偏微商不等的相变称为二级相变。
2
T 2
P
2
T 2
P
2
P 2
T
2
P 2
T
2 2
TP TP
2
T 2
P
CP T
2
P2
T
Vk
2 V
TP
k 1 V V P T
1 V
V T P
➢ 相变时，Sα＝Sβ；Vα＝Vβ；CPα≠CPβ；Kα≠Kβ；λα≠λβ即在二级相变时，无
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U S T P
U V P T
➢在一级相变时，熵S和体积V将发生不连续变化，即一级相变有
相变潜热和体积改变。
➢材料的凝固、熔化、升华以及同素异构转变等均属于一级相变。
几乎所有伴随晶体结构变化的固态相变都是一级相变。
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二级相变
➢ 相变时新旧两相的化学势相等，且化学势的一级偏微商也相等，但化学势的二级
• 相变热力学与动力学基础
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金属固态相变概论 Solid-State Transformation
相（phase）
什么是相？ 物理性质和化学性质完全相同且均匀的部分。 相与相之间有分界面，可用机械的方法将它们分开。 系统中存在的相可以是稳定的、亚稳的或不稳定的。 系统在某一热力学条件下，只有当能量具有最小值的 相才是最稳定的。系统的热力学条件改变时，自由能
固态相变 第一讲
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参考书目
康煜平主编 《金属固态相变及应用》，化学工业出版社，2007 徐洲等主编 《金属固态相变原理》，科学出版社，2004 崔忠圻主编 《金属学与热处理》，机械工业出版社，1983 戚正风主编 《金属热处理原理》，机械工业出版社，1987 赵连成主编 《金属热处理原理》，哈尔滨工业大学出版社，1987 夏立芳主编 《热处理工艺学》，哈尔滨工业大学出版社，1996 刘宗昌主编 《金属固态相变教程》，冶金工业出版社，2004 安运铮主编 《热处理工艺学》，机械工业出版社，1988 G.克劳斯主编 《钢的热处理原理》，冶金工业出版社，1987
会发生变化，相的结构也相应发生变化。
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金属固态相变概论
固态相变：金属或陶瓷等固态材料在温度和压力改变时，其内部组 织或结构会发生变化，即发生从一种相状态到另一种相状态的改 变。
相变前的相状态称为旧相或母相， 相变后的相状态称为新相。 控制相变过程获得预期的组织，具有预期的性能。 最常用手段：热处理
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本章要点
• 金属固态相变的主要类型与分类
– 平衡转变与非平衡转变； – 按不同方式对相变进行分类(热力学、原子移动机制、相变方式)
• 固态相变的一般特征
– 位向关系、关西面及弹性应变能的概念； – 母相晶体缺陷对相变机制的影响；
• 形核与长大
– 均匀形核、晶界形核与位错形核； – 影响形核的因素； – 扩散生长与滑移生长 – 影响生长的因素
β密集六角
C 金刚石
碳
6
石墨
钻石立方 六角
W
钨 74 α 体心立方
β 复杂立方
Np
镎 93 α 正 交
β四 方
γ 体心立方
元素符 号 Mn
Hf La Co U
Zr S
元素 名称 锰
铪 镧 钴 铀
锆 硫
原子 序数 25
72 57 27 92
40 16
晶型
α 复杂立方 58 β复杂立方 20 γ 面心四方 δ 面心立方 α 密集六角 β 体心立方 α 密集六角 β 面心立方 α 密集六角 β 面心立方 α正 交 β四 方 γ 体心立方 α 密集六角 β 体心立方 α正 交 β单 斜
相变潜热和体积改变，只有比热CP、压缩系数K和膨胀系数λ的不连续变化。
➢ 材料的部分有序化转变、磁性转变以及超导体转变均属于二级相变。
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高级相变
在临界温度，临界压力时，一阶，二阶偏导数相等，而三阶偏导数不相 等的相变成为三级相变。 实例：量子统计爱因斯坦玻色凝结现象为三级相变。 依次类推，自由焓的n-1阶偏导连续，n阶偏导不连续时称为高级相变。 二级以上的相变称为高级相变，一般高级相变很少，大多数相变为低级 相变。
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固态相变分类
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按相变热力学（一级相变、二级相变、高级相变）
➢ 一级相变：相变时新旧两相的化学势相等，但化学势的一级偏微商不等。
设α代表旧相，β代表新相，μ为化学势、T为温度、P为压力，则有：
U1 U 2 T P T P
U1 U 2 P T P T
2. 多形性转变 固溶体中一种晶体结构转变为另一种晶体结构的过程--- FA
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元素符 元 素 原 子 晶 型
号
名称 序数
Fe
铁 26 α 体心立方
γ 面心立方
δ 体心立方
ε 密集六角
Cr
铬 24 α 体心立方
β 密集六角
Ce
铈 58 α 面心立方
β 密集六角
Ca
钙 20 ）分类
平衡转变、非平衡转变
一、平衡相变(equilibrium transformation) 固态金属---缓慢加热或冷却---获得符合相图的平衡组织
1. 同素异构（allotropic）转变 纯金属：温度和压力改变时----由一种晶体结构转变为另一种晶体结构 的过程------Fe、Ti、Co、Sn 所有70余种金属元素中只有12种金属元素具有多种晶型，而其余的非 金属元素中只有两种元素具有多种晶型。
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3 平衡脱溶转变
➢高温过饱和固溶体缓慢
冷却过程中析出第二相的 过程
➢特点：
(a) 新相的成分和结构始 终与母相的不同； (b)母相不会消失。
➢钢在冷却时，由奥氏体
析出二次渗碳体的过程
可发生脱溶转变的合金
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4.共析（eutectoid）转变 一个固相分解为两个不同的固相 γ→ 特点：生成的两个相的成分和结构与原母相不同 5.调幅（spinodal)分解 一种固溶体分解为结构相同，而成分明显不同的微区，→12 特点：转变初期，无明显界面和成分突变，随后通过上坡扩散溶质再分 配，富溶质原子1与贫溶质原子2 。如Al-Zn、Al-Cu、Fe-Cr等合金。 6.有序化转变 固溶体中，各组元的相对位置从无序→有序转变过程。如Cu-Zn，CuAu，Mn-Ni，Ti-Ni等合金。