相變機(jī)制

相變機(jī)制是相變理論關(guān)注的核心問題之一，由于不可能直接觀察相變的原子過(guò)程，往往要借助一些間接的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，通過(guò)理論分析來(lái)推測(cè)相變機(jī)制，比如位移型相變，在相變過(guò)程中不涉及原子擴(kuò)散，所以新相與母相應(yīng)該成分一致，并且兩相的品體點(diǎn)陣存在確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如果母相顯有序結(jié)構(gòu)，則新相也應(yīng)為有序結(jié)構(gòu)。所以原則上可以通過(guò)能譜法測(cè)定成分分布，用X射線或電子衍射測(cè)定的品體學(xué)取向關(guān)系與有序度來(lái)判斷相變機(jī)制。

歷史上還曾利用一些簡(jiǎn)便有效的方法來(lái)研究相變機(jī)制，如將表面拋光的樣品迅速變眼到相變溫度、若相變?yōu)槲灰菩偷?，則切變將引起表面浮突，若相變?yōu)槲灰菩偷?，由于新相與母相間要滿足特定的取向關(guān)系，新相長(zhǎng)大時(shí)必不能貫穿母相品界；位移型相變由于產(chǎn)生的應(yīng)變較大，新相的品形一般呈片狀，所以金相觀察也有助于了解相變機(jī)制，另外，位移型相變由于不涉及擴(kuò)散，且勢(shì)全較低，往往在較低溫度也能高速進(jìn)行，所以相變動(dòng)力學(xué)測(cè)量有時(shí)也有助于隔明相變機(jī)制。

雖然目前可用于相變機(jī)制分析的手段很多，對(duì)許多相變的機(jī)制學(xué)術(shù)界也已達(dá)成共識(shí)，但一般設(shè)來(lái)，還沒有判定式的方法可資利用，如有些擴(kuò)散型相變產(chǎn)物與母相成分也是一致的。兩相有確定的取向關(guān)系與新相長(zhǎng)大時(shí)不貫穿母相品界也可以白因于為降低界面能，每相與新相間以某些面為界面。數(shù)子貳配教好，面有人認(rèn)為母相與新相的比然容不同也可造成表面容突現(xiàn)象。正因?yàn)閷?duì)許多實(shí)驗(yàn)結(jié)果的等釋不償一性，至今對(duì)某些相變的機(jī)制認(rèn)識(shí)上仍存在嚴(yán)重分技，如貝氏體相變的研究歷來(lái)分為擴(kuò)散與切變兩大學(xué)派，雖經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期爭(zhēng)論但卻不能統(tǒng)一，對(duì)鍋中馬氏體相變時(shí)有無(wú)碳擴(kuò)散也一直存在不同看法。

激光處理后的馬氏體組織由板條型和孿晶型馬氏體組織組成。其中板條馬氏體比例較常規(guī)熱處理名，該馬氏體組織中的位錯(cuò)密度相當(dāng)高，隨著功率密度的增加，平均位錯(cuò)密度也增加，晶粒邊界的位錯(cuò)密度可達(dá)1011~ 1012/cm2,Fe-C 合金激光淬火后的馬氏體組織明顯細(xì)化，馬氏體晶粒尺寸細(xì)小，亞結(jié)構(gòu)尺寸也減小因而使表面硬度提高。同時(shí)由于激光淬火時(shí)冷速很大，碳原子來(lái)不及擴(kuò)散，從而使馬氏體相的碳含量提高，導(dǎo)致提高了淬火硬度。

激光淬火的效果用硬化層的宏觀和微觀特征來(lái)判斷,宏觀特征如硬化層深度、均勻性、硬度值等; 微觀特征如相組成、相結(jié)構(gòu)等。它們受到激光淬火工藝的影響,同時(shí)也與金屬材料本身的特征，即材料的相變溫度、材料內(nèi)部質(zhì)量、熱量傳遞特性、材料內(nèi)部的溫度分布及材料的組織特征等因素有關(guān)。

相變的類型很多，根據(jù)相變的某種屬性的特征可作粗線條的分類：根據(jù)熱力學(xué)函數(shù)可分為一級(jí)相變、二級(jí)相變；根據(jù)對(duì)抗?jié)q落的穩(wěn)定性分為連續(xù)相變、非連續(xù)相變；根據(jù)新相生長(zhǎng)時(shí)的控制環(huán)節(jié)，可分為擴(kuò)散控制的相變和界面控制的相變；根據(jù)新相生成時(shí)原子遷移的特點(diǎn)，分為有擴(kuò)散相變（散漫移動(dòng)式相變）、無(wú)擴(kuò)散相變（行列移動(dòng)式相變）等。還有，由傳質(zhì)控制的相變，或由傳熱控制的相變（凝固）等。當(dāng)然，有些相變不是這樣截然劃分所能概括的。礦物學(xué)家和陶瓷材料科學(xué)家在傳統(tǒng)上將相變分為重構(gòu)型相變和位移型相變，前者指相變時(shí)將原有的化學(xué)鍵拆開重新結(jié)合成新鍵而構(gòu)成新晶體，后者則指相變時(shí)僅涉及結(jié)合鍵的長(zhǎng)度和夾角大小的改變 。2100433B

在含有亞穩(wěn)t- ZrO₂的陶瓷中，當(dāng)裂紋擴(kuò)展進(jìn)入含有t相晶粒的區(qū)域時(shí)，裂紋尖端周圍的部分t相將在裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)的作用下，發(fā)生t→m相變，形成一個(gè)相變過(guò)程區(qū)。在過(guò)程區(qū)內(nèi)，一方面，由于裂紋擴(kuò)展而產(chǎn)生新的裂紋表面，需要吸收一部分能量；另一方面，相變引起的體積膨脹效應(yīng)也要消耗能量；同時(shí)相變的晶粒由于體積膨脹而對(duì)裂紋產(chǎn)生壓應(yīng)力，阻礙裂紋擴(kuò)展。由此可見，應(yīng)力誘導(dǎo)的這種組織轉(zhuǎn)變消耗了外加應(yīng)力，降低了裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子，使得本可以繼續(xù)擴(kuò)展的裂紋因能量消耗造成驅(qū)動(dòng)力減弱而終止擴(kuò)展，從而提高了材料的斷裂韌性。相變發(fā)生后，若要使裂紋繼續(xù)擴(kuò)展，必須提高外加應(yīng)力水平。這樣隨應(yīng)力水平的不斷提高，裂紋會(huì)繼續(xù)向前擴(kuò)展。值得注意的是，在相變作用下，裂紋擴(kuò)展的阻力會(huì)越來(lái)越大，擴(kuò)展越來(lái)越困難。