江苏大学教师备课笔记
错配度
??a??a?a?
举例：当由于点阵长度差别引起错配度?提高，要保证完全共格，使弹性应变能提高；当错配度达到一定程度，难以维持完全共格，在界面上产生一些刃型位错，来补偿两相原子间差距，变成部分匹配。
特点：界面能提高，应变能降低。
(三) 非共格界面：两相在界面上由于错配度大，无匹配关系。 特点：界面能高，应变能低。
四、晶体缺陷的作用
与液态金属不同，固态金属存在各种晶体缺陷，如空位、位错、晶界等。在缺陷周围有点阵畸变，储存畸变能，在固态相变时，释放出来作为相交的驱动力，对固态相变起促进作用。
具体作用：
(1) 新相往往在缺陷处形核，提高形核率。 (2) 促进扩散过程，促进晶核生长。
(五) 形成过渡相
过渡相：指成分或结构，或二者都处于新相与母相之间的一种亚稳状态的相。 在固态相变中，有时新相与每相在成分、结构上差别较大，形成困难，而形成过渡相成为减少相变阻力重要途径。因为过渡相在成分、结构上更接近于每相，两相间易于形成共格成半共格界面，以减少界面能，从而降低形核功，使形核易于进行。但过渡相由于自由能高于平衡相，在一定条件下，继续转变为平衡相。
二、惯习面与取向关系（两相间晶体学关系） 固态相变时新相与母相往往存在一定的晶体学关系。
惯习面：新相往往在母相一定的晶面族上形成，这种晶面称为______。
特征：(1) 惯习面上新相和母相的原子排列很相近，能较好地匹配，有助于减少两相间
界面能。
(2) 惯习面往往为新相主平面或主轴所平行的母相晶面。
取向关系：新相、母相某些低指数晶面和晶向的对应平行关系。 举例：马氏体总是在奥氏体{111}晶面上形成，
则{111}r为惯习面
?? 密排面{011}与奥氏体密排面{111}r相平行
?? 密排方向{111}与奥氏体密排方向{011}r相平行
则取向关系为：{011}??||{111}r；<111>??||<011>r
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取向关系与相界面的关系：
当新相与母相间为共格或半共格界面时，两相间必然存在一定的晶体学取向关系；若两相间无一定取向关系，则其界面必定为非共格界面；但有时两相间虽然存在一定的晶体学取向关系，也未必都具有共格或半共格界面，生长时共格或半共格界面破坏。
三、应变能
1．共格应变能：相界面上原子由于强制性的匹配，以形成共格或半共格界面，在界面附近产生弹性应变能。
共格界面>半共格界面>非共格界面（应变能为零）
2．比容差应变能：由于新相与母相比容不同，新相形成时体积变化受到周围母相约束而产生的弹性应变能。
比容差应变能与新相几何形状的关系：
Nabarro通过理论计算，把不同形状新相看作旋转椭球体。 c<>a
园盘（片状）
园球（粒状） 园棒（针状）
新相形态和界面取决于： （1）相变驱动力ΔG （ΔT）
（2）固态相变阻力应变能界面能共格应变能比容应变能 与液态金属凝固同比，相变阻力增大
界面能取决于界面匹配程度（球<针<盘）和面积（非共格<半共格<共格）；应变能主要取决于比容差，盘<针<球。（共格应变能相对比容应变能很小。）
界面能、应变能对新相形态的影响：（界面能和应变能最低）两者兼顾 ΔT大 临界晶核小→界面能为主→共格或半共格→盘状（降低应变能） Δ
T
小
临
界
晶
核
大
→
应
变
能
为
主
→
非
共
格
比容差小?球状?降低界面能??比容差大?针状?兼顾界面能和应变能举例：（1）钢中马氏体回火，先形成与马氏体基体保持共格ε碳物，随着回火温度的升高或回火时间延长，ε碳化物转变为与基体呈非共格的渗碳体。
（2）铝合金的时效强化。
§1.4 固态相变的形核
绝大多数固态相变（除调幅分解）都是通过形核与长大过程完成的，形核过程往往先在母相基体的某些微小区域内形成新相所必须的成分与结构称为核胚；若这种核胚尺寸超过某一临界尺寸，便能稳定存在，并自发长大，即成为新相晶核。若晶核在母相基体中无择优地任意均匀分布，称为均匀形核；若晶核在母相基体中某些区域择优地不均匀分布，则称为非均匀形核。在固态相变中均匀形核的可能性很小。
一、均匀形核
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按经典形核理论、系统自由能总变化：（与液态金属结晶相比，相变阻力增加一相变应变能）
ΔG=－ΔgVV+σS+EV=－ΔGV+ΔGS+ΔGF ΔgV 单位体积新相与母相自由能差 σ 单位面积界面能 E 单位体积应变能 V 体积 S 面积
当低于平衡转变温度时，|ΔgVV |>σS+EV ΔG<0自发过程
116??2*r ?临界形核功 ΔG= 2?T?3(??gV?E)*
由于应变能存在，临界形核功增大
固态相变均匀形核率：（与金属凝固过程相似）
??N?? exp (-Q??G) NKTN 单位体积每相中的原子数
*? 原子振动频率
Q 原子扩散激活动 K Boltzmann 数 T 相变温度
固态下，Q值较大，ΔG*也较高，与凝固过程相比，固态相变均匀形核率要小得多。 二、非均匀形核
在母相的晶体缺陷处形核，金属固态相变主要依赖于非均匀形核。其系统自由能总变化为：
ΔG=－ΔgVV+σS+EV－ΔGd
与均匀形核相比，多出一项－ΔGd，表示非均匀形核时，由于晶体缺陷消失而释放出的能量，－ΔgVV－ΔGd为相变的驱动力，使临界形核降低，促进形核。
各种晶体缺陷对形核的作用：
(一) 空位：通过加速扩散过程或释放自身能量一提供形核驱动力，促进形核。 举例：A1－Cu，过饱合α固溶体，不平衡沉淀脱溶，在晶界附近没有沉淀相，形成无析出区，晶界附近空位进入晶界而淹没，远离晶界处保留很多空位。
(二) 位错
1．位错线上形核，可借形核处位错线消失所释放能力作为相变驱动力，降低形核功。 2．新相形核时，位错并不消失，而依附于新相界面上构成半共格界面上的位错部分，以补偿错配，从而降低应变能，使形核功降低。
3．溶质原子在位错线上偏聚（柯氏气氛），使溶质含量增高，便于满足新相形成时作需的成分条件，使新相晶核易于形成。
4．位错线或作为扩散和短路通道，降低扩散激活动，加速形核。
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5．位错可分解形成由两个半位错与其间的层错组成的扩展位错，使其层借部分作为新相核胚有能形核部位。
由于晶粒内分布有大量位错，很容易把晶粒内的位错形核误认为均匀形核。 (三) 晶界
大角度晶界具有高的界面能，在晶界形核时，可使界面能释放出来作为相变驱动力，以降低形核功。
晶界是固态相变主要形核位置。 晶界的分类：
界面：多晶体中两个相邻晶粒的边界。
界棱：多晶体中三个相邻晶粒的共同交界是一条直线。 界隅(YU)：多晶体中四个相邻晶粒的共同交于一点。
界面、界棱、界隅都不是几何的面、线、点，均具有一定体积。 晶界模供能量 ???????
体积分数 界隅 界陵 界面 增大
但在过冷度较大时，形核驱动力大，能量障碍小，界面成为对形核贡献最大的位置。 在晶界形核时，新相与每相的某一晶核有可能形成共格或半共格界面，以降低界面能，减少形核功。这时共格一侧往往呈平直界面，新相与每相具有一定取向关系；而与界面另一晶格界面为非共格（由于大角度晶界两侧晶耗通常无位间关系）；为了降低界面能、串共格一侧往往呈球冠型，往往是晶体长大的一侧。
§1.5 晶核的长大
一、固态相变时晶核的长大过程
晶核的长大伴随有两个过程：传质过程（满足成分）和界面过程（满足结构） 传质过程：在新旧相成分不同时，原子必须在旧相内扩散，使相界面附近的成分达到新相的要求，晶核才能长大。
共析转变、脱溶沉淀、贝氏体转变，新旧相成分不同，必须伴随传质过程。 同素异构转变，块状转变，马氏体转变，新旧相成分相同，不需要传质过程。
界面过程：界面附近原子调整位置，从旧相结构点阵转变成新相结构点阵，使晶核长大。（可看作原子的短距离自扩散）
界面过程有两种形式：
非协同型长大：非共格界面，界面上原子移动没有先后顺序，相对位移距离不等，相邻关系发生变化，即原子运动步调是非协同性的（包括长距离扩散—成分不同和短距离扩散—成分同）。
在非共格界面处，为原子排列紊乱、无规则的过渡薄层，这种界面迁移是通过界面扩散进行的，不管新、旧相成分是不否相同，都称为扩散型相变。
协同型长大：共格界面或半共格界面，界面旁边旧相中原子通过有规律的运动，来调整它们的相对位置，结构改变后，原子原来的相邻关系保持不变。
有两种方式：
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(最大) 减小