固态相变热力学
Thermodynamics of Solid-State Phase Transformation
固态相变的特点
Characteristics of Solid-State Phase Transformation
• 由于相变阻力大相变的过冷度一般很大 • 固态相变都是非自法形核 • 晶体缺陷（空位、位错、界面）对固态相
变形核、生长及固态相变组织与性能具有 决定性影响 • 新相与母相间往往存在严格的晶体学取向 关系（Habit Planes） • 相变历程复杂，往往经历溶质偏析－过渡 相析出－稳定相析出及粗化等一系列过程
扩散性相变过程动力学
• 存在形核的孕育期（Incubation Time） • 转变量服从Avrami方程 f = 1 – exp(-k tn) • C-曲线
固态相变的分类
Classifications of Solid-State Phase Transformation
• 根据相变时有无原子扩散：
– 扩散型相变（Diffusive Phase Transformation）
– 非扩散型相变(Diffusionless Phase Transformation or Martensite Transformation)
• 时效析出过程
• 时效析出过程（形核、生长）对晶体缺陷 密度及温度的依赖性
时效热力学
Al-Cu合金中GP区的结构
共格界面－Coherent Interface
特点：界面能很低！但应变能较高！
a
b
沉淀析出第二相粒子的强化效果及 强化机制与粒子尺寸的关系：
Strengthening Effect and Mechanisms by Precipitation Particles
- etc
Properties:
- Mechanical - Functional
金属固态相变概论
Introduction to Solid-State Phase Transformation of Metals
相变及其对材料科学与工程的意义
相 Phase 相变 Phase Transformation or Transitionpitation or Discontinuous Precipitation
过固溶体的调幅分解－一种特殊的沉淀析出转变
Spinodal Decomposition
过固溶体的调幅分解－一种特殊的沉淀析出转变
Spinodal Decomposition
Processing Innovations
New Materials
Atomic Arrangements: - Crystal Structure and Defects
of Metals and Alloy Phases - Phase Constitutions of Alloys -Microstructure of Metals and Alloys
《物理冶金学原理》研究对象:
Fundamentals of Metals Processing:
- Solidification (Casting, Welding, etc) - Solid-State Phase Transformation - Plastic Deformation (hot and cold working, forging, rolling, Mechanical Behaviors，etc)
气-固相变（Condensation or Vapor Deposition） 液-固相变（Solidification）
固态相变（Solid-State Phase Transformation）
一、固态相变及意义
控制材料组织结构、提高挖掘材料 性能的主要途径
– 加热时的平衡及非平衡固态相变 – 冷却时的平衡及非平衡固态相变 – 固态相变亚稳组织的进一步固态相
固态相变动力学
Kinetics of Solid-State Phase Transformation
固态相变动力学
Kinetics of Solid-State Phase Transformation
典型的扩散型相变：过饱和固溶体 的时效（沉淀析出）
Typical Diffusive Transformation：Aging of Supersaturated Solid Solution
Thermodynamically Stable States
Controlled Secondary Processing for Required or Optimum Properties
固态相变的分类
Classifications of Solid-State Phase Transformation
过饱和固溶体通过原子的上坡扩散，分解为晶体结构相同、成 分不同的两个固溶体的转变过程！
a a1 + a2
• 无形核过程，形核功 为零
• 母相与新相完全共格 • 转变速度很快速 • 组织细小均匀
马氏体转变－无扩散型 转变或切变型转变
Martensitic or Shear Transformation
• 一次切变（均匀切变）完成晶体结构重构 • 二次切变（非均匀切变）形成马氏体的亚
变（过饱和固溶体的时效、马氏体 的回火等）
Processing of Advanced Materials via Solid-State Phase
Transformation
Metastable States
Radical, Non-Equilibrium Processing of Materials
• 根据相变时热力学函数的变化： 一级相变（First Order Phase Transition）：
相变时有体积变化及相变潜热释放的固态相变 (物态变化及同素异构)
二级相变（Second Order Phase Transition） ： 相变时无体积变化、无相变潜热，只有比热、 膨胀系数、压缩系数等的变化 （磁性转变、有序化、超导转变等）