《固态相变理论》作业2

《固态相变理论》作业31．试述贝氏体转变的基本特征。

答：1）孕育期的预相变：在贝氏体孕育期内，母相发生成分的预分配和结构的预转变。

预相变期发生了原子的偏聚，形成贫碳区即为贝氏体相变的形核位置。

相变机制存在扩散和切变学派的争论。

2）贝氏体相变形核：贝氏体相变是非均匀形核，上贝氏体一般在奥氏体晶界处形核，而下贝氏体一般在奥氏体的晶内形核。

3）贝氏体的长大机制：存在三种观点1.马氏体型的贝氏体切变长大机制，这种学派认为，贝氏体长大与马氏体相似，以切变方式进行，但贝氏体长大的速度比马氏体慢的多。

判断依据是贝氏体的表面浮凸效应现象。

切变包括滑移切变和孪生切变。

2.扩散台阶长大机制，台阶机制可以为扩散长大所利用，也可以为切变长大利用。

3.扩散-切变复合长大模型，这种模型首要条件是界面位错必须是刃型位错或刃型分量为主导的。

因为只有刃型位错才能攀移，而螺位错是不能攀移的。

2．试述影响贝氏体性能的基本因素。

答：1）上贝氏体的形成中温转变，在350～550℃，组织为BF+Fe3C。

形态为羽毛状上贝氏体的转变速度受碳在奥氏体中的扩散所控制。

2）下贝氏体的形成低温转变，小于350℃。

BF大多在奥氏体晶粒内通过共格切变方式形成，形态为透镜片状。

由于温度低，BF中的碳的过饱和度很大。

同时，碳原子已不能越过BF/A相界扩散到奥氏体中去，所以就在BF内部析出细小的碳化物。

同样，下贝氏体的转变速度受碳在铁素体中的扩散所控制。

3）碳含量及合金元素的影响奥氏体中的碳含量的增加，转变时需要扩散的原子数量增加，转变速度下降。

除了铝和钴外，合金元素都或多或少地降低贝氏体转变速度，同时也使贝氏体转变温度范围下降，从而使珠光体与贝氏体转变的C曲线分开。

4）奥氏体晶粒度大小的影响奥氏体晶粒度越大，晶界面积越少，形核部位越少，孕育越长，贝氏体转变速度下降。

5) 应力和塑性变形的影响拉应力加快贝氏体转变。

在较高温度的形变使贝氏体转变速度减慢；而在较低温度的形变使得转变速度加快。

相变理论试题及答案一、单项选择题（每题2分，共10分）1. 物质从固态直接变为气态的过程称为：A. 蒸发B. 升华C. 凝固D. 液化答案：B2. 下列哪种物质在常温下为气态？A. 水B. 铁C. 氧气D. 铜答案：C3. 物质从液态变为固态的过程称为：A. 蒸发B. 凝固C. 沸腾D. 升华答案：B4. 物质从气态直接变为固态的过程称为：A. 蒸发B. 升华C. 凝固答案：B5. 物质从固态变为液态的过程称为：A. 蒸发B. 熔化C. 沸腾D. 升华答案：B二、填空题（每空1分，共10分）1. 物质从液态变为气态的过程称为________。

答案：蒸发2. 物质从固态变为液态的过程称为________。

答案：熔化3. 物质从气态变为液态的过程称为________。

答案：液化4. 物质从液态变为固态的过程称为________。

答案：凝固5. 物质从固态直接变为气态的过程称为________。

答案：升华三、简答题（每题5分，共20分）1. 请简述相变过程中的潜热是什么？答案：潜热是指在相变过程中，物质吸收或释放的热量，而温度保持2. 为什么水在0℃时会结冰？答案：水在0℃时结冰是因为在这个温度下，水分子的运动能量不足以抵抗分子间的吸引力，导致水分子排列成固态结构。

3. 请解释为什么在高压下，水的沸点会升高？答案：在高压下，水的沸点升高是因为压力的增加使得水分子间的距离减小，需要更多的能量才能使水分子从液态变为气态。

4. 为什么干冰（固态二氧化碳）在室温下会直接升华？答案：干冰在室温下直接升华是因为固态二氧化碳的分子间作用力较弱，且其升华点低于室温，使得干冰分子在室温下就能获得足够的能量直接从固态变为气态。

四、计算题（每题10分，共20分）1. 假设有1千克的水从0℃加热到100℃，然后完全蒸发。

已知水的比热容为4.18 J/(g·℃)，汽化热为40.7 kJ/mol，水的摩尔质量为18 g/mol。

固态相变原理考试试题一、(20分)1、试对固态相变地相变阻力进行分析固态相变阻力包括界面能和应变能,这是由于发生相变时形成新界面,比容不同都需要消耗能量.（1）界面能：是指形成单位面积地界面时,系统地赫姆霍茨自由能地变化值.与大小和化学键地数目、强度有关.共格界面地化学键数目、强度没有发生大地变化,最小；半共格界面产生错配位错,化学键发生变化,次之；非共格界面化学键破坏最厉害,最大.（2）应变能①错配度引起地应变能（共格应变能）：共格界面由错配度引起地应变能最大,半共格界面次之,非共格界面最小.②比容差引起地应变能（体积应变能）：和新相地形状有关,,球状由于比容差引起地应变能最大,针状次之,片状最小.2、分析晶体缺陷对固态相变中新相形核地作用固相中存在各种晶体缺陷,如空位、位错、层错、晶界等,如果在晶体缺陷处形核,随着核地形成,缺陷将消失,缺陷地能量将给出一供形核需要,使临界形核功下降,故缺陷促进形核.（1）空位：过饱和空位聚集,崩塌形成位错,能量释放而促进形核,空位有利于扩散,有利于形核.（2）位错：①形成新相,位错线消失,会释放能量,促进形核②位错线不消失,依附在界面上,变成半共格界面,减少应变能.③位错线附近溶质原子易偏聚,形成浓度起伏,利于形核.④位错是快速扩散地通道.⑤位错分解为不全位错和层错,有利于形核.Aaromon总结：刃型位错比螺型位错更利于形核；较大柏氏矢量地位错更容易形核；位错可缠绕,割阶处形核；单独位错比亚晶界上位错易于形核；位错影响形核,易在某些惯习面上形成.（3）晶界：晶界上易形核,减小晶界面积,降低形核界面能二、(20分)已知调幅分解1、试分析发生调幅分解地条件只有当R（λ）＞0,振幅才能随时间地增长而增加,即发生调幅分解,要使R（λ）＞0,得且. 令R（λ）=0得λc—临界波长,则λ＜λc时,偏聚团间距小,梯度项很大,R（λ）＞0,不能发生；λ＞λc时,随着波长增加,下降,易满足,可忽略梯度项,调幅分解能发生.2、说明调幅分解地化学拐点和共格拐点,并画出化学拐点、共格拐点和平衡成分点在温度——成分坐标中地变化轨迹化学拐点：当G”=0时.即为调幅分解地化学拐点；共格拐点：当G”+2η2Y=0时为共格拐点,与化学拐点相比共格拐点地浓度范围变窄了,温度范围也降低了.3、请说明调幅分解与形核长大型相变地区别调幅分解与形核长大型相变地区别调幅分解形核长大型变形成分连续变化,最后达到平衡始终保持平衡,不随时间变化相界面开始无明显相界面,最后才变明显始终都有明显地相界面组织形态两相大小分布规则,组织均匀,不呈球状大小不一,分布混乱,常呈球状,组织均匀性差结构结构与母相一致,成分与母相不同结构、成分均不同三、(20分)1、阐明建立马氏体相变晶体学表象理论地实验基础和基本原理（1）实验基础1 / 32 /3 ① 在宏观范围内,惯习面是不应变面（不转变、不畸变）；② 在宏观范围内,马氏体中地形状变形是一个不变平面应变；③ 惯习面位向有一定地分散度（指不同片、不同成分地马氏体）；④在微观范围内,马氏体地变形不均匀,内部结构不均匀,有亚结构存在（片状马氏体为孪晶,板条马氏体为位错）.（2）基本原理在实验基础上,提出了马氏体晶体学表象理论,指出马氏体相变时所发生地整个宏观应变应是下面三种应变地综合：① 发生点阵应变（Bain 应变）,形成马氏体新相地点阵结构.但是Bain 应变不存在不变平面,不变长度地矢量是在圆锥上,所以要进行点阵不变切变.② 简单切边,点阵不变非均匀切变,在马氏体内发生微区域变形,不改变点阵类型,只改变形状,通过滑移、孪生形成无畸变面.③ 刚体转动,①②得到地无畸变地平面转回到原来地位置去,得到不畸变、不转动地平面.用W-R-L 理论来表示：P 1=RPB,P 1为不变平面应变地形状变形,B 为Bain 应变、用主轴应变来表示,R 为刚体转动、可以用矩阵来表示,P 为简单应变.2、阐明马氏体相变热力学地基本设想和表达式地意义答：基本设想：马氏体相变先在奥氏体中形成同成分地体心核胚,然后体心核胚再转变为马氏体M.所以马氏体相变自由能表达式为：M M G G G γγαα→→→∆=∆+∆,式中：① M G γ→∆表示奥氏体转变为马氏体地自由能差.,此时温度为Ms 温度.② G γα→∆表示母相中形成同成分地体心核胚时地自由能变化,定义为T 0温度γ与α地平衡温度,,为T<T 0时,产生核胚地温度.③ M G α→∆表示体心核胚转变为马氏体M 而引起地自由能变化.消耗于以下几个方面：切变能（进行不变平面切变、改变晶体结构和形状地能量）；协作形变能（周围地奥氏体产生形变地能量）；膨胀应变能（由于比容变化而致）；存储能（形成位错地应变能、形成孪晶地界面能）；其他（表面能、缺陷能、能量场地影响等）.四、(20分)1、试解释沉淀相粒子地粗化机理由Gibbs-Thompson 定理知,在半径为r 地沉淀相周围界面处母相成分表达式： 2()()(1)m V C r C RTr αασ=∞-当沉淀相越小,其中每个原子分到地界面能越多,因此化学势越高,与它处于平衡地母相中地溶质原子浓度越高. 即：C （r 2）> C(r 1) .由此可见在大粒子r 1和小粒子r 2之间地基体中存在浓度梯度,因此必然有一个扩散流,在浓度梯度地作用下,大粒子通过吸收基体中地溶质而不断长大,小粒子则要不断溶解、收缩,放出溶质原子来维持这个扩散流.所以出现了大粒子长大、小粒子溶解地现象. 需要画图辅助说明！2、根据沉淀相粒子粗化公式：,分析粒子地生长规律（奥斯瓦尔德熟化）①当时,r=r ,rt ∂∂=0粒子不长大；②当时,r <r ,rt ∂∂<0小粒子溶解；③当时,r>r ,rt ∂∂>0粒子长大；④当时,r=2r ,rt ∂∂最大,长大最快；⑤长大过程中,小粒子溶解,大粒子长大,粒子总数减小,r 增加,更容易满足②,小粒子溶解更快；⑥温度T 升高,扩散系数D 增大,使rt ∂∂增大.所以当温度升高,大粒子长大更快, 小粒子溶解更快.五、(20分)已知新相地长大速度为：1、 试分析过冷度对长大速度地影响过冷度很小,∆gv 很小,∆gv 随过冷度地增加而增加,∆gv 越小长大速率越大,表明：长大速度u 与过冷度或者成正比,也就是当T 下降,过冷度增大,上升,长大速度u 增大.（1） 过冷度很很大,∆gv/kT 很大,exp(-∆gv/kT)→0,此时,温度越高长大速率越大,2、 求生长激活能过冷度很大时,exp(-∆gv/kT)→0,公式转化为0e x p ()Q kT μλν=-3 / 3 两边取对数,0exp()Q kT μλν=-则(ln )(1/)d Q K d T μ=-则为单个原子地扩散激活能,再乘以阿伏加德罗常数N 0,得生长激活能.。

固态相变试卷姓名 学号一、选择题(单项选择) 每题2分，共30分1、在钢中加入的合金元素中A) 铁素体稳定化元素不能提高淬透性，因为它提高共析转变温度；B) 奥氏体稳定化元素不能提高淬透性，因为相变时碳不重新分配；C) 只有碳化物形成元素能提高淬透性；D) 上述三种元素均能提高钢的淬透性。

2、对于存在无序－有序转变的合金中，若反向畴界越多，则：A) 系统的自由能G 越高； B) 系统发生无序－有序转变时的∆H 变化越大；C) 系统的自由能G 越小； D) 系统发生无序－有序转变时的∆H 变化越小。

3、属于均匀形核的相变过程有：A) GP 区沉淀； B) 马氏体相变；C) 块状转变； D) 无序有序转变。

4、位错在马氏体相变中的作用是：A) 提高形核驱动力； B) 降低形核势垒；C) 减少马氏体/奥氏体界面能； D) 降低应变能。

5、化学调幅和共格调幅相比：A) 化学调幅要求的过冷度大，成分范围宽；B) 共格调幅要求的过冷度大，成分范围宽 ；C) 共格调幅要求的过冷度大，成分范围窄；D) 化学调幅要求的过冷度大，成分范围窄。

6、在fcc 晶体中，hcp 沉淀容易在层错上形核是因为：A) 层错形核的|∆Gd|大； B) 层错形核的|∆Gv|大；C) 层错形核的|∆Gs|小； D) 层错形核的γ(界面能)小。

7、在A,B 两组元组成的置换固溶体中，若r a >r b ，两组元的热力学因子F A 1+⎧⎨⎩⎫⎬⎭d d X A A ln ln γ和F B 1+⎧⎨⎩⎫⎬⎭d d X B B ln ln γ之间的关系是：A) F A >F B B) F A <F B C) F A =F B D) 无确定的数量关系8、晶界作为高扩散率通道的作用和A) 温度有关，温度越高晶界作用越明显B) 温度有关，温度越高晶界作用越不明显C) 溶质浓度有关，浓度越高晶界作用越明显D) 溶质浓度有关，浓度越高晶界作用越不明显9、小角度扭转晶界和倾转晶界的区别是A) 倾转晶界的转动轴和晶面垂直，扭转晶界转动轴和晶面平行B) 倾转晶界由两组螺位错交叉组成，扭转晶界由一组刃位错组成C) 倾转晶界由混合位错组成，扭转晶界由一组刃位错组成D) 倾转晶界由一组平行刃位错组成，扭转晶界由一组交错的螺位错组成10、滑动界面和非滑动界面的主要区别是A) 滑动界面两侧两相结构相同，非滑动界面两侧两相结构不同B) 滑动界面两侧两相成分相同，滑动界面两侧两相成分不同C) 滑动界面上位错可沿界面运动，非滑动界面上位错不可沿界面运动D) 滑动界面一侧的位错可沿和界面相交的滑移面运动至界面另一侧，而非滑动界面上的位错只能沿界面运动11、若以界面迁移将相变分类，则A) 马氏体相变是扩散控制长大B) 珠光体转变是界面控制长大C) 有序化转变是扩散控制长大D) 块状转变(massive)是界面控制长大12、形核驱动力和相变驱动力之间的关系是A) 形核驱动力大于相变驱动力B)形核驱动力小于相变驱动力C) 均匀形核驱动力小于相变驱动力，非均匀形核驱动力大于相变驱动力D) 均匀形核驱动力大于相变驱动力，非均匀形核驱动力小于相变驱动力13、属于均匀形核的相变过程有A) GP区沉淀B) 马氏体相变C) 块状转变D) 无序有序转变14、某一成分的合金，在高温时平衡组织是单一β相，室温平衡组织是单一α相，设在冷却过程中α从β中脱溶的驱动力为∆G p，发生块状沉淀的驱动力是∆G m1发生马氏体转变的驱动力是∆G m2，则这三者之间的关系是A) ∆G p <∆G m2 <∆G m1 B) ∆G p <∆G m1 <∆G m2C) ∆G m1 <∆G m2 <∆G p D) ∆G m2 <∆G p <∆G m115、B ain模型（未经修正）解决了马氏体相变过程中A）点阵的改组B）相变过程中发生的切变C）相变的孪晶机制D) 碳原子在马氏体晶格中的位置二、以下的问答题中任选6－7题（选满70分）1、什么是Kerkendall效应？它说明了置换合金扩散时发生的什么现象？为什么有这种现象发生（可以用图解说明）？若用高碳钢和工业纯铁组成一对扩散偶，是否会发生Kerkendall 效应？为什么？（15分）2、界面控制长大和扩散控制长大有何区别？脱溶沉淀相变是否一定属于扩散控制长大？为什么？块状相变属于哪种类型长大？为什么？（10分）3、说明为什么面心立方晶体中，在一组密排面的每一个面上都有一个Shockley不完全位错扫过，就可能形成原晶体的孪晶？（10分）3、什么是调幅分解，它与共析分解和胞状沉淀有和异同？调幅分解时，系统的自由能变化受哪些因素的影响？为什么调幅波波长λ有极小值？推导λ的极小值的表达式。

固态相变原理考试试题一、(20分)1、试对固态相变地相变阻力进行分析固态相变阻力包括界面能和应变能,这是由于发生相变时形成新界面,比容不同都需要消耗能量.（1）界面能：是指形成单位面积地界面时,系统地赫姆霍茨自由能地变化值.与大小和化学键地数目、强度有关.共格界面地化学键数目、强度没有发生大地变化,最小；半共格界面产生错配位错,化学键发生变化,次之；非共格界面化学键破坏最厉害,最大.（2）应变能①错配度引起地应变能（共格应变能）：共格界面由错配度引起地应变能最大,半共格界面次之,非共格界面最小.②比容差引起地应变能（体积应变能）：和新相地形状有关,,球状由于比容差引起地应变能最大,针状次之,片状最小.2、分析晶体缺陷对固态相变中新相形核地作用固相中存在各种晶体缺陷,如空位、位错、层错、晶界等,如果在晶体缺陷处形核,随着核地形成,缺陷将消失,缺陷地能量将给出一供形核需要,使临界形核功下降,故缺陷促进形核.（1）空位：过饱和空位聚集,崩塌形成位错,能量释放而促进形核,空位有利于扩散,有利于形核.（2）位错：①形成新相,位错线消失,会释放能量,促进形核②位错线不消失,依附在界面上,变成半共格界面,减少应变能.③位错线附近溶质原子易偏聚,形成浓度起伏,利于形核.④位错是快速扩散地通道.⑤位错分解为不全位错和层错,有利于形核.Aaromon总结：刃型位错比螺型位错更利于形核；较大柏氏矢量地位错更容易形核；位错可缠绕,割阶处形核；单独位错比亚晶界上位错易于形核；位错影响形核,易在某些惯习面上形成.（3）晶界：晶界上易形核,减小晶界面积,降低形核界面能二、(20分)已知调幅分解1、试分析发生调幅分解地条件只有当R（λ）＞0,振幅才能随时间地增长而增加,即发生调幅分解,要使R（λ）＞0,得且. 令R（λ）=0得λc—临界波长,则λ＜λc时,偏聚团间距小,梯度项很大,R（λ）＞0,不能发生；λ＞λc时,随着波长增加,下降,易满足,可忽略梯度项,调幅分解能发生.2、说明调幅分解地化学拐点和共格拐点,并画出化学拐点、共格拐点和平衡成分点在温度——成分坐标中地变化轨迹化学拐点：当G”=0时.即为调幅分解地化学拐点；共格拐点：当G”+2η2Y=0时为共格拐点,与化学拐点相比共格拐点地浓度范围变窄了,温度范围也降低了.3、请说明调幅分解与形核长大型相变地区别1、阐明建立马氏体相变晶体学表象理论地实验基础和基本原理（1）实验基础1 / 32 /3 ① 在宏观范围内,惯习面是不应变面（不转变、不畸变）；② 在宏观范围内,马氏体中地形状变形是一个不变平面应变；③ 惯习面位向有一定地分散度（指不同片、不同成分地马氏体）；④ 在微观范围内,马氏体地变形不均匀,内部结构不均匀,有亚结构存在（片状马氏体为孪晶,板条马氏体为位错）.（2）基本原理在实验基础上,提出了马氏体晶体学表象理论,指出马氏体相变时所发生地整个宏观应变应是下面三种应变地综合：① 发生点阵应变（Bain 应变）,形成马氏体新相地点阵结构.但是Bain 应变不存在不变平面,不变长度地矢量是在圆锥上,所以要进行点阵不变切变.② 简单切边,点阵不变非均匀切变,在马氏体内发生微区域变形,不改变点阵类型,只改变形状,通过滑移、孪生形成无畸变面.③ 刚体转动,①②得到地无畸变地平面转回到原来地位置去,得到不畸变、不转动地平面.用W-R-L 理论来表示：P 1=RPB,P 1为不变平面应变地形状变形,B 为Bain 应变、用主轴应变来表示,R 为刚体转动、可以用矩阵来表示,P 为简单应变.2、阐明马氏体相变热力学地基本设想和表达式地意义答：基本设想：马氏体相变先在奥氏体中形成同成分地体心核胚,然后体心核胚再转变为马氏体M.所以马氏体相变自由能表达式为：M M G G G γγαα→→→∆=∆+∆,式中：① M G γ→∆表示奥氏体转变为马氏体地自由能差.,此时温度为Ms 温度.② G γα→∆表示母相中形成同成分地体心核胚时地自由能变化,定义为T 0温度γ与α地平衡温度,,为T<T 0时,产生核胚地温度.③ MG α→∆表示体心核胚转变为马氏体M 而引起地自由能变化.消耗于以下几个方面：切变能（进行不变平面切变、改变晶体结构和形状地能量）；协作形变能（周围地奥氏体产生形变地能量）；膨胀应变能（由于比容变化而致）；存储能（形成位错地应变能、形成孪晶地界面能）；其他（表面能、缺陷能、能量场地影响等）.四、(20分)1、试解释沉淀相粒子地粗化机理由Gibbs-Thompson 定理知,在半径为r 地沉淀相周围界面处母相成分表达式： 2()()(1)m V C r C RTr αασ=∞-当沉淀相越小,其中每个原子分到地界面能越多,因此化学势越高,与它处于平衡地母相中地溶质原子浓度越高. 即：C （r 2）> C(r 1) .由此可见在大粒子r 1和小粒子r 2之间地基体中存在浓度梯度,因此必然有一个扩散流,在浓度梯度地作用下,大粒子通过吸收基体中地溶质而不断长大,小粒子则要不断溶解、收缩,放出溶质原子来维持这个扩散流.所以出现了大粒子长大、小粒子溶解地现象. 需要画图辅助说明！2、根据沉淀相粒子粗化公式：,分析粒子地生长规律（奥斯瓦尔德熟化）①当时,r=r ,rt ∂∂=0粒子不长大；②当时,r <r ,r t ∂∂<0小粒子溶解；③当时,r>r ,r t ∂∂>0粒子长大；④当时,r=2r ,r t ∂∂最大,长大最快；⑤长大过程中,小粒子溶解,大粒子长大,粒子总数减小,r 增加,更容易满足②,小粒子溶解更快；⑥温度T 升高,扩散系数D 增大,使rt ∂∂增大.所以当温度升高,大粒子长大更快, 小粒子溶解更快.五、(20分)已知新相地长大速度为：1、 试分析过冷度对长大速度地影响过冷度很小,∆gv 很小,∆gv 随过冷度地增加而增加,∆gv 越小长大速率越大,表明：长大速度u 与过冷度或者成正比,也就是当T 下降,过冷度增大,上升,长大速度u 增大.（1） 过冷度很很大,∆gv/kT 很大,exp(-∆gv/kT)→0,此时,温度越高长大速率越大,2、 求生长激活能过冷度很大时,exp(-∆gv/kT)→0,公式转化为0exp()Q kT μλν=-3 / 3 两边取对数,0exp()Q kT μλν=-则(ln )(1/)d Q K d T μ=-则为单个原子地扩散激活能,再乘以阿伏加德罗常数N 0,得生长激活能.。

固态相变原理测验试题+答案--————--———-——---————-——-————--— 作者： —————————————-——-—-——-—-——-—--—— 日期：固态相变原理考试试题一、（20 分) 1、试对固态相变的相变阻力进行分析 固态相变阻力包括界面能和应变能，这是由于发生相变时形成新界面,比容不同都需要消耗能量。

界面能 ：是指形成单位面积的界面时，系统的赫姆霍茨自由能的变化值。

与大小和化学键的数目、强度有关。

为表面张力，为偏摩尔自由能， 为由于界面面积改变而引起的晶粒内部自由能变化 （1） 共格界面的化学键数目、强度没有发生大的变化，σ最小;半共格界面产生错配位错，化学键发生变化，σ次之；非共格界面化学键破坏最厉害，σ最大. （2） 应变能 ① 错配度引起的应变能（共格应变能）：共格界面由错配度引起的应变能最大，半共格界面次之，非共格界面最小。

② 比容差引起的应变能(体积应变能）：和新相的形状有关,,球状由于比容差引起的应变能最大，针状次之，片状最小。

2、分析晶体缺陷对固态相变中新相形核的作用固相中存在各种晶体缺陷，如空位、位错、层错、晶界等,如果在晶体缺陷处形核，随着核的形成，缺陷将消失，缺陷的能量将给出一供形核需要,使临界形核功下降，故缺陷促进形核。

（1） 空位:过饱和空位聚集，崩塌形成位错,能量释放而促进形核,空位有利于扩散，有利于形核。

（2） 位错：①形成新相，位错线消失，会释放能量,促进形核②位错线不消失，依附在界面上，变成半共格界面，减少应变能。

③位错线附近溶质原子易偏聚,形成浓度起伏，利于形核。

④位错是快速扩散的通道.⑤位错分解为不全位错和层错，有利于形核。

Aaromon 总结：刃型位错比螺型位错更利于形核;较大柏氏矢量的位错更容易形核;位错可缠绕,割阶处形核；单独位错比亚晶界上位错易于形核；位错影响形核,易在某些惯习面上形成.（3)晶界：晶界上易形核，减小晶界面积,降低形核界面能二、（20 分） 已知调幅分解浓度波动方程为:1、试分析发生调幅分解的条件，其中:只有当 R（λ）＞0，振幅才能随时间的增长而增加，即发生调幅分解，要使 R（λ)＞0，得 G”＜0 且｜ G”｜＞2η2Y+8π2k/λ2 令 R(λ）=0 得 λc—临界波长，则 λ＜λc 时，偏聚团间距小，梯度项 8π2k/λ2 很大，R（λ）＞0，不能发生；λ＞λc 时,随着波长增加，8π2k/λ2 下降,易满足| G”| ＞2η2Y+8π2k/λ2，可忽略梯度项，调幅分解能发生。

固态相变课程复习思考题2012-5-171.说明金属固态相变的主要分类及其形式2.说明金属固态相变的主要特点3.说明金属固态相变的热力学条件与作用4.说明金属固态相变的晶核长大条件和机制5.说明奥氏体的组织特征和性能6.说明奥氏体的形成机制7.简要说明珠光体的组织特征8.简要说明珠光体的转变体制9.简要说明珠光体转变产物的机械性能10.简要说明马氏体相变的主要特点11.简要说明马氏体相变的形核理论和切边模型12.说明马氏体的机械性能，例如硬度、强度和韧性13.简要说明贝氏体的基本特征和组织形态14.说明恩金贝氏体相变假说15.说明钢中贝氏体的机械性能16.说明钢中贝氏体的组织形态17.分析合金脱溶过程和脱溶物的结构18.分析合金脱溶后的显微组织19.说明合金脱溶时效的性能变化20.说明合金的调幅分解的结构、组织和性能21.试计算碳含量为2.11%（质量分数）奥氏体中，平均几个晶胞有一个碳原子？22.影响珠光体片间距的因素有哪些？23.试述影响珠光体转变力学的因素。

24.试述珠光体转变为什么不能存在领先相25.过冷奥氏体在什么条件下形成片状珠光体，什么条件下形成粒状珠光体26.试述马氏体相变的主要特征及马氏体相变的判据27.试述贝氏体转变与马氏体相变的异同点28.试述贝氏体转变的动力学特点29.试述贝氏体的形核特点30.熟悉如下概念：时效、脱溶、连续脱溶、不连续脱溶。

31.试述Al-Cu合金的时效过程，写出析出贯序32.试述脱溶过程出现过渡相的原因33.掌握如下基本概念：固态相变、平衡转变、共析相变、平衡脱溶、扩散性相变、无扩散型相变、均匀形核、形核率1.说明金属固态相变的主要分类及其形式？（1）按热力学分类：①一级相变②二级相变（2）按平衡状态图分类：①平衡相变㈠同素异构转变和多形性转变㈡平衡脱溶沉淀㈢共析相变㈣调幅分解㈤有序化转变②非平衡相变㈠伪共析相变。

㈡马氏体相变。

㈢贝氏体相变。

㈣非平衡脱溶沉淀。

固态相变原理考试试题一、(20分)1、试对固态相变的相变阻力进行分析固态相变阻力包括界面能和应变能，这是由于发生相变时形成新界面，比容不同都需要消耗能量。

界面能：是指形成单位面积的界面时，系统的赫姆霍茨自由能的变化值。

与大小和化学键的数目、强度有关。

为外表张力，为偏摩尔自由能，为由于界面面积改变而引起的晶粒内部自由能变化（1）共格界面的化学键数目、强度没有发生大的变化，σ最小；半共格界面产生错配位错，化学键发生变化，σ次之；非共格界面化学键破坏最厉害，σ最大。

（2）应变能①错配度引起的应变能〔共格应变能〕：共格界面由错配度引起的应变能最大，半共格界面次之，非共格界面最小。

②比容差引起的应变能〔体积应变能〕：和新相的形状有关，,球状由于比容差引起的应变能最大，针状次之，片状最小。

2、分析晶体缺陷对固态相变中新相形核的作用固相中存在各种晶体缺陷，如空位、位错、层错、晶界等，如果在晶体缺陷处形核，随着核的形成，缺陷将消失，缺陷的能量将给出一供形核需要，使临界形核功下降，故缺陷促进形核。

（1）空位：过饱和空位聚集，崩塌形成位错，能量释放而促进形核，空位有利于扩散，有利于形核。

（2）位错：①形成新相，位错线消失，会释放能量，促进形核②位错线不消失，依附在界面上，变成半共格界面，减少应变能。

③位错线附近溶质原子易偏聚，形成浓度起伏，利于形核。

④位错是快速扩散的通道。

⑤位错分解为不全位错和层错，有利于形核。

Aaromon总结：刃型位错比螺型位错更利于形核；较大柏氏矢量的位错更容易形核；位错可缠绕，割阶处形核；单独位错比亚晶界上位错易于形核；位错影响形核，易在某些惯习面上形成。

〔3〕晶界：晶界上易形核，减小晶界面积，降低形核界面能二、(20分)已知调幅分解浓度波动方程为：，其中：1、试分析发生调幅分解的条件只有当R〔λ〕＞0，振幅才能随时间的增长而增加，即发生调幅分解，要使R〔λ〕＞0，得G”＜0且| G”|＞2η2Y+8π2k/λ2令R〔λ〕=0得λc—临界波长，则λ＜λc时，偏聚团间距小，梯度项8π2k/λ2很大，R〔λ〕＞0，不能发生；λ＞λc时，随着波长增加，8π2k/λ2下降，易满足| G”|＞2η2Y+8π2k/λ2，可忽略梯度项，调幅分解能发生。

固态相变习题学习资料固态相变习题第一章自测题试卷1、固态相变是固态金属（包括金属与合金）在（）和（）改变时，（）的变化。

2、相的定义为（）。

3、新相与母相界面原子排列方式有三种类型，分别为（）、（）、（），其中（）界面能最低，（）应变能最低。

4、固态相变的阻力为（）及（）。

5、平衡相变分为（）、（）、（）、（）、（）。

6、非平衡相变分为（）、（）、（）、（）、（）。

7、固态相变的分类，按热力学分类：（）、（）；按原子迁动方式不同分类：（）、（）；按生长方式分类（）、（）。

8、在体积相同时，新相呈（）体积应变能最小。

A．碟状（盘片状） B.针状 C.球状9、简述固态相变的非均匀形核。

10、简述固态相变的基本特点。

第二章自测题试卷1、分析物相类型的手段有（）、（）、（）。

2、组织观测手段有（）、（）、（）。

3、相变过程的研究方法包括（）、（）、（）。

4、阿贝成像原理为（）。

5、物相分析的共同原理为（）。

6、扫描电镜的工作原理简单概括为：（）。

7、透射电子显微镜的衬度像分为（）、（）、（）。

第三章自测题试卷1. 根据扩散观点，奥氏体晶核的形成必须依靠系统内的（）：A.能量起伏、浓度起伏、结构起伏B. 相起伏、浓度起伏、结构起伏C.能量起伏、价键起伏、相起伏D. 浓度起伏、价键起伏、结构起伏2. 奥氏体所具有的性能包括：（）A.高强度、顺磁性、密度高、导热性差；B.高塑性、顺磁性、密度高、导热性差；C.较好热强性、高塑性、顺磁性、线膨胀系数大；D.较好热强性、高塑性、铁磁性、线膨胀系数大。

3. 影响奥氏体转变的影响因素包括（）、（）、（）、（）。

4．控制奥氏体晶粒大小的措施有：（），（），（），（）。

5．奥氏体是Fe-C合金中的一种重要的相，一般是指（），碳原子位于（）。

6. 绘图说明共析钢奥氏体的形成过程。

7. 奥氏体易于在铁素体和渗碳体的相界面处成核的原因是什么？8. 简述连续加热时奥氏体转变的特点。

金属固态相变习题第一章习题(1) 奥氏体是碳溶解在__________中的间隙固溶体.(a)γ-Fe (b)α-Fe (c)Fe (d)立方晶系(2) 奥氏体形成的热力学条件为奥氏体的自由能______珠光体的自由能.（a）小于（b）等于（c）大于（d）小于等于(3) 奥氏体的形核位置为F/Fe3C界面, 珠光体团交界处及________交界处.（a）F/F （b）Fe3C/F （c）Fe3C/Fe3C （d）先共析F/珠光体团形核位置是靠碳的浓度起伏及界面处的能量起伏来完成的，所以要在有浓度起伏的地方形核。

而答案（B）与陈述中的一回事，所以选取（D）。

(4) 奥氏体核的长大是依靠____的扩散, 奥氏体(A)两侧界面向铁素体(F)及渗碳体(C)推移来进行的.（a）铁原子（b）碳原子（c）铁碳原子（d）溶质原子(5) 由铁碳相图可知, CA-F ____CA-C, 碳原子向F一侧扩散, 有利于A的长大.(a) < (b) > (c) ≤ (d) =(6) 渗碳体转变结束后, 奥氏体中碳浓度不均匀, 要继续保温通过碳扩散可以使奥氏体____.(a) 长大 (b) 转变 (c) 均匀化 (d) 溶解(7) 碳钢奥氏体的形核与形核功____的扩散激活能有关.(a) 碳 (b) 铁 (c) 溶质原子 (d) 溶剂原子(8) 奥氏体的长大速度随温度升高而____.(a) 减小 (b) 不变 (c) 增大 (d) 无规律(9) 影响奥氏体转变速度的因素为____(a)温度 (b)原始组织转变 (c)奥氏体晶粒度 (d)温度及原始组织粒度.(10) 亚共析钢在AC3下加热后的转变产物为___.(a) F (b) A (c) F+A (d) P+F(11) 过共析钢在ACm下加热后的转变产物为____.(a) Fe3C (b) Fe3CII(c) Fe3CII+A (d) A(12) 亚共析钢的先共析铁素体是在____以上向奥氏体转变的.(a) AC1 (b) T(c) A1(d) AC3(13) 连续加热的奥氏体转变温度与加热速度有关.加热速度逾大, 转变温度____,转变温度范围越小（因为转变开始温度高，转变温度上限不变）, 奥氏体___.(a)愈低, 愈均匀 (b)愈高, 愈不均匀(c)愈低, 愈不均匀 (d) 愈高, 愈均匀(14) 加热转变终了时所得A晶粒度为_____.(a)实际晶粒度 (b)本质晶粒度 (c)加热晶粒度 (d).起始晶粒度(15) 在加热转变中, 保温时间一定时, 随保温温度升高, A晶粒不断长大, 称为____.(a)正常长大 (b)异常长大 (c)均匀长大 (d)不均匀长大(16) 在加热转变中, 保温时间一定时,必须当温度超过某定值后, 晶粒才随温度升高而急剧长大, 称为_____.(a)正常长大 (b)异常长大 (c)均匀长大 (d)不均匀长大(17) 温度一定时, 随时间延长, 晶粒不断长大, 称为____.(a)正常长大 (b)异常长大 (c)均匀长大 (d)不均匀长大(18) 温度一定时, 随时间延长, 晶粒不再长大, 称为____.(a)正常长大 (b)异常长大 (c)均匀长大 (d)不均匀长大(19) A晶粒的长大是通过晶界的迁移而实行的, 晶界迁移的驱动力来自_____.(a)A与P的自由能差 (b)A的吉布斯自由能的降低(c)界面自由能的降低 (d)相变自由能差(20) 奥氏体晶粒半径逾小, 长大驱动力___(a)愈大 (b)不变 (c)逾小 (d)无规律(21) 奥氏体晶粒异常长大的原因是____(a)温度高 (b)第二相粒子的溶解 (c)驱动力增大 (d)温度低(22) 提高起始晶粒度的___与促使晶界平直化均能降低驱动力, 减弱A长大.(a)均匀性 (b)温度 (c)粒度 (d)碳含量第二章习题(1) 片状珠光体的片层位向大致相同的区域称为______。

固态相变复习答案第一章从铁碳合金相图中知道，碳素钢在加热和冷却过程中，经过PSK（A1）线，发生珠光体向奥氏体的相互转变，经过GS（A3）线，发生铁素体向奥氏体的相互转变，经过ES （Acm）线，发生渗碳体向奥氏体的转变。

所以任一含碳量的碳素钢，其在缓慢加热和冷却过程中固态组织转变的临界点，就是依据A1、A3和Acm线确定。

共析钢仅有一个临界点A1，亚共析钢有两个临界点A1和A3点，过共析钢也有两个临界点A1和Acm点。

A1、A3和Acm均为平衡临界点，实际转变过程不可能在平衡临界点进行，为示区别，将加热转变点以C表示，冷却转变点以r表示。

% d% a% @, g. u2 i5 `, a' P; }开始转变AC1――加热时 P A 温度: {8 M p5 }8 y! C/ ~开始转变Ar1――冷却时 A P 温度8 a# Q- s\) {2 N1 Y/ i/ f' Q9 j& g# S# U2 f全部转变AC3――加热时 F A 终了温度开始析出Ar3――冷却时 A F 温度& U% [* g3 b* J( U' ?\ 全部溶入6 o* [% \\+ {' \\ Q( b# h# c ACcm――加热时Fe3CⅡ A 终了温度开始析出Arcm――冷却时 A Fe3CⅡ 温度第二章奥氏体形成一・奥氏体的形成可以分四个阶段;1,奥氏体的形核2,晶核向铁素体和渗碳体俩个方向长大 3,剩余碳化物溶解 4,奥氏体成分均匀化二・影响奥氏体晶粒大小因素答；（1）加热温度的影响（3）原始组织的影响（2）含碳量的影响（4）合金元素的影响三・什么是奥氏体的起始晶粒度，本质晶粒度和实际晶粒度，各有何意义？答；（1）起始晶粒度：奥氏体晶粒边界刚刚相互接触时奥氏体晶粒的大小为起始晶粒度。

（2）本质晶粒度：一定条件下奥氏体晶粒长大的倾向(规定条件下，Ａ晶粒的大小) 。

（3）实际晶粒度：在具体的热处理工艺下获得的奥氏体晶粒的大小称为实际晶粒度。

固态相变部分（60 分）试题类型：一、选择题（20 分）二、名词解释（20 分）1．何谓奥氏体本质晶粒度？（3 分）答：根据标准试验方法，在930土10 C，保温3- 8小时后测定的奥氏体晶粒大小。

、2．何谓奥氏体热稳定化？（3 分）答：淬火时因缓慢冷却或在冷却过程中停留引起奥氏体稳定性提高，而使马氏体转变迟滞的现象。

3．何谓二次硬化？（4 分）答：含有Mo、V、W、Nb、Ti 等合金元素的钢淬火后回火时，随温度升高，析出特殊碳化物，导致钢的再度硬化的现象。

4．Ms 点的定义及其物理意义是什么？（5 分）答：马氏体转变开始温度，即奥氏体和马氏体的两相自由能差达到相变所需的最小驱动力值时的温度。

5．写出马氏体相变的K-S 位向关系和西山位向关系。

（5 分）答：① K-S 关系：{111} Y II {110} a ' <110>Y// <111>a'②西山关系：{111} Y I {110} <112>Y// <110>a'6．简述马氏体相变的主要特征。

（10分）答：切变共格和表面浮凸现象；无扩散性；具有一定的位向关系和惯习面；在一个温度范围内完成相变（Ms-Mf）,大于某一临界冷速；可逆性，有As 点和Af 点；钢中马氏体转变速度极快；7．简述淬火碳钢回火时的组织转变概况。

（15 分）答：①马氏体中碳的偏聚（回火前期阶段一时效阶段）80-100 'C以下板条马氏体，C原子向位错线附近偏聚，马氏体弹性畸变能下降。

片状马氏体，大多数C在某些晶面上富集，形成小片状富碳区，这种偏聚称为予沉淀聚集。

②马氏体分解（回火第一阶段转变）100-250 C含碳量较高的片状马氏体发生分解，马氏体中的C%降低，正方度c/a减小。

分解机构：<150C为双相分解，>150C为连续式分解。

分解产物：过饱和度下降的马氏体+弥散分布的亚稳碳化物（£-FexC）。

《固态相变理论》作业1
1.推导Johnson-Mehl方程。

2.奥氏体形核时需要过热度△T，那么金属熔化时（S-L）,要不要过热度，为什么？
3.相变热力学条件是什么？
4.简述固态相变的主要特征。

5.固态相变的阻力是哪几项？
6.什么是共格界面，根据其共格性界面有哪几类？请比较它们的界面能和弹性应变能的大小。

7.综述奥氏体的主要性能。

（200字以内）
8．采用哪些方法可以研究奥氏体的等温转变？
9．发生奥氏体转变的热力学条件是什么？
10．共析钢的奥氏体化过程中，为什么铁素体会先消失，而渗碳体会残留下来？11．亚共析钢的奥氏体化过程与共析钢的奥氏体化过程有何区别？
12．连续加热时的奥氏体转变有何特点？
13．叙述奥氏体晶粒度测定的方法。

14．奥氏体晶粒长大的驱动力是什么?
15．说明奥氏体晶粒异常长大的原因。

16．根据奥氏体形成规律讨论细化奥氏体晶粒的方法。

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奥氏体是碳在γ-Fe中的固溶体，碳原子在γ-Fe点阵中处于Fe原子组成的八面体间隙中心位置，即面心立方晶胞的中心或棱边中点。

八面体间隙：4个2、以共析碳钢为例说明奥氏体的形成过程，并讨论为什么奥氏体全部形成后还会有部分渗碳体未溶解？奥氏体的形成是由四个基本过程所组成：形核、长大、剩余碳化物的溶解和成分均匀化。

按相平衡理论，从Fe-Fe3C相图可以看出，在高于AC1温度，刚刚形成的奥氏体，靠近Cem的C浓度高于共析成分较少，而靠近F处的C浓度低于共析成分较多（即ES线的斜率较大，GS线的斜率较小）。

所以，在奥氏体刚刚形成时，即F全部消失时，奥氏体的平均C浓度低于共析成分，这就进一步说明，共析钢的P刚刚形成的A的平均碳含量降低，低于共析成分，必然有部分碳化物残留，只有继续加热保温，残留碳化物才能逐渐溶解。

3、合金元素对奥氏体形成的四个阶段有何影响。

钢中添加合金元素并不影响珠光体向奥氏体的转变机制，但影响碳化物的稳定性及碳原子在奥氏体中的扩散系数。

另一方面，多数合金元素在碳化物和基体相中的分布是不均匀的，故合金元素将影响奥氏体的形核与长大、剩余碳化物的溶解、奥氏体成分均匀化的速度。

通过对碳扩散速度影响奥氏体的形成速度。

②通过改变碳化物稳定性影响奥氏体的形成速度。

③对临界点的影响：Ni、Mn、Cu等降低A1温度；Cr、Mo、Ti、Si、Al、W、V等升高A1温度。

④通过对原始组织的影响进而影响奥氏体的形成速度：Ni、Mn等往往使珠光体细化，有利于奥氏体的形成。