)構(gòu)與大角晶界相似，系由原子不規(guī)則排列的很薄的過(guò)渡層所構(gòu)成。錯(cuò)配度與界面的關(guān)系 一般認(rèn)為：(1)錯(cuò)配度小于0.05時(shí)兩相可

15、以構(gòu)成完全的共格界面(2)錯(cuò)配度大于0.25時(shí)易形成非共格界面(3)錯(cuò)配度介于0.050.25之間，易形成半共格界面一、相界面 (interphase boundary)二、兩相間的晶體學(xué)關(guān)系新相與母相之間往往存在一定的取向關(guān)系慣習(xí)面（habit plane）-新相往往是在母相一定的晶面族上形成的，這些晶面或晶面族稱(chēng)之為慣習(xí)面。例如，鋼中發(fā)生由奧氏體（）到 馬氏體（a）的轉(zhuǎn)變時(shí)，奧氏體的密排面 111 與馬氏體的密排面110相平行；奧氏體的密排方向 與馬氏體的密排方向 相平行，這種位向關(guān)系稱(chēng)為K-S關(guān)系，可記為： 111 110 取向關(guān)系與慣習(xí)面的關(guān)系？(000)(020)(200)M23C6

16、(200)(020)M23C6 鎳基高溫合金碳化物選區(qū)電子衍射M23C6碳化物與基體在晶體學(xué)上有取向關(guān)系，即：100M23C6/100M23C6/三、應(yīng)變能(elastic strain energy) 固態(tài)相變時(shí)，因新相和母相的比容不同可能發(fā)生體積變化。但由于受到周?chē)赶嗟募s束，新相不能自由脹縮，新相與周?chē)赶嘀g必將產(chǎn)生彈性應(yīng)變和應(yīng)力，使系統(tǒng)額外增加了一項(xiàng)彈性應(yīng)變能。另外，兩相界面上的不匹配也產(chǎn)生彈性應(yīng)變能。 界面原子強(qiáng)制匹配共格應(yīng)變能： 共格半共格 非共格（0） 依次降低比容差應(yīng)變能 ：新、舊相比容不同體積發(fā)生變化新相與舊相之間必將產(chǎn)生彈性應(yīng)變和應(yīng)力 與新相幾何形狀有關(guān)應(yīng)變能 = 比容應(yīng)

17、變能 + 共格應(yīng)變能彈性應(yīng)變能與界面能一樣，對(duì)相變起阻礙作用。三、應(yīng)變能(elastic strain energy)新相形狀與相對(duì)應(yīng)變能的關(guān)系 界面共格時(shí)：界面能下降，彈性應(yīng)變能升高；界面不共格時(shí)：盤(pán)（片）狀新相：界面能升高，彈性應(yīng)變能下降，球狀新相：界面能下降，彈性應(yīng)變能升高。 由上述可知，固態(tài)相變時(shí)的相變阻力應(yīng)包括界面能和應(yīng)變能兩項(xiàng)。新相和母相的界面類(lèi)型對(duì)界面能和彈性應(yīng)變能的影響是不同的。當(dāng)界面共格時(shí)，可以降低界面能，但使彈性應(yīng)變能增大。當(dāng)界面不共格時(shí)，盤(pán)（片）狀新相的彈性應(yīng)變能最低，但界面能較高；而球狀新相的界面能最低，但彈性應(yīng)變能卻最大。 三、應(yīng)變能(elastic strain e

18、nergy)三、應(yīng)變能(elastic strain energy)（討論）固態(tài)阻力中，應(yīng)變能與界面能以何者為主？T大新相臨界晶核rk單位體積新相的表面積S界面能（居主要地位）兩相傾向形成共格或半共格界面界面能（前提：使界面能的降低足以超過(guò)由于形成共格或半共格界面所引起的應(yīng)變能）新相傾向形成盤(pán)狀；T小新相臨界晶核rk單位體積新相的表面積S界面能（居次要地位）傾向形成非共格界面應(yīng)變能（比容差應(yīng)變能） 比容差不大形成球狀界面能 比容差大形成針狀兼顧兩者四、晶體缺陷(crystal defect)的影響晶體缺陷的存在對(duì)固態(tài)相變起促進(jìn)作用？缺陷-點(diǎn)陣有畸變-畸變能釋放-易于形核形核功的大小均勻形核最大

19、空位形核次之位錯(cuò)形核更次之晶界非均勻形核最小過(guò)渡相（中間亞穩(wěn)相）：指成分或結(jié)構(gòu)，或者成分和結(jié)構(gòu)二者都處于新相與母相之間的一種亞穩(wěn)狀態(tài)的相。過(guò)渡相介于新相與母相之間-減小相變阻力的重要途徑 例如：馬氏體回火時(shí)先形成與M基本保持共格的碳化物，最后形成更穩(wěn)定非共格的滲碳體。五、形成過(guò)渡相(transition phase)六、原子的擴(kuò)散 固態(tài)中原子的擴(kuò)散速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于液體原子，所以，原子擴(kuò)散速度對(duì)固態(tài)相變影響很大。1-3 固態(tài)相變時(shí)的形核 絕大多數(shù)固態(tài)相變（除調(diào)幅分解外）都是通過(guò)形核與長(zhǎng)大過(guò)程完成。一、均勻形核（homogeneous nucleation） 新相的晶核在遍及母相整個(gè)體積內(nèi)完全無(wú)規(guī)則的

20、形成過(guò)程。晶核在母相基體中無(wú)擇優(yōu)的任意均勻分布。 固態(tài)相變均勻形核時(shí)系統(tǒng)自由能的總變化G為： G = GvV +S + V -(1-1) 與液態(tài)結(jié)晶相比：固態(tài)相變的阻力增加了一項(xiàng)應(yīng)變能。 其中, Gv - 新舊相間單位體積自由能差 - 單位面積界面能 - 單位體積應(yīng)變能 相變驅(qū)動(dòng)力： VGv ，新舊相間自由能差 相變阻力： S+V ，界面能 + 應(yīng)變能設(shè)形成的新相晶核為球形對(duì)于 r 求導(dǎo)：可得臨界晶核尺寸：形成臨界晶核的形核功形核功：晶核長(zhǎng)大到 r* 所需克服的能壘，或所做的功一、均勻形核單位體積母相中所形成的核心數(shù)N - 單位體積母相中的原子數(shù)- 原子振動(dòng)頻率G* - 形核功Q - 原子擴(kuò)散

21、激活能K-波爾茲曼常數(shù)T-相變溫度 固態(tài)相變較難均勻形核，均勻形核率要小得多固態(tài)相變的形核率二、非均勻形核( heterogeneous nucleation)在母相內(nèi)的擇優(yōu)地點(diǎn)上發(fā)生的形核過(guò)程。如擇優(yōu)在晶體缺陷處形核 -固態(tài)相變的主要形核手段晶體缺陷儲(chǔ)存的能量可使形核功降低，促進(jìn)形核G = -V Gv + S + V -Gd (1-5) 其中，-Gd - 由于晶體缺陷消失所釋放的能量晶體缺陷：空位、位錯(cuò)、晶界晶界形核 晶界-界面能-有利晶界形核-降低形核功 為了減少晶核表面積，降低界面能，非共格形核時(shí)各界面均呈球冠形。界面、界棱和界隅上的非共格晶核應(yīng)分別呈雙凸透鏡片、兩端尖的曲面三棱柱體和球

22、面四面體等形狀 1、晶界形核界面：兩個(gè)相鄰晶粒的邊界界棱：三個(gè)晶粒共同交界的一條線(xiàn)界隅：四個(gè)晶粒交于一點(diǎn)處(a)界面形核 (b)界棱形核(c)界隅形核 晶界面形核時(shí)晶核形狀 三晶粒相交的棱邊 四晶粒相交的隅角 共格和半共格界面一般呈平面。大角晶界形核時(shí)，不能同時(shí)與晶界兩側(cè)的晶粒都具有一定的晶體學(xué)位向關(guān)系，新相晶核只能與一側(cè)母相晶粒共格或半共格，而與另一側(cè)母相晶粒非共格。 晶界形核晶界不同位置形核功比較位錯(cuò)可通過(guò)多種形式促進(jìn)形核：位錯(cuò)線(xiàn)消失-釋放能量-有利形核位錯(cuò)不消失，位錯(cuò)依附于新相界面上補(bǔ)償錯(cuò)配-降低應(yīng)變能溶質(zhì)原子在位錯(cuò)線(xiàn)上偏聚-有利形核的成分起伏-有利形核位錯(cuò)線(xiàn)作為擴(kuò)散的短路通道-降低擴(kuò)散

23、激活能-加速形核位錯(cuò)分解-擴(kuò)展位錯(cuò)-層錯(cuò)部分作為新相的核胚2、位錯(cuò)（dislocation）形核a/2110 a/6211+a/6121 全位錯(cuò) 肖克來(lái)不全位錯(cuò)3、空位(vacancy)及空位集團(tuán)(vacancy cluster)加速擴(kuò)散過(guò)程釋放自身能量提供形核驅(qū)動(dòng)力而促進(jìn)形核 空位群亦可凝聚成位錯(cuò)而促進(jìn)形核1-4 固態(tài)相變時(shí)的晶核長(zhǎng)大一、新相長(zhǎng)大機(jī)理實(shí)質(zhì)：界面向母相方向的遷移遷移過(guò)程：界面附近原子調(diào)整位置使晶核得以長(zhǎng) 大的過(guò)程。 因?yàn)榘牍哺窠缑婢哂休^低的界面能，故在長(zhǎng)大過(guò)程中界面往往保持為平面。晶核長(zhǎng)大如通過(guò)半共格界面上母相一側(cè)原子的切變來(lái)完成的，大量原子有規(guī)則地沿某一方向作小于一個(gè)原子間距

24、的遷移，并保持原有的相鄰關(guān)系不變（協(xié)同型長(zhǎng)大或位移式長(zhǎng)大）。1、半共格界面的遷移1）切變長(zhǎng)大：如馬氏體轉(zhuǎn)變 協(xié)同型長(zhǎng)大、位移式長(zhǎng)大、無(wú)擴(kuò)散。這種晶核長(zhǎng)大過(guò)程以均勻切變方式進(jìn)行的協(xié)同型長(zhǎng)大，其結(jié)果導(dǎo)致拋光試樣表面產(chǎn)生傾動(dòng)。馬氏體相變的表面傾動(dòng)示意圖 1、半共格界面的遷移 除上述切變機(jī)制外，還可通過(guò)半共格界面上的界面位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，使界面作法向遷移，從而實(shí)現(xiàn)新相晶核的長(zhǎng)大。 1、半共格界面的遷移 圖(a)為平界面，界面位錯(cuò)處于同一平面上，其刃型位錯(cuò)的柏氏矢量b平行于界面。此時(shí)，若界面沿法線(xiàn)方向遷移，界面位錯(cuò)必須攀移才能隨界面移動(dòng)，這在無(wú)外力作用或溫度不是足夠高時(shí)難以實(shí)現(xiàn)，故其牽制界面遷移，阻礙晶核長(zhǎng)大。

25、 但若如圖(b)所示，界面位錯(cuò)分布于階梯狀界面上，相當(dāng)于其刃型位錯(cuò)的柏氏矢量b與界面成某一角度。這樣，位錯(cuò)的滑移運(yùn)動(dòng)就可使臺(tái)階跨過(guò)界面?zhèn)认蜻w移，造成界面沿其法線(xiàn)方向推進(jìn)，從而使新相長(zhǎng)大。 1、半共格界面的遷移2）臺(tái)階式長(zhǎng)大：界面上的位錯(cuò)沿滑移面滑移位錯(cuò)隨界面移動(dòng)1、半共格界面的遷移2、非共格界面的遷移 非共格界面的遷移非協(xié)同型長(zhǎng)大、擴(kuò)散型相變 在許多情況下，新相晶核與母相之間呈非共格界面，界面處原子排列紊亂，形成不規(guī)則排列的過(guò)渡薄層， 這種界面上原子的移動(dòng)不是協(xié)同的，即無(wú)一定先后順序，相對(duì)位移距離不等，其相鄰關(guān)系也可能變化。這種界面可在任何位置接受原子或輸出原子，隨母相原子不斷向新相轉(zhuǎn)移，界面

26、本身便沿其法向推進(jìn)，從而使新相逐漸長(zhǎng)大。 但也有人認(rèn)為，在非共格界面的微觀(guān)區(qū)域中也可能呈現(xiàn)臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)（圖 (b），這種臺(tái)階平面是原子排列最密的晶面，臺(tái)階高度約相當(dāng)于一個(gè)原子層，通過(guò)原子從母相臺(tái)階端部向新相臺(tái)階轉(zhuǎn)移，使新相臺(tái)階發(fā)生側(cè)向移動(dòng)，從而引起界面垂直方向上的推移，使新相長(zhǎng)大。 2、非共格界面的遷移二、新相長(zhǎng)大的速度 新相長(zhǎng)大速度取決于界面移動(dòng)速度。對(duì)于無(wú)擴(kuò)散型相變，其界面遷移是通過(guò)點(diǎn)陣切變完成的，故其長(zhǎng)大激活能為零，因此新相長(zhǎng)大速度很高。而對(duì)于擴(kuò)散型相變，其界面遷移需要借助原子的擴(kuò)散，故新相長(zhǎng)大速度較低。 擴(kuò)散型相變中的新相長(zhǎng)大的兩種情況 1. 新相形成時(shí)無(wú)成分變化，只有原子的近程擴(kuò)散；

27、2. 新相形成時(shí)有成分變化，新相長(zhǎng)大需要通過(guò)溶質(zhì)原子的長(zhǎng)程擴(kuò)散。 1、無(wú)成分變化的新相長(zhǎng)大 無(wú)成分變化的新相長(zhǎng)大無(wú)需傳質(zhì)過(guò)程 協(xié)同型長(zhǎng)大速度快，長(zhǎng)大取決于原子調(diào)整位置的速度。 由母相轉(zhuǎn)變?yōu)樾孪鄷r(shí)，新相與母相成分相同。新相長(zhǎng)大可以看成為與相界面的移動(dòng)，其實(shí)質(zhì)是兩相界面附近原子的短程擴(kuò)散。當(dāng)母相中的原子通過(guò)短程擴(kuò)散越過(guò)相界面進(jìn)入新相時(shí)便導(dǎo)致相界面向母相中遷移，使新相逐漸長(zhǎng)大。顯然，其長(zhǎng)大速率受界面擴(kuò)散（短程擴(kuò)散）所控制。 激活能示意圖1、無(wú)成分變化的新相長(zhǎng)大 原子在母相和新相間往返的頻率分別為:設(shè)單原子層厚度為，則界面遷移速率為： 過(guò)冷度較小時(shí)，GV 0隨溫度降低，兩相的自由能差增大，新相長(zhǎng)大速率

28、增加。 過(guò)冷度較大時(shí)，GV kT隨溫度降低，新相長(zhǎng)大速率按指數(shù)函數(shù)減小。1、無(wú)成分變化的新相長(zhǎng)大 新相長(zhǎng)大速度與過(guò)冷度的關(guān)系1、無(wú)成分變化的新相長(zhǎng)大 2、有成分變化的新相長(zhǎng)大 協(xié)同型取決于傳質(zhì)速度，非協(xié)同型取決于界面過(guò)程（相變驅(qū)動(dòng)力）和傳質(zhì)速度。 當(dāng)新相和母相的成分不同時(shí)，新相的長(zhǎng)大必須通過(guò)溶質(zhì)原子的長(zhǎng)程擴(kuò)散來(lái)實(shí)現(xiàn)，故其長(zhǎng)大速度受擴(kuò)散所控制。生成新相時(shí)的成分變化有兩種情況：一種是新相中溶質(zhì)原子的濃度C低于母相中的濃度C；另一種則相反，新相中溶質(zhì)原子的濃度C高于母相中的濃度C， 新相生長(zhǎng)過(guò)程中溶質(zhì)原子的濃度分布 在某一轉(zhuǎn)變溫度下，相界面上新相和母相的成分由平衡狀態(tài)圖所確定，設(shè)其分別為C和C。由于C大于或小于母相的原始濃度C，故在界面附近的母相中存在一定的濃度梯度C-C或C-C。 在這個(gè)濃度梯度的推動(dòng)下，將引起溶質(zhì)原子在母相內(nèi)的擴(kuò)散，以降低其濃度差，結(jié)果便破壞了相界面上的濃度平衡（C和C）。為了恢復(fù)相界面上的濃度平衡，就必須通過(guò)相間擴(kuò)散，使新相長(zhǎng)大。 因此，新相長(zhǎng)大過(guò)程需要溶質(zhì)原子