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固态相变理论

《合金固态相变》教学大纲

《合金固态相变》教学大纲课程编号：2080113 学时：40 （实验学时另计，8学时）学分：2.5 一、课程基本情况 1.课程名称：合金固态相变 2.课程性质：必修课程 3.适用年级专业：四年制材料科学与工程、材料成型与控制工程专业，三年级本科生 4.先修课程：材料科学基础、金属学、物理化学 5.教材：“合金固态相变”，赵乃勤主编，中南大学出版社，2008 6.开课单位：材料科学与工程学院二、课程性质目的、任务和基本要求 1.性质目的和任务固态相变是材料科学与工程专业的主要专业课之一，它是以物理、数学、物理化学和金属学原理等课程为基础，着重讲授与合金固态相变有关的基本理论，主要包括金属（特别是钢）在加热、冷却过程中相变的基本原理和规律以及组织结构与性能之间的关系，为提高产品质量、充分发挥现有材料的潜力、合理制定热处理工艺、发展新材料和新工艺打下坚实的基础。本课程的内容应适当反映现代固态相变理论的发展和成就。 2. 课程的基本要求学生通过学习本课程，应达到：1.掌握金属材料中相变的基本理论，重点是钢中组织转变的基本规律；2.有运用金属材料中相变基本规律，分析和研究金属热处理工艺问题的能力； 3.初步掌握成分组织与性能之间的关系，从而对金属材料具有一定的分析和研究能力。三、课程教学环节、内容及学时分配（一）课程内容第一章绪论合金固态相变的定义。金属固态相变在工业中的地位和作用。本课程的研究对象、内容以及与其它课程的关系。教学重点：固态相变的一般特征，包括驱动力和阻力，相变的形核、长大、扩散、相界面等。第二章合金固态相变的常用研究方法具体介绍研究物相类型、分布和相变过程的各种手段。教学重点：材料的物相种类、相分布和相变过程所采用的不同研究手段，并对各研究手段在相变研究中的用途和基本原理有所了解。

固态相变理论部分答案

《固态相变理论》作业3 1．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。 C。形态为答：1）上贝氏体的形成中温转变，在350～550℃，组织为BF+Fe 3 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。 6）冷却时在不同温度下停留的影响

金属材料工程专业指导性培养方案

金属材料工程专业指导性培养方案部门：机械与汽车工程学院部门负责人：许德章审核：陶庭先校长：干洪制订日期：2013年4月一、培养目标与基本要求培养目标：本专业培养德智体美全面发展、诚信实干、基础扎实、实践能力强、综合素质高、具有创新精神，具备金属材料基础理论、铸造及热处理、表面工程等专业方向相关的工程技术知识，能在冶金、金属材料的制备、金属材料的铸造成型及热处理、材料结构研究与分析、材料表面处理等领域从事科学研究、技术与产品开发、工艺和设备设计、生产和经营管理等方面的应用型高级工程技术人才。基本要求： 1、热爱社会主义祖国，拥护中国共产党的领导，树立正确的人生观、世界观和价值观，具有良好的思想品德、社会公德和职业道德。 2、掌握专业所需的基础科学理论知识，掌握本专业扎实的专业基础理论及必要的专业知识，具有本专业所必需的基本技能，具有良好的业务素养。 3、掌握科学的思维方法，具有创新能力和较强实践能力，具有较强的终身学习能力、获取及处理信息能力。 4、具有良好的心理素质和适应能力，掌握科学锻炼身体的基本技能，受到必要的军事训练，达到国家规定的大学生体育和军事训练合格标准。毕业生应获得的知识和达到的能力： 1、掌握金属材料的铸造成型及热处理、材料表面处理、材料耐蚀与磨损的基础理论，以及表面处理、腐蚀与防护、耐蚀与磨损等方面的专业知识和技能；

2、掌握金属材料铸造成型工艺及设备的设计与制造方法； 3、掌握电镀、化学镀、涂装、真空镀、离子喷涂等原理与工艺方法； 4、具有从事金属材料及其耐蚀、耐磨及防腐材料的研究，正确地制定生产工艺及选用设备的初步能力； 5、具有本专业必需的机械、电工与电子技术、计算机应用的基本知识和技能； 6、具有研究开发和应用新材料、新工艺和相关设备的初步能力； 7、具有较强的创新意识及获取知识和运用知识解决实际问题的能力。业务范围： 1、从事金属材料的铸造成型及热处理、表面工程、材料的腐蚀与防护等行业的技术工作； 2、从事金属材料的设计、制备、成型及其性能的检测与分析； 3、从事材料生产组织、技术管理和材料性能的检测、缺陷分析等技术监督工作； 4、从事金属材料生产技术管理、设备维护运行管理和经营销售等工作； 5、从事金属材料工程方面的科研、教学等工作。二、专业方向金属材料工程三、学制：本科四年四、主干学科、主要课程、主要实践教学环节主干学科：材料科学与工程主要课程：马克思主义基本原理、毛泽东思想和中国特色社会主义理论体系概论、高等数学Ⅰ、大学英语、画法几何及机械制图I、机械设计基础Ⅱ、工程力学Ⅱ、材料化学、材料科学基础、材料力学性能、金属固态相变原理、金属材料学（Metal Material Science）、表面工程学、液态成型原理、电化学原理、铸造工艺学主要实践教学环节：专业认识实习、专业生产实习、专业综合设计/实验、毕业设计（论文）五、课程配置流程图、专业教育内容与课程体系

(完整版)金属固态相变原理考试复习思考题

复习思考题 1.复习思考题 1．固态相变和液－固相变有何异同点？相同点：（1）都需要相变驱动力（2）都存在相变阻力（3）都是系统自组织的过程不同点：（1）液－固相变驱动力为自由焓之差△G 相变，阻力为新相的表面能△G表，基本能连关系为：△G = △G 相变+△G表，而固态相变多了一项畸变能△G畸，基本能连关系为：△G = △G 相变+△G界面+△G畸（2）固态相变比液－固相变困难，需要较大的过冷度。 2．金属固态相变有那些主要特征？相界面；位向关系与惯习面；弹性应变能；过渡相的形成；晶体缺陷的影响；原子的扩散。 3. 说明固态相变的驱动力和阻力？在固态相变中，由于新旧相比容差和晶体位向的差异，这些差异产生在一个新旧相有机结合的弹性的固体介质中，在核胚及周围区域内产生弹性应力场，该应力场包含的能量就是相变的新阻力—畸变自由焓△G畸。则有： △G = △G 相变+△G界面+△G畸式中△G 相变一项为相变驱动力。它是新旧相自由焓之差。当：△G 相变=G 新 -G 旧 <0 △G 相变小于零,相变将自发地进行 (△G界面+△G畸)两项之和为相变阻力。 (1)界面能△G界面界面能σ由结构界面能σst和化学界面能σch组成。即：σ=σst+σch 结构界面能是由于界面处的原子键合被切断或被削弱，引起了势能的升高，形成的界面能。（2）畸变能阻力—△G畸 4．为什么在金属固态相变过程中有时出现过渡相？过渡相的形成有利于降低相变阻力， 5. 晶体缺陷对固态相变有何影响？晶核在晶体缺陷处形核时，缺陷能将贡献给形核功，因此，晶体通过自组织功能在晶体缺陷处优先性核。晶体缺陷对形核的催化作用体现在：（1）母相界面有现成的一部分，因而只需部分重建。（2）原缺陷能将贡献给形核功，使形核功减小。（3）界面处的扩散比晶内快的多。（4）相变引起的应变能可较快的通过晶界流变而松弛。（5）溶质原子易于偏聚在晶界处，有利于提高形核率。 6．扩散型相变和无扩散型相变各有那些特征？（1）扩散型相变原子迁移造成原有原子邻居关系的破坏，在相变时，新旧相界面处，在化学位差驱动下，旧相原子单个而无序的，统计式的越过相界面进入新相，在新相中原子打乱重排，新旧相排列顺序不同，界面不断向旧相推移，此称为界面热激活迁移，是扩散激活能与温度的函数。新相与母相的化学成分不同。（2）无扩散型相变相变的界面推移速度与原子的热激活跃迁因素无关。界面处母相一侧的原子不是单个而无序的，统计式的越过相界面进入新相，而是集体定向的协同位移。界面在推移的过程中保持宫格关系。新相与母相的结构不同，化学成分相同态相变具有形核阶段？固态相变分为有核相变与无核相变，大多数固态相变都是有核相变， 8．为什么金属固态相变复杂多样？见4页。 9．晶粒长大的驱动力?晶粒长大时界面移动方向与晶核长大时的界面移动方向有何不同？为什么？晶粒长大的驱动力：界面能或晶界能的降低。晶粒长大时界面移动方向与曲率中心相同，晶核长大时的界面移动方向与曲率中心相反。 10．什么是自组织？自组织的条件是什么？如果系统在获得其空间结构，时间结构过程中没有特定的外界干预，而是一个自发的组织化，有序化，系统化的过程，称自组织。其条件是：（1）开放系统（2）远离平衡态（3）随机涨落（4）非线性相互作用

固态相变试题库及答案

固态相变课程复习思考题2012-5-17 1.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

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。 9. 说明组织遗传的定义和控制方法。 10. 从奥氏体等温形成动力学曲线出发说明珠光体到奥氏体的转变特征。第四章自测题试卷 1、填空题 1) 根据片层间距的大小，可以将珠光体分为________ 、________、________。 2) 获得粒状珠光体的途径有________ 、__________ 、___________ 、___________ 。 3) 珠光体的长大方式有__________ 、___________ 、___________。

金属固态相变原理

*本答案基本根据录音整理所得，课本有的标了页码* 金色固态相变原理简答题 1．简述共析钢加热奥氏体化的过程。(P42) 答：（1）奥氏体形核奥斯体的形核是通过形核和长大完成的。奥氏体的晶核是依靠系统的能量起伏、浓度起伏和结构起伏形成的；(2 )奥氏体晶核长大奥氏体的长大过程是两个新旧界面向原来的铁素体和渗碳体中推移的过程，驱动力为奥氏体中的碳浓度差；（3）剩余碳化物的溶解奥氏体中铁素体的溶解速度大了渗碳体的溶解速度，使渗碳体过剩而逐渐溶入奥氏体中；（4）奥氏体的均匀化继续加热或保温，借助碳原子的扩散使碳原子的分布趋于均匀。 2．马氏体相变的主要特征有哪些？(P76) 答：（1）切变共格和表面浮突现象马氏体转变时奥氏体中的原子基集体有规则的向新相中迁移，形成切变共格界面，表面产生浮突效应；（2）无扩散性仅由面心立方点阵通过切边改组为体心立方点阵，而无成分的变化；（3）具有特定的位向关系和惯习面；（4）在一个温度范围内完成相变温度在Ms-Mf完成，但是转变不能完全进行，有一定量的残余奥氏体存在；（5）可逆性 3．什么是第一类回火脆性，避免其发生的方法有哪些？(P143) 答：在250-400°C之间出现的回火脆性称为第一类回火脆性，也称低温回火脆性，也称为不可逆回火脆性。避免方法：（a）降低钢中杂质元素的含量；（b）用Al脱氧或加入Nb、V、Ti等合金元素以细化奥氏体晶粒；（c）加入Mo、W等能减轻第一类回火脆性的合金元素；（d）加入Cr、Si以调整发生第一类回火脆性的温度范围，使之避开所需的回火温度；（e）采用等温淬火工艺代替淬火加回火工艺。 4．板条马氏体和片状马氏体那种会出现显微裂纹，为什么？(根据录音所得) 答：片状马氏体。显微裂纹是片状马氏体形成是产生的，先形成的第一片马氏体贯穿整个晶粒，将奥氏体晶粒分成两个部分，而后形成的马氏体片大小受到限制，所以马氏体的大小是不同的。后形成的马氏体片不断的撞击先形成的马氏体。由于马氏体的形成速度非常快，所以相互撞击，同时还与奥氏体晶界撞击，产生较大的应力场，另外片状马氏体的含碳量比较高，不能通过滑移和孪晶等变形方式消除应力，所以片状马氏体容易出现显微裂纹。板条马氏体之间的夹角比较小，基本上是平行的，相互撞击的几率较小，残余奥氏体的存在可以缓解应力，所以板条马氏体没有出现显微裂纹。 5．什么是材料的热处理？其目的是什么？常见的热处理工艺有哪些？（根据录音所得）答：材料的热处理是通过特定的加热保温和冷却方式来获得工程上所需的组织的一种工艺过程的总称。目的：改变金属及合金的内部组织结构使其满足服役条件所提出的性能要求。常见的热处理工艺有淬火、正火、退火和回火。 6．如何区别高碳钢中的回火马氏体与下贝氏体？（根据录音所得）答：（1）高碳钢回火马氏体表面浮突呈锥字型，它的相变是通过共格切变机制完成的。而下贝氏体的表面浮突是不平行的相交成V字形，而且它的铁素体不是通过切变共格完成的；（2）高碳钢回火马氏体中存在位错和孪晶，而下贝氏体中的铁素体中只有位错盘结没有孪晶结构存在，其韧性较好。（3）下贝氏体中碳沿着与贝氏体长轴呈50-60°倾斜的直线规则排列与相间析出相似。回火马氏体中碳在铁素体中是均匀分布的。 7．奥氏体的晶核最容易在什么地方形成？为什么？（P40）

金属固态相变原理名词解释

1.固态相变:金属盒陶瓷等固体材料在温度和压力改变时，其内部组织或结构会发生变化，即从一种相状态到另一种相状态的转变 2.平衡转变；在缓慢加热或冷却时所发生的能获得复合平衡状态图的平衡组织的相变。 3.共析相变；合金在冷却时由一个固相分解为两个不同固相的转变 4.平衡脱溶相变；在缓慢冷却条件下，由过饱和固溶体中析出过剩相的过程 5.扩散性相变；相变时相界面的移动是通过原子近程或远程扩散而进行的相变也称非协调型 6.无扩散性相变；相变过程中原子不发生扩散，参与转变的所有原子的运动是协调一致的相变也称协同型 7.均匀形核；晶核在母相中无择优地任意均匀分布 8.形核率；单位时间形成的晶核数 9.混晶；置换固溶体，两种或多种元素相互溶解而形成的均匀晶相 10.异常长大:正常晶粒长大过程被第二相微粒、织构、表面热蚀沟等阻碍，使得大多数晶粒不能长大，从而使少数较大的晶粒得以迅速长大。 11.奥氏体；碳及各种化学元素在γ－Fe中形成的固溶体 12.珠光体；共析碳钢加热奥氏体化后缓慢冷却，在稍低于A1温度时奥氏体将分解为铁素体和渗碳体的混合物称为珠光体 13.粒状珠光体；通过片状珠光体中渗碳体的球状化而获得的 14.贝氏体；钢在奥氏体化后被过冷到珠光体转变温度区间以下，马氏体转变温度区间以上这一中温度区间(所谓“贝氏体转变温度区间”)转变而成的由铁素体及其内分布着弥散的碳化物所形成的亚稳组织，即贝氏体转变的产物。 15.马氏体；对固态的铁基合金(钢铁及其他铁基合金)以及非铁金属及合金而言，是无扩散的共格切变型相转变，即马氏体转变的产物。就铁基合金而言，是过冷奥氏体发生无扩散的共格切变型相转变即马氏体转变所形成的产物。铁基合金中常见的马氏体，就其本质而言，是碳和(或)合金元素在α铁中的过饱和固溶体。就铁-碳二元合金而言，是碳在α铁中的过饱和固溶体。 16.屈氏体；通过奥氏体等温转变所得到的由铁素体与渗碳体组成的极弥散的混合物。是一种最细珠光体类型组织，其组织比索氏体组织还细 17.索氏体；马氏体于回火时形成的，在光学金相显微镜下放大五六百倍才能分辨出为铁素体内分布着碳化物(包括渗碳体)球粒的复相组织。 18.组织遗传；将晶界有序组织加热到Ac3,可能导致形成的奥氏体晶粒与原始晶粒具有相同的形状、大小和取向。 19.相变孪晶；相变过程中形成的孪晶。 20.热稳定化；淬火时因缓慢冷却或在冷却过程中因停留而引起奥氏体稳定性提高，使马氏体转变迟滞的现象。 21.反稳定化；当等温温度超过一定限度后，随等温温度升高，奥氏体稳定化程度反而下降的现象。 22.不变平面应变；相变过程中虽然发生了变形，但变形为均匀切变，且相变过程中惯习面为不变平面的应变。 23.惯习面；固态相变时，新相往往在母相的一定晶面开始形成，这个晶面称 24.热弹性马氏体；在冷却转变与加热逆转变时呈弹性长大与缩小的马氏体 25.形状记忆合金；具有这种形状记忆效应的金属发生较大变形后，经加热至某一温度之上，能恢复到变形前形状的合金。 26.正方度；c/a表示晶格畸变程度，具有体心正方点阵结构的马氏体的c/a值。 27.伪共析组织；过冷奥氏体以极快冷速转变形成的p组织，其成分因奥氏体含碳量不同而不同。 28.回火；淬火处理后将工件加热到低于临界点的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的一种热处理操作。 29.回火屈氏体；铁素体加片状或者小颗粒状渗碳体的混合组织 30.回火马氏体；残余奥氏体向低碳马氏体和e-碳化物分解的过程，所得组织马氏体经分解后的立方马氏体+e-碳化物的混合组织。 31.回火索氏体；等轴铁素体加尺寸较大的粒状渗碳体的混合组织 32.回火脆性；随回火温度升高，冲击韧性反而下降的现象 33.二次硬化；当马氏体中含有足够量的碳化物形成元素时，在500°c以上回火是将会析出细小的特殊碳化物，导致因回火温度升高， -碳化物粗化而软化的刚再度硬化 34.二次淬火；在冷却回火是残余奥氏体转变为马氏体的现象叫二次淬火 35.时效；合金在脱溶过程中，其机械性能物理性能化学性能等均随之发生变化的现象 36.脱溶；从饱和固溶体中析出第二相（沉淀相）或形成溶质原子聚集区以及亚稳定过渡相

固态相变习题与解答.

1、解释下列名词：自扩散、化学扩散、间隙扩散、置换扩散、互扩散、晶界扩散、上坡扩散 2、什么叫原子扩散和反应扩散? 3、什么叫界面控制和扩散控制?试述扩散的台阶机制? [简要解答] 生长速度基本上与原子的扩散速率无关，这样的生长过程称为界面控制。相的生长或溶解为原子扩散速率所控制的扩散过程称为扩散控制。如题3图，α相和β相共格，在DE、FG处，由于是共格关系，原子不易停留，界面活动性低，而在台阶的端面CD、EF处，缺陷比较多，原子比较容易吸附。因此，α相的生长是界面间接移动。随着CD、EF的向右移动，一层又一层，在客观上也使α相的界面向上方推移，从而使α相生长。这就是台阶生长机制，当然这种生长方式要慢得多。题3图台阶生长机制 4、扩散的驱动力是什么?什么是扩散热力学因子? 5、显微结构的不稳定性主要是由哪些因素造成的 ? 6、什么是Gibbs-Thomson效应?写出其表达式。 7、什么是Ostwald Ripening Process ? 写出描述其过程的表达式，总结其过程规律 ? 8、在500℃时，Al在Cu中的扩散系数为2.6×10-17 m2/s，在1000℃时的扩散系数为1×10-12 m2/s。求：1）这对扩散偶的D0、Q值；2）750℃时的扩散系数。 9、当Zn向Cu内扩散时，已知：X点处的Zn含量为2.5×10-17 a/cm3，在离X点2mm 处的Y 点，在300℃时每分钟每mm2要扩散60个原子。问：Y点处的Zn浓度是多少? 10、将Al扩散到硅单晶中，问：在什么温度下，其扩散系数为10-14 m2/s ? (已知：Q = 73000 cal./mol, D0 = 1.55×10-4 m2/s ) 11、在1127℃某碳氢气体被通入到一低碳钢管（管长1m，管内径8 mm，外径12 mm）。

固态相变原理

固态相变原理 1、相变的基础理论涉及三个方面的共性问题： 1）相变能否进行，相变的方向 2）相变进行的途径及速度 3）相变的结果，即相变时结构转变的特征。分别对应相变热力学、相变动力学和相变晶体学。相变是朝着能量降低的方向进行；相变是选择阻力最小、速度最快的途径进行；相变可以有不同的终态，但只有最适合结构环境的新相才易于生存下来。 2、固态相变的特殊性（相界面、弹性应变能、位向关系与惯习面、亚稳过渡相、原子迁移率、晶体缺陷）。固态相变除满足热力学条件外，还须获得额外能量来克服晶格改组时原子间的引力，即存在相变势垒。相变势垒由激活能决定，也与是否有外加机械应力有关。 3、相变驱动力和相变阻力驱动力：体积自由能，来自晶体缺陷（点，线，面缺陷）的储存能。储存能由大到小的排序：界面能，线缺陷，点缺陷。界面能中界隅提供的能量最大，但体积分数小，界棱次之，界面最小，但体积分数最大。相变阻力是界面能和弹性应变能。弹性应变能与新旧相的比容差和弹性模量，及新相的几何外形有关。从能量的角度来看：共格界面的弹性应变能最大，非共格界面的界面能最大。球形新相界面能最小，但应变能最大，圆盘状新相相反，针状新相居中。 4、长大方式新相晶核的长大分为协同（共格或半共格，切变）和非协同（非共格或扩散）两种，前者速度快，后者速度慢。原子只能短程扩散时，长大速度与过冷度（温度）存在极大值；长程扩散时，长大速度与扩散系数和母相的浓度梯度成正比，与相界面处两相的浓度差呈反比。 5、相变速率

相变速率满足Johnson-Mehl方程或Avrami经验方程。相变之初和相变结束其，相变速率最小，转变量约50%时，相变速度最大。扩散型相变的动力学曲线呈“C”形。是由驱动力和扩散两个矛盾因素共同决定的。 6、C曲线 “C”曲线建立的原理：一定外界条件下，只要发生了相变，宏观上就能检测出某种变化（组织，结构，性能等），确定该条件下这种变化与新相转变量的关系。相变进行的难以程度决定“C”曲线的位置。“C”曲线可分为六种类型，影响“C”曲线的因素有：化学成分，奥氏体化条件和奥氏体晶粒尺寸，原始组织及外界能量（塑性变形等）。凡是使过冷奥氏体稳定的因素均使“C”曲线右移（右移，说明相变所需要的临界冷却速率越小，相变越容易）。连续冷却时，“C”曲线“滞后”，即向右下方向漂移。 7、用TTT曲线和CCT曲线判断组织组成的原则。只要过冷奥氏体经过或停留在那个区，就转变为该区对应的组织。过冷奥氏体全部转变完后，再经过任何区域都不会发现任何变化，是其自然冷却。冷速越快，硬度越高。冷速超过某临界值时（临界冷却速度），过冷奥氏体全部转变成马氏体。

相变原理

相变原理 (2009-03-15 12:09:38) 忽视核外电子的规律运动,司空见惯的相变成了困惑人们的自然之谜。摘要：核外电子随着温度的规律的运动是相变的直接原因。（1）价和电子在平面稳定运转，伴生的价磁力指向稳定，物质呈固态。（2）价和电子在窄小空间范围扭曲运转，伴生的价磁力方向不稳，物体塑性增加。（3）价和电子在大范围空间扭曲运转，伴生的价磁力方晃动，物质呈液态。（4）价和电子在空间呈球面绕行运转，价和电子包围整个球面，价磁力没有了方向，球面电子与相邻的球面电子相斥，使分子球之间推开距离，物质呈气态。关键词：奥斯特实验小磁针伴生德布罗意波 [事实] 随着温度升高，一般物体都是由固体相变成液体，由液体相变成气体。所有纯净物质都有其固定的熔点、沸点；水在０℃结冰、１００℃沸腾；锡在2００℃电烙铁下就能熔化成液态，烙铁拿开，锡又立刻凝结成固体，温度与物质状态、特性相依相存。 [分析] 物质的相变与总是与温度精确的对应，千百年来人们不断在思索，温度是如何导致这样的变化？温度是怎样起作用的？这极具规律的对应绝不会是偶然的、孤立的。这有规律的变化必然源于且服从更深层的规则的运动。这个规则的运动，就是核外电子的规律的运动。核外电子随着温度的规律的运动是相变的直接原因。在J 1章我们谈到温度实质上就是核外电子运转的速度。核外电子速率加快，宏观的表现就是温度升高。温度升高到一定的程度，水能沸腾；钢铁能熔化，物质发生了相变。难道电子的快速运动就能导致这样的相变、如何导致相变？相变虽然与温度直接相关，然而只有达到了某一特定值，相变才能发生，这是一个从量变到质变的过程，也是物质的内聚力急剧变化的过程，核外电子的

相变原理作业和答案

第一章作业： 1.奥氏体形成机理，分为几个阶段？答：1，A的形核2，A的长大3，A中残余碳化物的溶解4，A的均匀化 2.为什么亚共析钢在加热过程中也会有残余碳化物的形成？答：随着温度的升高，长大速度比n>7.5时，就会有残余碳化物产生 3影响奥氏体形成动力学的因素？（形成动力学即指形成速度）答：1，加热温度T越高A形成速度越快2，钢的原始含碳量C%越高A形成速度越快3，原始组织越细A形成速度越快4，加热速度越快A形成速度越快5，合金元素存在即减弱A形成速度。（①影响临界点，降低临界点的加速，提高的减速②影响C元素的扩散，A形成速度降低③自身扩散不易，使A形成速度降低） 4：什么是起始晶粒度，实际晶粒度，本质晶粒度和他们的决定因素。答：起始晶粒度：A转变刚完成，A晶粒边界刚一接触一瞬间的大小。影响因素：形核率和长大速度之比实际晶粒度：实际生产或实验条件下得到A晶粒的大小。影响因素：加热和保温条件。本质晶粒度：将钢加热到930℃±10℃保温3-8小时再测量A晶粒的大小，表征钢加热过程中A晶粒长大的倾向或趋势。决定因素：炼钢工艺 5影响A晶粒长大的因素：答：1，加热温度和保温时间：温度越高长大越容易，时间越长长大越充分。温度主要影响。2，加热速度：加热速度越高A转变温度越高。形核率和长大速度越高，晶粒越细小 3,含碳量：一定温度下C%越高越容易长大，超过一定C%晶粒会越细小。4，合金元素：于C 形成强或中碳化物的元素抑制长大，P,O,Mn等促进，，Ni,Si无影响。5，原始组织：原始组织越细A晶粒越细，不利于长大。第二章 1什么是珠光体片层间距？答：一片铁素体F和一片渗碳体的厚度之和，用S0表示。 2珠光体类型组织有哪几种？它们在形成条件，组织形态和性能方面有哪些不同？答：分为片状P和粒状P两种。①片状P渗碳体呈片状，是由A以接近平衡的缓慢冷却条件下形成的渗碳体和F组成的片层相间的机械混合物，还可以细分为珠光体P，索氏体S和屈氏体T。性能主要取决于层片间距S0，强度和硬度随S0减小而增加，S0越小则塑性越好，过小则塑性较差。②粒状P是渗碳体呈粒状分布在连续的F基体上，可由过冷A直接分解而成，也可由片状P球化而成。还可由淬火组织回火而成，于片状P相比，硬度强度较低但塑性和韧性较好。 3片状和粒状P的转变机理。答：片状是形核长大的过程，有先共析相，（亚共析钢为F，过为Fe3C），在A晶界和相界处形核，交替长大。粒状是由片状P球化退火产生。 4亚共析钢和过共析钢的先共析相和性能特点。答：网状组织：沿A晶界呈网状分布。网状Fe3C使强度下降，脆性上升，加工性能下降块状组织（亚共析钢）：等轴块状。随铁素体增多强度硬度下降，塑性升高。晶内片状组织（魏氏组织）：针片状由晶界向晶内分布。使韧性降低。 5影响P转变动力学的因素。 ①C%对于亚共析钢随C%升高C曲线右移，对过共析钢C曲线左移2，奥氏体状态：A晶粒越大P转变速度越慢，A均匀度：越均匀P转变速度越慢3，A化温度和时间：T越高时间越长P转变速度越慢4，单向拉应力有利于A转化成P，多向拉应力不利于A转化，A状态下塑性变形有利于A转化5，合金元素的影响。

金属固态相变

第一章金属固态相变的基本规律 1.固态相变：指在金属陶瓷等固态材料中，当温度或压力改变时，内部组织或结构发生变化，即由一种相状态转变为另一种相状态。 2.平衡转变：在极为缓慢的加热或者冷却条件下形成符合状态图的平衡组织的相得转变。 3.非平衡转变：在非平衡加热或冷却的条件喜爱，平衡转变受到抑制，将发生平衡图上不能反映的转变类型，获得不平衡组织或平稳状态的组织。 4.纯金属的同素异构转变：纯金属在温度压力改变时，由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的过程。 5.多形性转变：固溶体的同素异构转变。 6.共析转变：冷却时，固溶体同时析出分解为两个不同成分和结构的相的固态相变。 7.包析转变：冷却时，由俩个固相合并转变为一个固相的固态相变过程。 8.钢种的马氏体相变：将A以较大的冷却速度过冷到低温区，替代原子难以扩散，则A以无扩散方式发生转变，即在Ms点以下进行的马氏体转变，即称为马氏体转变。 9.平衡脱溶：在高温相中固溶了一定量合金元素，当温度降低时，溶解度下降，在缓慢冷却的条件下，过饱和固溶体将析出新相的过程。 10.非平衡脱溶：合金固溶体在高温下溶入了较多的合金元素，在快速冷却条件下，固溶体中来不及析出新相，一直冷却到较低温度下，得到过饱和固溶体的过程。 11.按原子迁移特征分为：（1）扩散型相变：原子的迁移造成原有原子的邻居关系的破坏。 ①界面控制扩散型相变②体扩散控制扩散型相变；（2）原子的迁移没有破坏原有原子的邻居关系，原子位移不超过原子间距。 12.按热力学分：（1）一级相变：在相变温度下，两相得自由焓及化学位均相等，但是化学位一级偏导数不等；（2）二级相变：相变时，化学位的一级偏导数相等，但是二级偏导数不等。 13.相变的驱动力和阻力：相变过程驱动力阻力热力学条件相结晶成固相△G相变=G固-G液新相表面能△G表驱动力>阻力固态相变△G相变=G新-G旧△G界面+△G畸变 14.界面能△G界面：由结构界面能和化学界面能组成：（1）δSt结构界面能：由于界面处的原子键合被切断或被削弱，引起了势能的升高而形成的界面能：（2）δCh化学界面能：由于原子的结合键与两相内部原子键合的差别而导致的界面能量的升高。 15.新旧相界面分为：（1）非共格界面；（2）半共格界面；（3）共格界面 16.畸变能分为：（1）共格畸变能；（2）非共格畸变能。 17.固态相变形核要求有一个临界过冷度△Tc，只有当过冷度△T>△Tc时才满足相变热力学条件。这是固态相变形核与液-固相变的根本区别。 18.晶体缺陷对形核的催化作用：（1）母相界面有现成的一部分，因而只需部分重建；（2）原缺陷能跨越贡献给形核功，形核功变小；（3）界面处扩散速率比晶内快的多；（4）相变引起的应变能可较快的通过晶界流变而松弛；（5）溶质原子易于偏聚在晶界处，这有利于提高形核率。 19.晶界形核与界面，界核，界隅有关。界隅>界核>界面 20.形核率：单位时间，单位体积母相中形成新相晶核的数目。（N=C*f）C-临界核胎浓度；f-临界核胎成核频率。 21.长大速度：单位时间新相长大的线长度。 22.P27相变动力学曲线。等温转变图（C曲线）

固态相变试题

固态相变题库及答案固态相变课程复习思考题2012-5-17 1.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。（3）按原子迁移情况分类：①扩散型相变。②非扩散型相变（4）按相变方式分类：①有核相变②无核相变

天津大学2008～2009学年第二学期期末考试试卷《合金固态相变》A卷答案

天津大学2008～2009学年第二学期期末考试试卷《合金固态相变》A卷答案一、名称解释(10分，每题2分) 1．回火马氏体答：淬火钢在低温回火时得到的组织。 2．回火脆性答：随回火温度升高，一般是钢的强度、硬度降低，塑性升高，但冲击韧性不一定总是随回火温度升高而升高，有些钢在某些温度回火时，韧性反而显著下降的现象。 3．组织遗传答：合金钢构件在热处理时，常出现由于锻压、轧制、铸造、焊接等工艺而形成的原始有序粗晶组织。这些非平衡的粗晶有序组织（马氏体、贝氏体、魏氏组织等）在一定加热条件下所形成的奥氏体晶粒继承或恢复原始粗大晶粒的现象，称为组织遗传。 4．时效答：过饱和的固溶体在室温放置或加热到一定温度下保持一段时间，使得溶质原子在固溶体点阵中的一定区域内析出、聚集、形成新相，引起合金的组织和性能的变化称为时效。 5．形状记忆效应答：将某些金属材料进行变形后加热到某一特定温度以上时，能自动回复到原来的形状的效应。二、填空：(20分，每空0.5分) 1. 马氏体转变时K-S关系是指｛110｝α’|| ｛111｝γ(晶面关系)，﹤111﹥α’|| ﹤110﹥γ(晶向关系)。 2. 奥氏体是碳溶于γ－Fe所形成的固溶体固溶体，碳原子位于γ－Fe八面体中心位置，钢中马氏体是碳溶于a－Fe所形成的过饱和固溶体固溶体，具有体心正方点阵点阵。 3. 固相界面根据其共格性有共格，半共格，非共格，其中非共格界面的弹性应变能最小。 4. M回火加热时，回火转变过程依次为M中碳原子的偏聚和聚集，M的分解，残余A分解，碳化物类型变化，a相回复与再结晶。 5. 由淬火时造成的三类内应力在回火时，随着回火温度的升高，三类应力消失或减小的顺序和原因为：第三类应力，原因是M分解，造成碳原子析出；第二类应力，原因是碳化物的析出；第一类应力，原因是a相再结晶。 6. 时效硬化机制有内应变强化，切过颗粒强化，绕过析出相（Orowan机制）。 7. A转变时，转变温度与临界点A1之差称为过热度，它随加热速度的增大而增大。 8. 奥氏体转变的四个阶段是A形核，A长大，渗碳体溶解，A均匀化。 9. 影响钢的Ms点的最主要因素是含碳量，Ms随含碳量升高而降低。 10.高碳钢为了改善其切削加工性能，淬火后进行高温回火，工业中也称为调质处理。 11.一般退火采取的冷却方式为炉冷，正火的冷却方式为空冷，正火后强度略高于退火后的强度。 12.分析物相组成的手段主要有三种，请举出其中的两种：中子衍射，X射线衍射。三、选择题（20分，每题1分） 1．由铁碳相图可知，奥氏体转变时，CA-F_ (a )___CA-C, 碳原子向F一侧扩散，有利于A的长大。 (a) < (b) > (c) ≤(d) = 2．珠光体的片层间距随着过冷度的增加而___(a) _。 (a) 减小(b) 不变(c) 增大(d) 无规律 3．合金时效时随时间的延长硬度发生下降是发生了_ (b) __。 (a) 冷时效(b) 过时效(c) 温时效(d) 自然时效 4．亚共析钢的先共析铁素体是在__ (d)__以上向奥氏体转变的。

金属固态相变原理习题及解答

第二章奥氏体是碳在丫-Fe中的固溶体，碳原子在丫-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。 ①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。在其它条件相同的情况下，合金元素在奥氏体中的扩散速度比碳在奥氏体中的扩散速度小100-10000倍。此外，碳化物形成元素还会减小碳在奥氏体中的扩散速度，这将降低碳的均匀化速度，因此，合金钢均匀化所需时间常常比碳钢长得多。 4、钢在连续加热时珠光体奥氏体转变有何特点。 ①在一定的加热速度范围内，临界点随加热速度增大而升高。 ②相变是在一个温度范围内完成的加热速度越快奥氏体的温度范围越宽，但形成速度确加快，奥氏体形成时间缩短。 ③可以获得超细晶粒。④钢中原始组织的不均匀使连续加热时的奥氏体化温度升高。⑤快速连续加热时形成的奥氏体成分不均匀性增大C Y - a降低，C Y -cem升高。⑥在超快速加热条件下，铁素体转变为奥氏体的点阵改组属于无扩散型相变。 5、何谓奥氏体的本质晶粒度、起始晶粒度和实际晶粒度。钢中弥散析出的第二相对奥氏体晶粒的长大有何影响。起始晶粒度：指临界温度以上奥氏体形成刚刚完成，其晶粒边界刚刚互相接触时的晶粒大小。实际晶粒度：指在某一热处理加热条件下，所得到的晶粒尺寸。本质晶粒度：根据标准实验条件，在930± 10C，保温足够时间（3~8小时）后，测定的钢中奥氏体晶粒的大小。在晶粒边界及晶粒内部。往往存在着很多细小难熔的第二相颗粒，推移的晶界遇到第二相粒子将会发生弯曲，导致晶界面积增大，界面能上升，它们将阻碍晶界移动，起着钉扎晶界的作用。界面能弥散析出的第二相颗粒越细粒子附近晶界弯曲的曲率就越大，晶界增加的面积