15相变动力学热力学与动力学讲解.pptx
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1、第第15章章 相变动力学相变动力学 形核动力学形核动力学 片状新相侧面长大片状新相侧面长大 球状新相长大球状新相长大 第二相粒子粗化第二相粒子粗化 溶溶质质原原子子与与异异相相对对新新相相长大和晶粒粗化的影响长大和晶粒粗化的影响 形核动力学形核动力学均匀形核均匀形核 由于新相的形成而引起自由能的变化G为 如用原子数n代替r,gV和gE分别为一个原子由 相转移到 相时降低的体积自由焓和增加的弹性应变能,为与 相表面积A有关的新相形状因子,即 这样,与临界晶核半径r*相对应的临界形核功为 同样,与临界晶核原子数n*相对应的临界形核功可表示如下 单位时间单位体积母相中形成的新相晶核数称为形核率,通常
2、以I表示。设0Gn为标准态时在母相中形成一个包含n个原子的新相核胚时自由焓的变化;N为单位体积母相的原子数,则在平衡状态下原子数为n的核胚的浓度Cn为 与新相核胚界面紧邻的母相原子数S、母相原子的振动频率、母相原子跳向新相核胚的几率f以及跳向新相核胚的母相原子又因弹性碰撞而跳回母相的几率P等成正比。此外在跳跃时母相原子还要克服高度为Q的势垒,因此还应与成正比。由此可以得出 0Gn随n的变化而变化,故Cn也随n而变。当n=n*时0Gn达最大值,n*为临界晶核所含的原子数,对应于临界晶核尺寸r*。即当nn*时核胚也是不稳定的,一旦形成,会成为晶核而不断长大直至成为晶粒。临界核胚的平衡浓度Cn*为
3、设单个原子进入具有临界尺寸的核胚的频率为,则形核率I应为 非均匀形核非均匀形核 设由于缺陷的消失而提供的能量为GD,固溶体一般都是多晶体,两相邻晶粒间的交接面称为晶界。按相邻晶界晶体取向的不同,晶界可分为大角度晶界和小角度晶界。这里以大角度晶界为例进行讨论。界面形核界面形核/界面与两个/界面处于平衡,有 设新形成的/界面面积为A,由于 相晶核的形成而消失的/界面的面积为A。则有 利用 得 其中 令 有 界棱形核界棱形核 依照界面形核的处理方法可得 可见,在界棱形核与界面形核一样,不改变临界晶核半径,但是临界形核功下降,其值与 有关 界偶形核界偶形核 四个相邻的晶粒中,每三个晶粒之间有一条界棱,
4、四根界棱相交形成一个界偶。在界偶处可以形成由四个半径为r的球面组成的粽子形 晶核,接触角为。这样有 可见,在界偶形核与界棱形核和界面形核一样,不改变临界晶核半径,但是临界形核功下降,其值与 有关。晶体长大晶体长大 设A、B两组元形成如图所示的共晶相图。成分为C0的 固溶体在温度T将析出成分为C 的 相,在界面处与 相平衡的 相的成分将由C0降为C。设 沿/界面呈片状析出然后向晶内长大。如/界面为非共格界面,长大受B原子在 相中扩散控制。其中浓度C是指单位体积中B组元的质量或摩尔数,单位g/cm3或mol/cm3。片状新相侧向长大示意图TT/CLABCC0CLC0A2A1ClCOx(b)(a)片
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