文档介绍：第一章 金属固态相变概论
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一、金属固态相变的主要类型
〔一〕平衡转变
固态金属在缓慢加热和冷却时发生的能获得符合相图所示平衡组织的相变。包括同素异构转变、多形性转变、平衡脱溶沉淀、共析转变、调幅〔了一项应变能。按照经典形核理论，系统自由能总变化为：
其中DG为系统自由能变化；
V为新相体积；
Dgv是新相与母相的自由能差；
s为新相、母相间单位面积界面能；
E为新相单位体积应变能
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上式中，DgvV项为体自由能差即相变的驱动力，当低于平衡转变温度时为负值，sS和EV项为相变阻力。可见，只有当DgvV的绝对值大于后两项的和时，才能使DG＜0，即形核称为可能。
临界晶核的半径大小可由上式导出，为：
形成临界晶核的形核功为：
由此可见，当应变能和外表能增大时，临界晶核的临界半径增大，形核功升高。
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因此，
具有低的界面能但有很高的应变能的共格晶胚，倾向于呈盘状或片状；
而具有高的界面能但有低的应变能的非共格晶胚如此容易形成等轴状；
如因体积膨胀而引起的应变能较大或界面能的各向异性很显著时，也可呈片状或针状。
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〔二〕非均质形核
母相中的晶体缺陷可以作为形核位置，因此，金属固态相变主要依赖于非均质形核，其系统自由能总变化为：
与均质形核相比，多了一项-DGd，它表示非均质形核时由于晶体缺陷消失而释放出的能量。因此，相变驱动力增加，这将导致临界形核功降低，从而大大促进形核过程。
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晶体缺陷对形核的具体作用
1、空位
空位可通过加速扩散过程或释放自身能量提供形 核驱动力而促进形核。此外，空位群亦可以凝聚成位错而促进形核。
2、位错
位错可以通过多种形式促进形核：
〔1〕新相在位错线上形核，可借形核处位错消失时所释放出来的能量作为相变驱动力，以降低形核功；
〔2〕新相形核时位错并不消失，而是依附于新相界面上构成半共格界面上的位错局部，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，使溶质含量增高，便于满足新相形成时所需的成分条件，使新相晶核易于形成。
〔4〕位错线可作为扩散的短路通道，降低扩散激活能，加速形核过程；
〔5〕位错可以分解形成由两个分位错与其间的层错组成的扩散位错，使其层错局部作为新相的核胚而有利于形核。
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3、晶界
大角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。因此，晶界是固态相变时形核的重要基地。
晶界形核时，新相与母相的某一个晶粒有可能形成共格或半共格界面，以降低界面能，减少形核功。这时共格的一侧往往呈平直界面，新相与母相有一定的取向关系。但大角晶界两侧的晶粒通常无对称关系，故晶核一般不可能同时与两侧晶粒都保持共格关系，而是一侧为共格，另一侧为非共格。为了降低界面能，非共格一侧往往呈球冠状。
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四、固态相变时的晶核长大
1、半共格界面的迁移
因为半共格界面具有较低的界面能，故长大过程中往往继续保持为平面。晶核长大时，界面作法向迁移，半共格界面上的界面位错亦随之移动。
〔一〕新相长大机理
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A〕为平界面，假设刃型位错的柏氏矢量b沿界面方向，如此其不能通过滑移而必须借位错攀移才能随界面移动。但是平界面位错攀移困难，故其牵制界面迁移，阻碍晶核长大。
B〕为阶梯界面面间位错分布在阶梯状界面上，其位错的滑移运动使阶梯跨过界面侧向迁移，而使界面沿其法线方向开展，从而使新相长大。
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2、非共格界面的迁移
非共格界面是原子排列混乱的过渡薄层。在这种界面上原子的移动的步调是不协同的，亦即原子的移动无一定的先后顺序，相对位移距离不等，其相邻关系也可能变化。
两种观点
母相不断地以非协同方式向新相中转移，界面便沿其法向推进，从而使新相逐渐长大；
在非共格界面的微观区域中，也可能呈现台阶状结构。这种台阶平面是原子排列最密的晶面，台阶高度约相当于一个原子层，通过原子从母相台阶端部想新相台阶上转移，便使新相台阶发生侧向移动，从而引起界面推进，使新相长大。
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扩散型相变和非扩散型相变
扩散型相变：大多数固态相变是依靠扩散来进展的
特点：
相变过程中有原子扩散运动，转变速率受扩散控制；
在合金的相变中，新相和母相的成分往往不同；
只有因新相和母相比容不同引起的体积变化，没有形状改变。
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