原理第一章 第4节 固态相变动力学VIP免费

第四节固态相变动力学1、固态相变的速率相变动力学通常是讨论相变的速率问题，即描述在恒温条件下相变量与时间的关系。相变动力学决定于新相的形核率和长大速率。在新相彼此接触之前，新相晶核的长大线速率往往是恒定的，因此新相晶核半径R与时间t之间近似为直线关系，可用下式表示：R=G(t)若能确定新相晶核的数目，可计算在t时间内新相的转变量。设I为新相晶核的形核率，V0为试样的总体积，V为已转变的新相体积，（V0－V）则为未转变的体积。显然，在dt时间内形成的新相晶核数目n为：n=I(V⋅0V)⋅dt在dt时间内已转变的新相体积V为：第四节固态相变动力学由于未转变的体积（V0－V）是随时间变化的，难以确定，所以无法采用上式进行直接计算。一般用试样的总体积V0来取代上式中的未转变体积（V0－V），则得到在dt时间内形成的新相公称晶核数目ne为：ne=IV0dt同样，在dt时间内已转变的新相公称体积Ve为：为方便起见，可改用已转变的新相公称体积分数Xe来表述，即：第四节固态相变动力学采用数学方法可将新相公称体积分数Xe与新相实际体积分数X联系起来。由于在任一dt时间内，不管是实际晶核或是公称晶核，每一个晶核的体积是相同的，设新相晶核在整个基体中任意形成，晶核长大线速率G和形核率I均为常数，而小至可忽略不计，则有：（公式1）上式常称为Johnson-Mehl方程，可应用于服从四个约束条件（即任意形核、I为常数、G为常数和很小）的所有相变。第四节固态相变动力学针对公式1中不同G和I值（实际是不同温度）而绘出的新相转变体积分数与时间的关系曲线（相变动力学曲线）如下图a所示。这些相变动力学曲线均呈S形，即相变初期和后期的转变速度较小，而相变中期的转变速度最大，具有形核和长大过程的所有相变均具有此特征。应当指出，固态相变时尽管长大速率可以看作常数，但形核率并不是常数（因为许多固态相变往往是晶界等处优先形核，而不是任意形核，故形核率是变化的），因此，公式1是不严格的，而应改用如下由Avrami提出的经验方程式。式中K和n均为系数，K决定于相变温度、母相成分和晶粒大小；n决定于相变的类型（其数值一般在1至4之间），大多数固态相变的实验数据均与Avrami方程式符合较好。第四节固态相变动力学第四节固态相变动力学将上图a中的实验数据改绘成时间（Time）-温度（Temperature）-转变量（Transformation）的关系曲线，则如上图b所示，得到一般常用的“等温转变曲线”，亦称“TTT曲线”或称等温转变图、TTT图）由于该图中的曲线常呈“C”字形，所以又称为“C曲线”。这是扩散型相变典型的等温转变曲线。由曲线可清楚地看出：①某相过冷到临界点以下某一温度保温时，相变何时开始？何时转变量达50％？何时转变终止？②相变速率最初是随温度下降而逐渐增大，达到一最大值后又逐渐减小。第四节固态相变动力学2、钢中过冷奥氏体转变动力学奥氏体是高温稳定相，若冷却至临界点（A3或A1）以下就不再稳定，一般称为过冷奥氏体。钢的过冷奥氏体转变就是一个与温度和时间（或冷却速度）相关的过程。1）过冷奥氏体等温转变动力学将奥氏体迅速冷却到临界点以下某一温度等温保持，在等温过程中发生的相变称为过冷奥氏体的等温转变。过冷奥氏体等温转变图（TTT曲线）可以综合反映过冷奥氏体在不同过冷度下的等温转变过程：转变开始和终了时间、转变产物的类型以及转变量与温度和时间的关系等等。第四节固态相变动力学第四节固态相变动力学奥氏体等温转变图的形状象英文字母C，因此称“C”曲线或“TTT”图。“C”曲线有、五条线：三个转变区即珠光体、贝氏体和马氏体转变区；五条线即A1线、第一条“C”曲线（奥氏体转变(P、B)开始线）、第二条“C”曲线（奥氏体转变(P、B)终了线）、Ms线和Mf线。a)过冷奥氏体等温转变图的建立膨胀法、磁性法、电阻法、热分析法、金相法。第四节固态相变动力学b)奥氏体等温转变图的基本类型由于各种合金元素的不同影响，TTT曲线的形状是多种多样的。一般“C”曲线的类型有六种，它们分别为：第一种类型：具有单一的“C”形曲线。碳钢以及含有Si、Ni、Cu、Co等合金元素的钢均属于此种，其鼻尖温度约为500～600℃。实际上是由两个...