相变热力学 材料热力学.ppt

《相变热力学 材料热力学.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、材料热力学相变热力学/界面热力学相变热力学基本内容：计算相变驱动力，以相变驱动力大小决定相变的倾向，帮助判定相变机制，在能够估算临界相变驱动力的条件下，可求得相变的临界温度。相变驱动力与相变阻力的平衡。相变热力学相变的分类：1.按热力学分类：一级相变、二级相变……2.按原子迁移特征分类（固态相变）：扩散型相变、无扩散型相变。3.按相变方式分类：形核-长大型相变（不连续相变）、无核相变（连续相变）。相变热力学6.1新相的形成和相变驱动力6.2马氏体相变热力学6.3珠光体转变（共析分解）热力学6.4脱溶分解热力学6.5调幅（Spinodal）分解热力学4.1新相的形成

2、和相变驱动力第四章相变热力学4.1.1新相的形成材料发生相变时，在形成新相前往往出现浓度起伏，形成核胚再成为核心、长大。无论核胚是稳定相还是亚稳相，只要符合热力学条件都可能成核长大。因此，相变中可能出现一系列亚稳定的新相。具有几个亚稳相纯物质的Gibbs自由能4.1新相的形成和相变驱动力例：材料凝固第四章相变热力学4.1.1新相的形成如过冷至Tm以下，由液相l凝固为稳定相和亚稳定相、都是可能的，都引起Gibbs自由能下降。在Tm时，相变潜热所以有4.1新相的形成和相变驱动力第四章相变热力学4.1.1新相的形成在略低于Tm的温度T，液相凝固过程为放热过程

3、，当T

4、。相变的阻力：相变产生的界面（新相表面）Gibbs自由能。相变前后体系Gibbs自由能的变化：体积Gibbs自由能变化与界面Gibbs自由能变化的代数和。第四章相变热力学4.1.2形核能垒4.1新相的形成和相变驱动力第四章相变热力学其中，球形核胚的体积表面积A=4r2临界晶核尺寸r*——新相晶胚能否发展成为晶核的条件4.1.2形核能垒相变形核时体积、界面和体系Gibbs自由能变化4.1新相的形成和相变驱动力第四章相变热力学临界形核功4.1.2形核能垒其中，为临界晶核的表面积。相变形核时体积、界面和体系Gibbs自由能变化实际液相凝固是非均匀形核，其r*与均匀形

5、核相同，但G*小于均匀形核，因此所需的过冷度也小。4.2马氏体相变热力学4.2.1马氏体相变高碳钢经淬火发生了马氏体相变，获得马氏体显微组织，具有很高的硬度，但塑性较差。马氏体相变是钢件热处理强化的主要手段，要求高强度的钢都是通过淬火来实现。在其他金属、无机和有机材料中也可以发生马氏体相变，包括金属间化合物、含ZrO2陶瓷、蛋白质等。第四章相变热力学4.2马氏体相变热力学第四章相变热力学马氏体相变是一种位移型相变，通过在相界面处位错保守运动，原子高度有序地迁移,使相界面推进，产生宏观的形状改变。相变在低温下进行，不涉及长程扩散，属于无扩散型相变。马氏体与其母体拥

6、有相同的化学组成。4.2.2马氏体相变的一般特征一片马氏体穿过单晶母相时产生的宏观应变扩散型相变无扩散型相变界面界面相变前相变后母相以均匀切变方式转变为新相。原子发生切变位移，相对位置没有改变，而是整体进行了一定的位移。相界面向母相推移时，原子以散乱的方式由母相转移到新相，原子相对位置发生改变。例如：珠光体转变。第四章相变热力学4.2马氏体相变热力学第四章相变热力学马氏体相变的驱动力：化学Gibbs自由能的降低。相变阻力之一：应变能。马氏体相变使样品的形状发生改变，当应力存在（受束缚）时，相变进程受到阻碍。相变阻力之二：有时还需要考虑相变所需克服的界面能。4.2.

7、2马氏体相变的一般特征驱动力>阻力时，相变才能发生4.2马氏体相变热力学第四章相变热力学当只考虑应变能时，马氏体相变总和的Gibbs自由能变化为：应变能（切变应力切应变+正应力正应变）4.2.2马氏体相变的一般特征化学Gibbs变化马氏体相变通常是冷却母相至Gc为负值以后的某个温度Ms（马氏体相变开始温度）而触发的。4.2马氏体相变热力学第四章相变热力学对于铁基合金的马氏体相变：非化学Gibbs自由能项4.2.3铁基合金马氏体相变热力学母相P转变为马氏体M时的Gibbs自由能变化可表示为：化学Gibbs自由能的改变（化学驱动力）非化学Gibbs自由能的改变（

8、相变阻力：