2.1.6 组织粗化
在转变的后期，系统中新相的总量将逐步趋近于平衡相图所给定的数量，但这并不意味着转变的进程已经完结。大量核心的形成和长大使转变产物中存在大量界面，相当数量的自由能以界面能的形式存在。它们是组织粗化的主要驱动力。
2.1.6.1 弥散沉淀相的粗化——奥斯瓦尔德（Ostwald）熟化
在相界面为曲面的情况下，靠近相界面的母相中溶质原子的平衡浓度与曲线的曲率半径有关，可由下式表示：
（2-31）
式中，Cα（r）及Cα（∞）为β相颗粒半径为r和∞时溶质原子B在母相α中的溶解度；σ为界面能；VB为β相的摩尔体积。这一关系称为吉布斯-汤姆斯（Gibbs-Thomson）定律。可见，β相半径r越小，溶质原子在基体相中的溶解度越大。
设想在固态相变过程中，球形新相细小弥散，大小不等，且颗粒间的平均距离d远大于颗粒直径2r，如图2-19所示，在半径不同的两个β相附近的母相α中，B原子浓度呈现差异，即Cα（r1）＞Cα（r2）。在此浓度梯度的作用下，B原子将从小颗粒周围向大颗粒附近扩散，于是在两个相附近B原子浓度不再平衡。扩散的结果是小颗粒逐渐溶解，大颗粒不断吸收来自小颗粒的溶质原子而长大，同时颗粒之间的距离将增加，这种粗化称为奥斯瓦尔德（Ostwald）熟化。
图2-19 球形析出相长大示意图（大颗粒长大，小颗粒变小直至消失）
2.1.6.2 片状和纤维状组织的粗化
片状组织（例如珠光体）的相界面为平面。
由于界面状态与平面的任何微小的偏离都会导致界面面积的增大，所以片状组织是相当稳定的。但是片状组织的排列难免存在缺陷，它们往往成为片状组织粗化的发源地。图2-20为一个β相片层终止在周期排列的片状组织内部形成一个缺陷的示意图。片层终止处有条棱边，按照吉布斯-汤姆斯效应，在棱边附近母相α的B原子浓度高于其他区域。这种浓度梯度将导致如图2-20中箭头所示的B原子扩散流。结果将使中断的片层缩短，而附近的两个β片层加厚。
图2-20 一个β相片层终止在片状组织内部形成的缺陷（图中箭头表示溶质原子流动的方向）
片状组织的另一种粗化机制是球化。片状珠光体由渗碳体片和铁素体片组成。在渗碳体片中存在着的亚晶界处形成微观的沟槽，如图2-21所示。该沟槽处的曲率半径显然小于平面，将富集碳原子，从而在铁素体内产生碳的扩散。随着扩散的不断进行，沟槽将进一步加深，直至溶断，并逐步球化。
图2-21 渗碳体球化机理示意图
纤维状组织的粗化较多地表现为以下两种方式：一是二维奥斯瓦尔德熟化，即细纤维附近溶质原子向粗纤维附近扩散，细纤维不断变细，粗纤维不断变粗。二是瑞利（Reyleigh）失稳，它原指一根粗细均匀的圆柱形液体将破碎成一连串球形液滴。对于纤维状组织，局部区段上直径的某些微小涨落可以在保持纤维体积不变的条件下使界面面积减小，从而导致纤维断裂。图2-22示出纤维直径为d，长度为l的单根纤维的失稳情况。对于无限长的纤维，由于瑞利失稳纤维最终将变成一列圆球，球的直径和间距λ取决于界面能和扩散系数［图2-22（a）］。如果纤维很短，l/d＜7.2，那么它将逐步收缩为一个圆球［图2-22（b）］。对于l/d＞7.2的有限长纤维，失稳演变的最快途径将是依次在杆的端部形成一个一个圆球，并与纤维脱开［图2-22（c）］。如果纤维中存在晶界，或者在包围纤维的基体中存在与纤维相交的一组平行晶界，那么由于晶界扩散的帮助，纤维倾向于沿这些界面逐步断开，并逐段缩聚成球，类似片状珠光体的球化［图2-22（d）］。
图2-22 纤维状沉淀失稳变成一系列球形沉淀的不同机制