厚壁不锈钢管相变和相界的关系:非共格、完全共格、切变共格及半共格

在固体厚壁不锈钢管中,产生的b新相(或核心)和a母相点阵之间由于比容或者(以及)晶体结构的不同而产生的应变能及界面能的影响,可以出现下面几种关系。

(a)非共格    新相点阵和母相完全不同,或者新相是液体或气体,这样两相之间就有一界面,它的性质和大角度晶界相似。在理想情况下,新相(固态)的取向有一统计的分布,这种厚壁不锈钢管相变和经典的成核理论最接近。Al-Cu合金中沉淀出来的平衡相,从铝中析出的液态铅都属于这种类型.

    (b)完全共格     新相和母相的点阵结构和取向都相同。例如从NiCr-AI合金中沉淀出来的Ni3Al就属于这种类型.在此情况下,由于界面能趋近于零,所以厚壁不锈钢管没有相变经典理论所要求那样的成核过程.一个新相的晶胞便是一个核心,这核心通过负的相变自由能△F的推动而进行扩散式的成长,核心的成长率受扩散激活自由能的控制。过饱和固溶体(母相)的自由能随新相中原子数目的增加而成比例关系下降,

上面所述是一种理想的或者特殊的情况,一般说来,常常由于厚壁不锈钢管溶质和溶剂的原子尺寸不同,所形成的新相核心或脱溶区和母相之间虽然完全共格,但是也同时产生弹性畸变.后面(第十二章)将要讨论的Al-Cu不锈钢管的G.P.区(Gufnier-Preston zone)便是一个例子,并且,当新相质点长大之后,可以由于畸变过大而使共格破坏,变成半共格或者非共格.

(c)切变共格   通过厚壁不锈钢管母相的切变而产生的新相就常常有这样的界面.例如AI-Ag合金中的r过渡相(§12.3),从b黄铜中形成的a黄铜都属于这种类型,在这种界面上有切应力存在.新相和母相之间的位向关系不是任意的,它由厚壁不锈钢管可以发生切变的切变面和切变方向来决定,

    如果厚壁不锈钢管的相变自由能F相同,则在上面所述的(a)(b)(c)三种情况中,非共格的成核功最大,每个核心中的原子数目也最多;切变共格的成核功其次;完全共格的最小.

    (d)半共格    在界面上,两个相的原子排列不完全恰当地匹配,但是,错配由于得到不连续区域(例如位错)的周期性的校正,所以也不致在长距离范围内积累。马氏体厚壁不锈钢管界面便是一个例子(§11.7),这类界面叫半共格界面。实质上,此种界面是由两种结构组成的,一种是局部的,通过弹性畸变而保持共格的区域;另一种是把共格区域分隔开的错配区域(即不连续区域).界面沿垂直于它自身的方向迁移,扫过母相,因而新相就得以成长。厚壁不锈钢管要是被扫过的母相区域的所有原子都能保持在新相中,新相中也不增添新的原子,那么我们称这种界面的迁移为保守的运动;相反,如果在同一区域中,当厚壁钢管转变为新相之后,原子的数目比原来母相的多一些或者少一些,那么这种迁移就称为非保守的运动,有些半共格界面是通过热激活过程而运动的,另一些则是由于受到适当的推动力而运动的。后一种界面称为“可滑移”界面,可滑移界面的运动必定是保守的运动.图9.7(a)所表示的位错墙是“可滑移”界面的简单例子,它由一组平行的刃型位错构成,有着公共的柏格斯矢量,这矢量不躺在墙上(若是螺型位错则矢量平行于位错墙).因此,厚壁不锈钢管位错可以在两相一一对应的晶面上滑移,作保守的运动,在图9.7(b)中,柏格斯矢量在位错排所构成的界面上,并且不平行于位错线,当这种界面移动时,位错必须攀移.因此,这种界面的移动是通过热激活的,并且是非保守的运动,它要求原子不断地流到(或离开)界面区域.

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