1。1。3 存在的问题
Fe-Cr合金的相分解也受到很多因素的影响:弹性应力影响,合金因素,外磁场,热辐射,热力学等等。本次实验和研究目的是为了观察相分解和粗化的过程在某一确定因素下的影响,和研究多种因素的影响进行比较实验。总的来说就是,控制变量改变条件并观察结果的区别,并探究它产生的原因。
1。2 相变动力学理论
从动力学角度分析,浓度影响、压力影响和温度温度影响都会使得合金产生相变情况,而相变的标准和标志是它的变化程度是否到达临界点,如果到达临界点,母相就会产生分解变化:例如结构的突变;如液-固相变;成分的变化,如固溶体的调幅分解;或某种物理性质的突变:如顺磁体-铁磁体转变[9]。材料学中根据会将相变类型通过是否会发生形核的改变,来分为形核类型和非形核类型。
相变的条件必然是存在能量或成分或结构的涨落起伏过程,而这一过程主要分为两种情况:第一种是在小的区域内具有大范围起伏,由于能量变化,结构起伏和成分起伏这三种因素影响而产生,随机形成晶胞后形核并且进行长大,称之为非匀相转变;另一种是属于区域范围大的小的浓度起伏的状态,这种情况下主要包括调幅分解,并且是属于匀相转变范畴的。在对形核和长大规律有了比较充足了解后,我们将研究方向主要趋于调幅分解的探究。
1。2。1 经典理论
经典的动力学理论中,能量大小也会随着晶胚的变大而发生改变,且晶胚越大,自由能越大。当部分区域晶胚的半径大于临界半径时,此时其越过能垒,发生反应[10]。
我们设定调幅分解中析出相和母相之间产生界面并且这一界面在形核排列方式上以及能量分配上是有所不同的[11],我们这样假设的原因是这种近似研究的思想的优越性是不需对变量数目有太多描述。对于这种思想,由于区间温度可以使溶质扩散,因此当固溶体均匀急速的冷却至亚稳区时,就会形成i个原子微观系统[13]。颗粒内原子体积用 表示,那么 。
结合以上假设,我们将可以通过的表面能,体自由能,以及相变自由能来将体系的总自由能表示出来:
, 作为单位体积弹性自由能和化学自由能的总变化和,同时由于自由能下降,它将作为驱动力项,用 表示体系总的比界面能[12],该项会使自由能增加,是阻力项。同时发现当溶质涨落高于形核能垒时会成为临界晶核。
设 为临界晶核尺寸。体系总得化学自由能将会随着过饱和度减小或温度升高降低。由于经典性和理论目前是假设晶粒均匀分布并且相互之间没有作用,出于理想状态,晶粒与基体之间不曾存在相对运动,但是实际情况并非理想状态,形成晶粒的半径大小并不相同,形成晶粒的区域分布也并不均匀有规律。因此所使用的经典长大理论的形核阶段对于沉淀相的长大和粗化的研究结果与实际情况差距较大。
沉淀相粗化理论(LEW理论)[14],一般认为沉淀相粗化理论的概念表述是指在长期高温条件下工作的合金由于奥斯瓦尔德熟化机制和沉淀相合并这两种机制作用下使得合金组织粗化从而导致硬度降低的现象,奥斯瓦尔德熟化是指将两个半径不同晶粒视为小球,由于这两个小球之间存在浓度梯度,从而产生化学势梯度而导致小球向大球进行扩散,致使小球逐渐溶解到消失,沉淀相合并是指两个颗粒大小相差不大情况下,两个颗粒之间并没有完全合并而是联结在一起,无论是奥斯瓦尔德熟化机制还是沉淀相合并都是使得自由能降低的结果。