固态相变大多数为形核和生长方式，由于此过程是在固态中进行，原子扩散速率甚低，且因新、旧相的比体积不同，其形核和生长不仅有界面能，还需克服彼此间比体积差而产生的应变能，故固态相变往往不能达到平衡状态，而是通过非平衡转变形成亚稳相。

应用学科

物理化学

举例

马氏体

别称

介稳相

产生条件

机械合金化及塑性变形

简介

亚稳相是一种非平衡相，由于存在动力学上的障碍或阻力，使它在具有实际意义的时间尺度内成为“稳定”存在的相。这种现象存在于任何合金系，包括纯金属系。亚稳相可以是一个平衡相转变过程中的中间产物，例如一个高温稳定相可以通过淬火快冷到低温面不向低温平衡相转变，成为一个低温亚稳相。一个过饱和金属间化合物相在一定温度下析出第二相过程中可以首先析出某个亚稳相，而不是最终析出的平衡相。

如果能动力学地抑制这个亚稳相向平衡第二相转变，则它可以“稳定”存在于低温，成为低温亚稳相，一个平衡相也可以在一定外界条件下转变为一个亚稳相，例如增加压力可以移动相界线，使一个稳定相变为不稳定，如果动力学条件不具备，则就成为一个亚稳相。许多其他工艺过程也能产生亚稳相，例如机械合金化、辐照、化学互扩散（chemi-calinteifision）等都能产生亚稳相。只要可以通过某种外界过程增加合金相热力学系统的过剩焓或过剩自由能，如下图所示：

亚稳相(M)和平衡相(E)的自由能一原子排列渗量关系

使达到一定值（G），就具备形成亚稳相的能量条件，此外还必须在动力学上控制条件，使这种被注入过剩焓和过剩自由能的亚稳相不能得到恢复（在具有实际意义的时间尺度内恢复），就可以得到“稳定”的亚稳相。

金属间化合物

金属间化合物系统中最重要的亚稳相有：亚稳有序相、无序亚稳相和金属玻璃（金属非晶态）相。并非每个金属间化合物系都包含这三种亚稳相。如果-一个合金系有自由能曲线如下图所示。

液态和各种亚稳相自由能与温度关系

从液相冷却到T以下就可以析出省有序平衡相，如果这种转变动力学上被抑制，则液体可以维续冷却到T温度以下，此时有序亚稳相M就有可能析出，条件是M析出相与液相的界面能低于X析出相与液相之间的界面能，因此析出M相的阻力比析出X相的阻力小。由此作类似的外延过冷液态，就可以在T温度以下析出M'无序亚稳相，甚至在T以下析出非晶相。

金属玻璃相即金属非晶态相是一类新的亚稳相，特点是不存在晶体具有的原子长程有序排列特点。这是由过冷液态金属通过内部结构连续调整2级相变或连续变化型相变得到的内部自由能最小的结构状态，即在没有金属结晶条件下的内部自由能最小的结构状态。下图说明了这种情况。

液态、晶态、玻璃态的比热温度关系

线的斜率表示液态往往有随温度变化较大的比容（或比热）变化，而晶态和金属玻璃则相反。金属玻璃非晶态的结构状态随冷却速度不同而略有不同。这是由于其结构松弛程度受冷却速度的影响。在非晶态转变温度T处没有性能的突变，但是在T以下，非晶态结构状态被“冷冻"，即原子活动性已足够低以致任何过冷液态的结构调整已不能发生。金属玻璃态这种亚稳结构状态，并非一定要通过过冷液态得到，许多固态过程也可以使晶态转变为非晶态。

亚稳相生成热力学

在相变过程中，要从母相中产生新相，首先形成新相的核胚；固体结晶过程需要原子重排，形成新相的原子排列结构。这个过程需要高的能量，在没有足够的能量时，该过程相对进展缓慢，产生处于亚稳状态的亚稳相。对于体系无限小的变化，亚稳相是稳定的；但对于有限大的变动，亚稳相则是不稳定的。亚稳相的自由能对组成曲线必定位于稳定相的自由能对组成曲线之上。亚稳相在合金中普遍存在，而且在材料科学中具有重要的作用和地位。铁基合金热处理的依据是Fe-C相图，实际比是Fe-FeC的亚稳相平衡图。以材料的凝固过程为例，虽然自由能最低的相最为稳定，但系统中由于亚稳相的形成，会使体系的自由能下降，属自然发生的过程。因此，液态物质冷却过程中，只要在一个相的理论熔点以下，就会生成具有相对较高自由能的亚稳相，使体系的自由能下降，使凝固过程继续进行。