基于解析模型的形核-長大型固態(tài)相變動力學(xué)研究.pdf

1、高性能金屬材料制備過程中，基于固態(tài)相變原理的熱處理技術(shù)是不可或缺的關(guān)鍵手段。隨著金屬材料制備技術(shù)的革新，其固態(tài)相變動力學(xué)行為已無法用傳統(tǒng)理論來描述。固態(tài)相變動力學(xué)過程直接影響材料的微觀組織和結(jié)構(gòu)，進(jìn)而決定其性質(zhì)和服役性能。因此，開展固態(tài)相變動力學(xué)研究不僅具有重要的科學(xué)意義，而且蘊(yùn)含著潛在的工程應(yīng)用前景。本文研究了兩種常見的金屬固態(tài)相變過程：非晶晶化和多晶型轉(zhuǎn)變。理論上，通過分析不同條件下影響固態(tài)相變動力學(xué)的因素，松弛傳統(tǒng)理論假設(shè)，提出一

2、般性動力學(xué)理論模型。實驗上，借助熱分析技術(shù)(DSC和DIL)獲得固態(tài)相變轉(zhuǎn)變動力學(xué)曲線，結(jié)合相分析和組織分析判斷轉(zhuǎn)變機(jī)制，最終實現(xiàn)對理論模型的驗證。主要結(jié)論如下：
　　1基于解析模型，提出了動力學(xué)分析新方法。從總的有效激活能表達(dá)式出發(fā)，提出獲取形核和生長激活能的線性回歸分析方法；從轉(zhuǎn)變分?jǐn)?shù)歸一化處理出發(fā)，得到判斷等溫模型迭代方法。據(jù)此獲得了多種非晶合金晶化過程的動力學(xué)參數(shù)。
　　2將一般形式溫度積分和初始溫度引入到解析模型中

3、，拓展了模型應(yīng)用范圍。根據(jù)激活能數(shù)值，選擇最優(yōu)溫度積分組合以保證模型精度；當(dāng)轉(zhuǎn)變初始溫度不可忽略時，模型仍精確預(yù)測出動力學(xué)參數(shù)和轉(zhuǎn)變分?jǐn)?shù)。該模型可成功描述Ti50Cu42Ni8非晶合金晶化動力學(xué)過程。
　　3拓展了解析模型中和積轉(zhuǎn)化概念，提出了同步及非同步多機(jī)制相變動力學(xué)模型。該模型可為諸多動力學(xué)現(xiàn)象提供合理解釋：消耗新相的子過程會導(dǎo)致有效生長指數(shù)逐漸降低；Avrami形核機(jī)制是由多個子過程疊加所致；無限多個非同步位置飽和子過程的

4、綜合作用與連續(xù)形核機(jī)制等效；異常的轉(zhuǎn)變速率及Avrami指數(shù)均源自于孕育期；等。根據(jù)非同步多機(jī)制相變模型，成功分析了Mg-Cu-Y和Zr-Cu-Al非晶合金晶化動力學(xué)行為。
　　4針對界面控制生長固態(tài)相變，提出了普適的擴(kuò)展解析模型。在獨(dú)立描述形核和生長動力學(xué)時引入熱力學(xué)因素，模型可用于描述近平衡和極端非平衡狀態(tài)下的相變過程。采用特殊的溫度積分處理，模型可同時適用于連續(xù)加熱和連續(xù)冷卻過程。利用熱膨脹儀定量表征了二元Fe基置換固溶體的

5、奧氏體/鐵素體非等溫相變動力學(xué)行為，擴(kuò)展解析模型可精確描述其全轉(zhuǎn)變動力學(xué)過程。
　　5從經(jīng)典速率方程出發(fā)，引入不同的熱力學(xué)驅(qū)動力，得到用于描述等溫和等時相變動力學(xué)過程的熱-動力學(xué)模型。該模型可預(yù)測完全等溫相變溫度區(qū)間，解釋等溫相變后期遲緩階段及非等溫相變中異常轉(zhuǎn)變等動力學(xué)行為?；谠撃Ｐ统晒Ψ治隽薋e-3Mn和Fe-2Co合金奧氏體/鐵素體相變動力學(xué)行為。
　　6基于脆性熔體Vogel-Fulcher-Tammann關(guān)系，將