作业一
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？
答：固态金属熔化时会出现过热度。原因：由热力学可知，在某种条件下，熔化能否发生取决于液相自固态金属熔化时会出现过热。原因：自由度是否低于固相的自由度，即0<-=?S L G G G ，只有当温度高于理论结晶温度Tm 时，液态金属的自由能才能低于固态金属的自由能，固态金属才能自发转变为液态金属。因此，金属熔化时移动要有过热度。
3.相变热力学条件是什么？
答：金属固态相变的热力学条件：
（1）相变驱动力
相变热力学指出，一切系统都有降低自由能以达到稳定状态的自发趋势。若具备引起自由能降低的条件，系统将由高能到低能转变转变，称为自发转变。金属固态相变就是自发转变，则新相自由能必须低于旧相自由能。新旧两相自由能差既为相变的驱动力，也就是所谓的相变热力学条件。
（2）相变势垒
要使系统有旧相转变为新相除了驱动力外，还要克服相变势垒。所谓相变势垒是指相变时改组晶格所必须克服的原子间引力。
4.简述固态相变的主要特征。
答：⑴相界面：根据界面上新旧两相原子在晶体学上匹配程度的不同，可分为共格界面、半共格界面和非共格界面。
⑵位向关系与惯习面：在许多情况下，金属固态相变时新相与母相之间往往存在一定的位向关系，而且新相往往在母相一定的晶面上开始形成，这个晶面称为惯习面通常以母相的晶面指数来表示。
⑶弹性应变能：金属固态相变时，因新相和母相的比容不同可能发生体积变化。但由于受到周围母相的约束，新相不能自由膨胀，因此新相与其周围母相之间必将产生弹性应变和应力，使系统额为地增加了一项弹性应变能。
⑷过渡相的形成：当稳定的新相与母相的晶体结构差异较大时，母相往往不直接转变为自由能最低的稳定新相，而是先形成晶体结构或成分与母相比较接近，自由能比母相稍低些的亚稳定的过渡相。 ⑸晶体缺陷的影响：固态晶体中存在着晶界、亚晶界、空位及位错等各种晶体缺陷，在其周围点阵发生畸变，储存有畸变能。一般地说，金属固态相变时新相晶核总是优先在晶体缺陷处形成。
⑹原子的扩散：在很多情况下，由于新相和母相的成分不同，金属固态相变必须通过某些组织的扩散才能进行，这时扩散便成为相变的控制因素。
5.固态相变的阻力是哪几项？
答：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。共格界面的化学键数目、强度没有发生大的变化，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
A ．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。
B ．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。
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。
答：共格界面是指在两相界面上，原子成一一对应的完全匹配，即界面上的原子同时处于两相晶格的节点上，为相邻晶体所共有的界面。
7.综述奥氏体的主要性能。（200字以内）
答：性能：（1）奥氏体的硬度和屈服强度不高。（2）塑性好，易变形、加工成形性好。（3）具有最密排结构，致密度高，比容最小。（4）铁原子自扩散激活能大，扩散系数小，热强性好，可用作高温钢。（5）具有顺磁性，转变产物胃铁磁性，可作为无磁性钢。（6）线膨胀系数大，可作热膨胀灵敏仪表元件（7）导热性差，加热应采用小热速度，以免工件变形。 8．采用哪些方法可以研究奥氏体的等温转变？
答：可以采用膨胀法、磁性法、金相—硬度法等研究奥氏体等温转变曲线。
金相法-硬度法：以厚为1-2mm 的薄片，在盐浴中加热到AC1以上某一指定温度，保温不同时间后淬火，观察金相。因加热转变所得的奥氏体在淬火时转变为马氏体，故根据观察到的马氏体量的多少，即可了解奥氏体形成过程。根据观察结果，做出在一定温度下等温时，奥氏体形成量与等温时间的关系曲线，称为奥氏体等温形成动力学曲线。将不同温度下的A 等温转变的开始及终了时间绘于同一图中，即可得A 等温形成动力学图。
膨胀法：是利用过冷奥氏体转变时发生的比容变化来测定转变曲线的。每测一个温度的等温转变只需一个试样，适合于确定不同转变量所需的时间。
电阻法：利用过冷奥氏体转变时出现的电阻变化来表征珠光体或贝氏体等温转变，测量精度有限，以至于目前电阻法用得不多。
9．发生奥氏体转变的热力学条件是什么？
答：奥氏体形成的的热力学条件是：0<-=?P A V G G G
式中：△G v 为相变驱动力，即奥氏体与珠光体的自由能差，G A 为奥氏体自由能，G P 为珠光体自由能。发生转变时：t>A 1(727℃)，A 1即奥氏体转变临界点。实际转变温度与临界点A 1之差称为过热度，过热度越大，驱动力也越大，转变也越快。
10．共析钢的奥氏a 体化过程中，为什么铁素体会先消失，而渗碳体会残留下来？
答：首先，奥氏体是由铁素体转变而来的，第二，奥氏体的溶解碳能力大大高于铁素体，第三，奥氏体中的碳是由碳化物溶解而来的，第四，只有当碳化物完全溶解后共析钢奥氏体中的平均碳浓度才是共析成分，第五，碳化物溶解是一个过程，需要时间，第六，铁素体转变成奥氏体是瞬间转变的同素异构体转变。当钢加热到奥氏体化温度后，铁素体瞬间转变成奥氏体，而渗碳体的完全溶解还需要一定的时间，所以共析钢奥氏体刚形成时必有部分碳化物残留。
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？
答：（1）共析钢的奥氏体等温形成是通过碳、铁原子的扩散，通过形核-长大-碳化物溶解-奥氏体均匀化四个步骤实现的。
（2）在AC 3以上，亚共析钢的先共析组织转变
a 、通过碳原子在奥氏体中扩散而进行的
b 、不形成新核，是通过原有奥氏体长大向先共析组织而完成。
（3）过程的最大区别就是亚共析钢的奥氏体化中没有形核过程。
12．连续加热时的奥氏体转变有何特点？
答：连续加热的奥氏体转变有如下特点：
（1）临界点随加热速度增加而增加
（2）转变时在一定的温度范围内进行的
（3）加热速度越大，转变时间越短
（4）加热速度越大，奥氏体越不均匀（转变被推向高温，C A-F 与C A-C 差别加大）
（5）加热速度越大，奥氏体越细（与形核有关）
13．叙述奥氏体晶粒度测定的方法。
答：绝大部分钢的奥氏体只是在高温下才稳定的。因此，欲测定奥氏体晶粒就得设法将高温状态奥氏体轮廓的痕迹在温度显示出来，常用的显示奥氏体晶粒的方法可归纳为渗入外来元素法、化学试剂腐蚀法和控制冷却速度法3种。
渗入外来元素法：如渗碳法和氧化法，是利用奥氏体晶界优先形成渗碳体和氧化亚铁等组成物，形成网络显示出奥氏体轮廓。渗碳法一般适用于不高于0.3%C的渗碳钢和含不高于0.6%C而碳化物元素较高的其他类型钢。氧化法却适用于任何结构钢和工具钢。
化学试剂腐蚀法：钢材经不同温度的淬火-回火处理后，磨光并用饱和苦味酸水溶液和新洁尔灭几滴浸蚀能抑制马氏体组织，促使奥氏体晶界的显示。或者直接用1-5ml盐酸、饱和苦味酸和乙醇浸蚀，使马氏体直接显示出来，利用马氏体深浅不同和颜色的差异而显示出奥氏体和晶粒大小，此法适用于合金化程度高的能直接淬硬的钢。
控制冷却速度法：低碳钢、亚共析钢、共析钢、过共析钢可控制冷却速度使钢的奥氏体周围先共析析出网状铁素体、网状渗碳体，或使屈氏体沿晶界少量显示出奥氏体晶粒。
14．奥氏体晶粒长大的驱动力是什么?
答：奥氏体晶粒的长大是通过晶界的迁移而实现的，晶界迁移的驱动力来自界面自由能的降低。对于球面晶界，当其曲率半径为R，界面能为γ，指向曲率中心的驱动力P为：P=2γ/R。可见，R降低，P增加；R趋于无穷大，P=0。即晶粒半径越小，长大驱动力越大。当半径无穷大或为平直界面时，驱动力为零。
15．说明奥氏体晶粒异常长大的原因。
答：用A1脱氧或含Nb、Ti、V的钢，在晶界上会存在这些元素的碳氮化合物粒子，一个粒子可使A晶界面积减少pr2（r为小粒子半径）。当晶界在驱动力作用下移动时，将使A晶界与这些粒子脱离从使A 晶界面积增大，界面能增高。所以粒子对晶界就有了钉扎作用，一个粒子对晶界移动提供的最大阻力为：F max=pry，其中，γ为单位面积界面能。设单位体积重粒子的体积分数为f，则作用于单位面积晶界上的最大阻力F max：3fγ/2r。由上式可知，当粒子半径r越大，对晶界移动的阻力就越大。异常长大的原因即为由于问题T升高，第二相颗粒（碳氮化合物）的溶解，使阻力F=0，而此时驱动力P却很大，故晶粒急剧长大。
16．根据奥氏体形成规律讨论细化奥氏体晶粒的方法。
答：细化奥氏体晶粒的措施很多，主要是加强过冷和增多晶核。凡是提高扩散的因素，如温度、时间、均可加快奥氏体长大。第二相颗粒体积分数f增大，线度r减小，均能阻止奥氏体长大。提高其实晶粒度的均匀性与促使晶界平直化均能降低驱动力，减弱A长大。常规的正火和退火工艺，主要是通过二次奥氏体化来达到晶粒细化的目的，也就是说细化晶粒主要是通过重新奥氏体化（包括晶粒形核、长大过程）实现的，并不是靠的冷却过程，冷却快慢只影响珠光体片层间距，并不影响实际晶粒度。
1.奥氏体起始晶粒随着加热速度增大而细化：快速加热时，相变过热度大，奥氏体形核率急剧增大，同时，加热时间又短，因而，奥氏体晶粒来不及长大，晶粒较细，甚至获得超细化奥氏体晶粒；
2.加入第二相粒子：由于第二相粒子对奥氏体晶界的钉扎作用，阻碍奥氏体晶粒长大，有利于奥氏体晶粒的细化。
3.缩短保温时间：保温时间短，奥氏体晶粒来不及长大，晶粒细小。
作业二
1. 影响珠光体片层间距的因素有哪些？
答：珠光体的片层间距大小主要取决于珠光体的形成温度。随着珠光体转变温度下降，片状珠光体的片层间距S0减小。在连续冷却条件下，冷却速度愈大，珠光体的形成温度愈低，即过冷度愈大，则片层间距就愈小。此外，钢中碳含量及合金元素对片层间距也有一定影响。
2. 以共析钢为例，试述片状珠光体的形成机制，并根据铁碳状态图用图解法说明片状珠光体形成时碳的扩散行为。
答：珠光体转变是一个形核长大的过程，可分为片状珠光体和粒状珠光体。珠光体是由铁素体和渗碳体两相组成的，因此有领先相的问题，一般认为，过冷度小的时候渗碳体是领先相，过冷度大时铁素体是领先相。
片状珠光体的形成是由于均匀的奥氏体冷却到A1点以下时，因为能量，成分和结构起伏，首先在形核功较小的晶界上形成一小片渗碳体晶核，长大过程中，纵向长大是渗碳体片和铁素体片同时连续的向奥氏体中延伸，而横向长大是渗碳体片与铁素体片交替堆叠增多。
3. 试述粒状珠光体的形成机制。
答：由铁素体和粒状碳化物组成的机械混合物。它由过共析钢经球化退火或马氏体在650℃~A1温度范围内回火形成。其特征是碳化物成颗粒状分布在铁素体上。
（1）片状渗碳体的表面积大，界面能高，球化退火时，将会自发球化。
（2）与渗碳体尖角接壤处的铁素体碳浓度 C α-k 大于与平面接壤处的碳浓度，在铁素体内将引起碳原子扩散，结果界面碳浓度平衡被打破，为维持碳浓度平衡，渗碳体尖角处会溶解，而平面处会向外生长，最后形成各处曲率半径相近的粒状渗碳体。
（3）渗碳体片内亚晶界的存在，会产生界面张力，为保持界面张力平衡，在亚晶界处会出现沟槽。由于沟槽两侧曲率半径较小，此处渗碳体将溶解，而使曲率半径增大，破坏了界面张力的平衡，为恢复平衡，沟槽将进一步加深，直至渗碳体溶断。
（4）当奥氏体化不充分时，也会以未溶颗粒状渗碳体作为形核核心，直接形成球状珠光体。
4. 分析影响珠光体转变动力学的因素。
答：1.Ｐ转变的形核率与长大速度。与温度的关系：随温度降低先增后减，550oC 达最大值。与时间的关系：I 随等温时间增大而增大，随时间延长，晶界上形核位置达到饱和，Ｉ急剧下降到零；v 与时间无关。
2.形核率
???? ???+=-KT G Q L N I *i
3-exp )/(δν 为界面厚度，L 晶粒平均直径，i=0,1,2分别表示界隅，界线，界面，Q 为原子扩散激活能，v 为原子振动频率。
3. 形核率与长大速度
()KT Q KT G V
/-exp ?=δνν
与温度的关系：随温度降低先增后减，550oC 达最大值与时间的关系：I 随等温时间增大而增大，随时间延长，晶界上形核位置达到饱和，Ｉ急剧下降到零；v 与时间无关
5. 过冷奥氏体在什么条件下形成片状珠光体？在什么条件下形成粒状珠光体？
答：（1）共析碳钢加热奥氏体化后缓慢冷却，在稍低于A 1（727℃）温度时奥氏体将分解成为铁素体与渗碳体的混合物，即珠光体，其典型形态呈片状或层状。其片层间距主要取决于珠光体的形成温度，同时也受合金元素的影响。（2）将片状珠光体加热至略高于A 1点的温度，在此温度下保温，即经过球化退火处理，使片状渗碳体球状化就得到粒状珠光体。
6. 相间析出和珠光体共析转变有什么关系？
答：相间析出是由于过冷奥氏体分解温度较低，原子扩散较慢，尤其是Nb 、V
等原子扩散速度慢，但
形核率高，因为形成碳化物极为细小的抑制组织形态，转变为（F+MC）的伪珠光体组织（左图）。
珠光体转变是指钢中过冷奥氏体在接近平衡态，即过冷度不大的条件下发生的共析转变。产物由铁素体和渗碳体体组成，通常呈片层状组织，称为珠光体（右图）。
由上述可知，相间析出和珠光体共析转变都是由过冷奥氏体形成，前者是非平衡状态下分解形成的伪共析产物，而后者是在平衡态发生的共析转变。两者的产物形貌不相同。
7. 在实际生产中，细化铁素体晶粒的方法有哪些？
答：控制过冷度：形核率和长大速度都与过冷度有关，过冷度增加，形核率与长大速度都增加，但两者的增加速度不同，形核率的增长率大于长大速度的增长率。在一般金属结晶时的过冷范围内，过冷度越大，晶粒越细小。
动态晶粒细化：对凝固的金属进行振动和搅动，一方面依靠从外面输入能量促使晶核提前形成，另一方面使成长中的枝晶破碎，增加晶核数目。目前已采取的方法有机械搅拌、电磁搅拌、音频振动及超声波振动等。利用机械或电磁感应法搅动液穴中熔体，增加了熔体与冷凝壳的热交换，液穴中熔体温度降低，过冷带增大，破碎了结晶前沿的骨架，出现了大量可作为结晶核的枝晶碎块，从而使晶粒细化。
变质处理：向金属液中添加少量活性物质，促进液体金属内部生核或改变晶体成长过程的一种方法，生产中常用的变质剂有形核变质剂和吸附变质剂。
8. 说明先共析相的析出形态对钢的力学性能的影响。
答：答：先共析相有三种形态，块状，网状，魏氏组织（针状先共析相+珠光体的复合组织）对于先共析铁素体：块状对性能无影响，网状使疲劳强度下降，针状使塑性下降，对于先共析渗碳体针状和网状都会使脆性增加，机械加工性能下降。
9.试分析实际生产中影响第二相粒子析出的主要因素，析出的第二相粒子对最终产品的组织性能有何影响。
答：影响第二相粒子析出的主要因素是：加热温度、第二相粒子在基体金属中的固溶度、第二相粒子在基体金属的固溶量、第二相粒子的性质。
在奥氏体化过程中，微合金碳氮化合物的固溶析出规律会直接影响到原始奥氏体晶粒的大小、晶粒均匀化程度及随后变形过程中的奥氏体再结晶规律。这就会对在随后的冷却过程中珠光体的形态、层片间距（片状珠光体）、强化相尺寸（粒状珠光体）以及组织均匀化程度产生影响，而强度、塑性、韧性、疲劳强度等主要的力学性能指标也会随着组织形态的变化而变化。
10. 试分析魏氏组织的形成条件及魏氏组织对钢的力学性能的影响。
答：焊接热影响区中的过热区，由于奥氏体晶粒长得非常粗大，这种粗大的奥氏体在较快的冷却速度下会形成一种特殊的过热组织，其组织特征为在一个粗大的奥氏体晶粒内会形成许多平行的铁素体(渗碳体)针片，在铁素体针片之间的剩余奥氏体最后转变为珠光体，这种过热组织称为铁素体(渗碳体)魏氏组织。
11. 在化学成分相同的情况下，试比较片状珠光体与粒状珠光体在性能上的差别。
答：片状珠光体是渗碳体（碳化物）和铁素体呈片状相间隔排列，粒状珠光体是铁素体基体上分布着碳化物颗粒。片状珠光体比粒状珠光体硬度高，如果下道工序要冷加工，有时要球化退火得到粒状珠光体。一些合金工具钢在淬火前也要经过球化处理。
由铁素体和粒状碳化物组成.它由过共析钢经球化退火或马氏体在650℃~A1温度范围内回火形成。其特征是碳化物成颗粒状分布在铁素体上。片状珠光体中的片状渗碳体，在高温退火中过程中破断，并形成颗粒状渗碳体分布在铁素体上，即成为粒状珠光体。
《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。
北科大《固态相变》12道练习题
《固态相变》课程12道复习题 北科大 chenleng老师 1.什么是一级相变？什么是二级相变？并举例说明。 ? 分类标志：热力学势及其导数的连续性。自由能和内能都是热力学函数，它们的第一阶导数是压力（或体积）和熵（或温度）等，而第二阶导数是比热、膨胀率、压缩率和磁化率等。 第一类相变（一级相变）：凡是热力学势本身连续，而第一阶导数不连续的状态突变，称为第一类相变。第一阶导数不连续，表示相变伴随着明显的体积变化和热量的吸放(潜热)。普通的气液相变、液固相变、金属和合金的多数固态相变、在外磁场中的超导转变，属于第一类相变。 第二类相变（二级相变）：热力学势和它的第一阶导数连续变化，而第二阶导数不连续的情形，称为第二类相变。这时没有体积变化和潜热，但膨胀率、压缩率和比热等物理量随温度的变化曲线上出现跃变或无穷的尖峰。超流、没有外磁场的超导转变、气液临界点、磁相变、合金中部分有序-无序相变，属于第二类相变。习惯上把第二类以上的高阶相变，通称为连续相变或临界现象。玻色-爱因斯坦凝结现象是三级相变。 按相变方式分类：形核长大型相变、连续型相变……<材基P595> 按原子迁移特征分类：扩散型相变、无扩散型相变 2.回答以下问题：（1）经典形核理论的均匀形核和非均匀形核的临界核心的曲 率半径哪个更大？为什么？（2）均匀形核和非均匀形核的临界核心形成功哪个更大，为什么？（3）均匀形核和非均匀形核的形核速率哪个更大，为什么？（4）经典形核理论对再结晶核心的形成是否适用，为什么？（5）两相转变的平衡温度与再结晶温度的本质有何区别，并给出解释。 ? 非均匀形核： （1）应该特别注意到，在相同的过冷度下，非均匀形核的临界曲率半径和均匀形核临界半径是相同的。 （2）非均匀形核时，因为和浸润角有关的f(θ)总是小于1，所以非均匀形核的临界形核功总比均匀形核小。 （3）在凝固时液相中都含有大量的形核靠背，例如盛放液体的容器模壁、液体中含的微小固态微粒等。所以，实际的凝固过程中非均匀形核率总比均匀
金 属 热 处 理 主讲 主讲 从善海从善海材冶学院金属材料工程系 1.热处理 热处理是将钢在固态下加热到预定的温度，保温一定的时间，然后以预定的方式冷却下来的一种热加工工艺，其工艺曲线如下图所示。 一、热处理及其作用 绪论 ℃ Ac 1 加热 Ac 3
●平衡脱熔沉淀 设A-B 二元合金，当成分为K 的合金被加热到t 1温度时，β相将全部溶入a 相中而成为单一的固溶体。若自t 1温度缓慢冷却至固溶度曲线MN 以下温度时，β相又将逐渐析出，这一过程称为平衡脱熔沉淀。 （二）平衡脱熔沉淀 在转变初期，新形成的两个微区之间并无明显的界面和成分的突变，上坡扩散，最终使一均匀固
二、不平衡转变 （一）伪共析转变 当奥氏体以较快冷速过冷到GS和ES的延 长线以下温度时（如图1-2中虚线），奥 氏体中同时析出铁素体和渗碳体。 亚共析钢或过共析钢从奥氏体状态快 温度以下，先共析相来不 速冷却到A r1 及析出，奥氏体直接转变为铁素体和 渗碳体（F+Fe C），这种转变称为伪 3 共析转变。 这种由非共析成分所获得的共析组织称为伪共析组织
期间过饱和固溶体便会自发地发生分解，从中逐渐析出不平衡脱熔沉淀或时效
b）伸缩型半共格（c）切变型半共格 （三）非共格晶面 当两相界面处的原子排列差异很大，即错配度很大时，其原子间的匹配关系便不再维持见，这种界面称为非共格界面。 （d、c ）非共格界面 二、两相间的晶体学关系 惯习面 惯习面通常以母相的晶面指数表示，如马氏体总是在奥氏体的面上形成，故 固态相变时新相与母相间往往存在 一定的取向关系，而且新相往往又 是在母相一定的晶面族上形成，这 种品面称为惯习面。 {} α′ 011 {} γ 111 // {} α′ 011 {} γ 111 马氏体的密排面与奥氏体的密排面 记着：
天津大学2008～2009学年第二学期期末考试试卷《合金固态相变》B卷答案 一、名称解释(10分，每题2分) 1. 回火马氏体:淬火钢在低温回火时得到的组织。 2. 回火脆性: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. 二次硬化现象:当M中K形成元素含量足够多时，500°C以上回火会析出合金碳化物，细小的弥散分布的合金K将使已经因回火温度升高而下降的硬度重新升高，故称二次硬化。 4. 晶粒度:设n为放大100倍时每645mm2(lin2)面积内的晶粒数，则下式中的N被用来表示晶粒大小的级别，被称为晶粒度。N=2N-1 5. 形状记忆效应:将某些金属材料进行变形后加热到某一特定温度以上时，能自动恢复原来形状的效应。 二、填空：(20分，每空0.5分) 1. M转变的切变模型有Bain模型，K-S模型，G-T模型。 2．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。 3．固相界面根据其共格性有共格界面，半共格界面，非共格界面，其中非共格界面的弹性应变能最小。 4．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。5．奥氏体是碳溶于γ－铁固溶体，碳原子位于八面体中心位置，钢中马氏体是 碳在α铁中的过饱和固溶体，具有体心立方点阵 6．影响钢的Ms点的最主要因素是碳含量，Ms随碳含量升高而降低。 7．一般退火采取的冷却方式为炉冷，正火的冷却方式为空冷，正火后强度略高于于退火后的强度，组织更细小。 8．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。 9．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）。 10．高碳钢为了改善其切削加工性能，淬火后进行高温回火，工业中也称为派登处理。11．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)。 12.常用的淬火介质中，淬火时伴随有物态变化的介质有：水，水溶液（油）等；没有物态变化的介质有熔盐，碱（熔融金属）等。 三、选择(20分，每题1分) 1.亚共析钢在AC3下加热后的转变产物为__c_。 (a) F (b) A (c) F+A (d) P+F 2. 由于形成F与Fe3C的二相平衡时，体系自由能最低，所以A只要在A1下保持足够长时间，就会得到__c__的二相混合物P。 (a)A+P (b)A+Fe3C (c)F+Fe3C (d)A+F 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．选出过冷奥氏体向贝氏体转变时的相变阻力__b,c_ (a)新相和母相的自由能差(b)两相间的表面能(c)弹性应变能(d)塑性应变能 5．亚共析钢的先共析铁素体是在__d__以上向奥氏体转变的。 (a) AC1 (b) T0 (c) A1 (d) AC3
1.推导Johnson-Meh方程。（已布置，此题不需做） 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？答：由热力学可知，在某种条件下，结晶能否发生，取决于固相的自由度是否低于液相的自由度，即?G =GS-GL＜；0 只有当温度低于理论结晶温度Tm 时，固态金属的自由能才低于液态金属的自由能，液态金属才能自发地转变为固态金属，因此金属结晶时一定要有过冷度。影响过冷度的因素：影响过冷度的因素：1）金属的本性，金属不同，过冷度大小不同；2）金属的纯度，金属的纯度越高，过冷度越大；3）冷却速度，冷却速度越大，过冷度越大。固态金属熔化时会出现过热度。原因：由热力学可知，在某种条件下，熔化能否发生，取决于液相自固态金属熔化时会出现过热度。原因：由度是否低于固相的自由度，即?G = GL-GS＜；0 只有当温度高于理论结晶温度Tm 时，液态金属的自由能才低于固态金属的自由能，固态金属才能自发转变为液态金属，因此金属熔化时一定要有过热度。 3.相变热力学条件是什么？答：金属固态相变的热力学条件： （1）相变驱动力：相变热力学指出，一切系统都有降低自由能以达到稳定状态的自发趋势。若具备引起自由能降低的条件，系统将由高能到低能转变转变，称为自发转变。金属固态相变就是自发转变，则新相自由能必须低于旧相自由能。新旧两相自由能差既为相变的驱动力，也就是所谓的相变热力学条件。 （2）相变势垒：要使系统有旧相转变为新相除了驱动力外，还要克服相变势垒。所谓相变势垒是指相变时改组晶格所必须克服的原子间引力。 金属固态相变的热力学作用：①为相变的发生提供动力；②明确相变发生所要克服的势垒，即激活能。 4.简述固态相变的主要特征。 答：⑴相界面：根据界面上新旧两相原子在晶体学上匹配程度的不同，可分为共格界面、半共格界面和非共格界面。⑵位向关系与惯习面：在许多情况下，金 属固态相变时新相与母相之间往往存在一定的位向关系，而且新相往往在母相一定的晶面上开始形成，这个晶面称为惯习面通常以母相的晶面指数来表示。⑶弹性应变能：金属固态相变时，因新相和母相的比容不同可能发生体积变化。但由于受到周围母相的约束，新相不能自由膨胀，因此新相与其周围母相之间必将产生弹性应变和应力，使系统额为地增加了一项弹性应变能。⑷过渡相的形成：当稳定的新相与母相的晶体结构差异较大时，母相往往不直接转变为自由能最低的稳定新相，而是先形成晶体结构或成分与母相比较接近，自由能比母相稍低些的亚稳定的过渡相。 ⑸晶体缺陷的影响：固态晶体中存在着晶界、亚晶界、空位及位错等各种晶体缺陷，在其周围点阵发生畸变，储存有畸变能。一般地说，金属固态相变时新相晶核总是优先在晶体缺陷处形成。 ⑹原子的扩散：在很多情况下，由于新相和母相的成分不同，金属固态相变必须通过某些组织的扩散才能进行，这时扩散便成为相变的控制因素。 5.固态相变的阻力是哪几项？答：新相与母相基体间形成界面所增加的界面能、新相与母相体积差所引起的弹性应变能、新相中亚结构的形成所需要的能量 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。 答：两相界面上，原子成一一对应的完全匹配，即界面上的原子同时处于两相晶 格的节点上，为相邻两晶体所共有，这种相界称为共格界面。完全共格、半完全共格、非共格。
《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。 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。 6）冷却时在不同温度下停留的影响
钛合金及其热解决工艺简述 宝鸡钛业股份有限公司：杨新林 摘要：本文对钛及其合金基本信息进行了简要简介，对钛几类固溶体划分进行了简述，对钛合金固态相变也进行了概述。重点概述了钛合金热解决类型及工艺，为之后生产实习中对钛合金热解决工艺结识提供指引。 核心词：钛合金，热解决 1 引言 钛在地壳中蕴藏量位于构造金属第四位,但其应用远比铜、铁、锡等金属滞后。钛合金中溶解少量氧、氮、碳、氢等杂质元素,使其产生脆性,从而妨碍了初期人们对钛合金开发和运用。直至二十世纪四五十年代,随着英、美及苏联等国钛合金熔炼技术改进和提高,钛合金应用才逐渐开展[5]。 纯钛熔点为1668℃,高于铁熔点。钛在固态下具备同素异构转变,在882.5℃以上为体心立方晶格β相,在882.5℃如下为密排六方晶格α相。钛 合金依照其退火后室温组织类型进行分类,退火组织为α相钛合金记为TAX,也 称为α型钛合金；退火组织为β相钛合金记为TBX,也称为β型钛合金；退火组织为α+β两相钛合金记为TCX,也称为α+β型钛合金,其中“X”为顺序号。国内当前钛合金牌号已超过50个,其中TA型26个,TB型8个以上,TC型15个以上[5]。 钛合金具备如下特点：
（1）与其她合金相比,钛合金屈强比很高,屈服强度与抗拉强度极为接近； （2）钛合金密度为4g/cm3,大概为钢一半,因而,它具备较高比强度； （3）钛合金耐腐蚀性能优良,在海水中其耐蚀性甚至比不锈钢还要好； （4）钛合金导热系数小,摩擦系数大,因而机械加工性不好； （5）在焊接时,钛合金焊缝金属和高热影响区容易被氧、氢、碳、氮等元素污染,使接头性能变坏。 在熔炼和各种加工过程完毕之后,为了消除材料中加工应力，达到使用规定性能水平，稳定零件尺寸以及去除热加工或化学解决过程中增长有害元素(例如氢)等,往往要通过热解决工艺来实现。钛合金热解决工艺大体可分为退火、固溶解决和时效解决三个类型。由于钛合金高化学活性,钛合金最后热解决普通在真空条件下进行。热解决是调节钛合金强度重要手段之一。 2 钛合金合金化特点 钛合金性能由Ti同合金元素间物理化学反映特点来决定，即由形成固溶体和化合物特性以及对α?β转变影响等来决定。而这些影响又与合金元素原子尺寸、电化学性质（在周期表中相对位置）、晶格类型和电子浓度等关于。但作为Ti合金与其他有色金属如Al、Cu、Ni 等比较，尚有其独有特点，如：（1）运用Tiα?β转变，通过合金化和热解决可以随意得到α、α+β和β相组织； （2）Ti是过渡族元素，有未填满d电子层，能同原子直径差位于±20％以内置换式元素形成高浓度固溶体；
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
固态相变论文 班级：材料08-01 姓名：郑国阔 学号：0808010130
金属固态相变理论研究的最新进展 摘要：已经研究形成一套金属固态相变理论，但有的知识陈旧，且存在错误，因此，开拓创新具有理论意义和应用价值。本文就钢的珠光体和贝氏体转变做了深入研究。通过分析得出钢中共析分解的新机制，对于“相间沉淀”机理做了新的解释，重申了珠光体的新概念。认为：珠光体是共析铁素体和共析渗碳体（或碳化物）构成的整合组织，不是机械化合物。珠光体的形核--长大是以界面扩散为主进行的相变，铁素体和渗碳体两相是共析共生，协同长大，不存在领先相；发现了珠光体转变在预先抛光的试样表面也具有浮凸效应；指出过渡性是贝氏体相变的主要特征，提出了贝氏体和贝氏体相变的新定义。认为以往的热力学计算不准，贝氏体铁素体的相变驱动力约为－905J/mol。提出了切变－扩散整合机制，贝氏体相变的晶核是单相BF，不是共析分解，贝氏体铁素体（BF）在贫碳区形核，是贫碳的γ→α的无扩散相变，不是切变过程，而是以界面替换原子热激活跃迁方式形核长大；钢中贝氏体碳化物（Bc）在γ/α相界面上形核，向奥氏体和铁素体中长大，最终被铁素体包围，是以原子热激活跃迁方式进行的相变。 关键词：固态相变；珠光体；贝氏体；界面扩散；热激活跃迁；扩散；切变；整合。 金属固态相变过程和相变机理极为复杂，而钢中的相变是金属相变中最为复杂的，各种相变机制也存在争议，在争论中金属固态相变理论不断更新和发展发展[1～7]。科学技术哲学告诉人们，自然物质的演化是从量变到质变的过程。应当把“奥氏体珠光体、贝氏体、马氏体”转变系列作为一个整合系统来研究。从整合机制和自组织功能方面以系统整合的方法进行研究。 21世纪以来，奥氏体的形成、马氏体相变和回火转变研究欠活跃，进展缓慢，本文主要介绍珠光体转变和贝氏体相变的最新进展情况。 珠光体是钢中发现比较早的组织，20世纪上半叶对珠光体转变理论进行了大量的研究工作，但60~80年代在马氏体和贝氏体研究的热潮中，珠光体相变的研究被冷落。80年代以后，索氏体组织及在线强化；非调质钢取代调质钢；高强度冷拔钢丝的研究开发等，使珠光体转变的研究有了一定的新进展。但是，共析分解的许多问题实际上并没有真正搞清楚。本文就珠光体的定义、共析分解机理；领先相问题；相间沉淀等阐述其新理论、新认识。 20世纪50年代柯俊第一次对贝氏体相变的本质进行了研究。60年代末，美国冶金学家H.I.Aaronson等学者从能量上否定贝氏体转变的切变可能性。贝氏体相变机制方面形成了切变机制、扩散－台阶机制，切变－扩散复合机制等，并且经历了长达30多年的论争。进入21世纪以来，刘宗昌等人提出了切变－扩散整合机制。继承各类学术观点之所长，开拓创新，实现各类学术观点的整合，以便促进贝氏体相变理论的发展。 1. 珠光体转变新理论 20世纪80年代电镜观察发现了珠光体组织中的长大台阶，提出了台阶转变机制。近年来，作者本人依据对共析分解机理和珠光体本质的研究，发表了
目录 1.1前言 (1) 1.1.1铝合金研究概况 (1) 1.1.2喷射成型技术基本原理及特点 (1) 2.1铝铜合金强化机制 (2) 3.1 AI-Cu-Mg合金中的相变机理 (3) 3.1.1AI-Cu合金的脱溶沉淀 (3) 3.2 AI-Cu-Mg合金中的其他相变机理 (4) 3.2.1引入位错在合金中的相变机理 (4) 3.2.2AI-Cu-Mg合金中的相变热力学机理 (5) 3.2.3空位在AI-Cu-Mg合金中的相变机理 (6) 参考文献
摘要 喷射成形制备超高强铝合金具有密度低，比强度高等特点，在航空航天工业中被广泛用作结构材料。铝合金中的固态相变对合金的强化有很大影响。本文简单介绍了喷射成型制备超高强铝合金的发展概况和铝铜合金的强化机制，并介绍了铝合金中常见的固态相变类型。 关键词：铝铜合金形，喷射成形，固态相变，脱溶沉淀，位错
喷射成形制备超高强铝合金的强化机理 1.1前言 1.1.1铝合金研究概况 铝合金具有密度低、比强度高、韧性好耐腐蚀等优点, 在航空航天工业中被广泛用作结构材料。但是传统的铸锭冶金技术已经无法满足航空、航天工业对铝合金在使用性能方面日益增长的要求, 于是各种新型材料制备技术应运而生。高强铝合金(2000系, 7000系) 以其优异的综合性能在商用飞机的使用量已经达到其结构重量的80% 以上因此得到国内外航空工业界的普遍重视。但是传统的材料制备工艺已经无法满足现代航空航天技术对高强铝合金性能的使用要求。研究发现, 采用喷射形成技术可以避免普遍铸造合金中粗大晶粒的出现, 同时对冶金质量(Fe, Si 含量) 的要求大幅度放宽。与粉末冶金工艺相比, 喷射成形技术解决了材料氧化严重及难于成形的问题, 因此可以进一步降低成本并提高材料性能。喷射成形其主要原理在于: 熔融金属或合金液在保护性气氛中被雾化成弥散分布的液态微滴(雾化方法可以是高压气体雾化或机械离心雾化) , 雾化后的液滴在高压气体或离心力的作用下,喷射到具有不同运动方式的金属基底表面, 形成半固态薄层。经过雾化喷射过程中雾滴与气体的对流换热及沉积坯与基底的热传导, 金属或合金液迅速冷却, 从而凝固成具有不同形状和较高致密度的喷射成形金属实体。该工艺将金属的雾化过程及雾化后液滴的沉积和成形过程两个阶段结合在一起, 只经一道工序即可制备出结构致密、无宏观偏析、含氧量低的铝合金材料[1] [2]。 1.1.2喷射成型技术基本原理及特点 喷射成形是以快速凝固技术的代表技术—粉末冶金技术的发展，同时也是一种新的液态成形技术。其原理是将熔融金属雾化、并直接喷射到较冷的衬底表面上，熔滴在沉积器表面附着、堆积、铺展、融合、固结而形成具有快速凝固组织特征的沉积坯件。对于每个微小的金属单元而言，在短暂的时间内发生并完成这样一个复杂的过程，而整个金属熔液则分批、连续的经历这个过程，最后得到大尺寸的快速凝固坯锭。整个喷射沉积过程，可以直观地分为金属液释放、雾化、
西南交通大学研究生2013 －2014 学年第(II)学期考试试卷 课程代码 0805021202a 课程名称 材料热力学与固态相变 考试时间 90 分钟 阅卷教师签字： 材料热力学部分 一、 基本概念题（请按照热力学与材料科学的基本理论正确叙述下列概念（对））（30分，每题10分） 1、 拉乌尔定律 2、 热焓与熵 3、 化学位与物相平衡 院 系 学 号 姓 名 密封装订线 密封装订线 密封装订线
二、简答题（30分，每题10分） 1、假设有一孤立体系：10摩尔处于-10℃的过冷水，在一个大气压下，将自发转变 为固态冰，同时放出结晶潜热使体系升温（没有热量损失），欲计算转变结束时，该体系的最终温度，若为两相共存，则如何计算水和冰的比例（摩尔比），请设计计算框图。（假定已知水的结晶潜热、液态水和固态冰的恒压比热容，不用计算。） 2、若A、B两组元可以形成稳定的中间相（即合金化合物AnBm），请根据热力学 理论，解释端际固溶体（A固溶B或B固溶A）的最大溶解度与合金化合物AnBm 的稳定性之间的定性关系。
3、根据体系与环境的关系，简单说明何为开放体系、何为封闭体系，何为孤立体 系？ 三、综合分析题（40分，每题20分）
2、单相体系热力学计算（误差在±50K以内15分，±5K以内 18分，±0.5K以内19分，±,0.05K以内20分）（要求列出详细计算过程） 某液态金属的蒸气压随温度变化的关系式为： lgp（atm）=（-6600/T）-1.0 lgT + 9 其固体的蒸气压随温度的变化关系为： lgp（atm）=（-6700/T）-0.9 lgT + 9 求：（1）在一个大气压下该液态金属的沸点（大于1000K）； （2）三相点温度（小于1000K）。
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 / 3
钛合金及其热处理工艺简述 钛业股份：新林 摘要：本文对钛及其合金的基本信息进行了简要介绍，对钛的几类固溶体划分进行了简述，对钛合金固态相变也进行了概述。重点概述了钛合金的热处理类型及工艺，为之后生产实习中对钛合金的热处理工艺认识提供指导。 关键词：钛合金，热处理 1 引言 钛在地壳中的蕴藏量位于结构金属的第四位,但其应用远比铜、铁、锡等金属滞后。钛合金中溶解的少量氧、氮、碳、氢等杂质元素,使其产生脆性,从而妨碍了早期人们对钛合金的开发和利用。直至二十世纪四五十年代,随着英、美及联等国钛合金熔炼技术的改进和提高,钛合金的应用才逐渐开展[5]。 纯钛的熔点为1668℃,高于铁的熔点。钛在固态下具有同素异构转变,在882.5℃以上为体心立方晶格的β相,在882.5℃以下为密排六方晶格的α相。钛 合金根据其退火后的室温组织类型进行分类,退火组织为α相的钛合金记为TAX,也称为α型钛合金；退火组织为β相的钛合金记为TBX,也称为β型钛合金；退火组织为α+β两相的钛合金记为TCX,也称为α+β型钛合金,其中的“X”为顺序号。我国目前的钛合金牌号已超过50个,其中TA型26个,TB型8个以上,TC 型15个以上[5]。 钛合金具有如下特点： （1）与其他的合金相比,钛合金的屈强比很高,屈服强度与抗拉强度极为接近； （2）钛合金的密度为4g/cm3,大约为钢的一半,因此,它具有较高的比强度； （3）钛合金的耐腐蚀性能优良,在海水中其耐蚀性甚至比不锈钢还要好； （4）钛合金的导热系数小,摩擦系数大,因而机械加工性不好；
（5）在焊接时,钛合金焊缝金属和高热影响区容易被氧、氢、碳、氮等元素污染,使接头性能变坏。 在熔炼和各种加工过程完成之后,为了消除材料中的加工应力，达到使用要求的性能水平，稳定零件尺寸以及去除热加工或化学处理过程中增加的有害元素(例如氢)等,往往要通过热处理工艺来实现。钛合金热处理工艺大体可分为退火、固溶处理和时效处理三个类型。由于钛合金高的化学活性,钛合金的最终热处理通常在真空的条件下进行。热处理是调整钛合金强度的重要手段之一。 2 钛合金的合金化特点 钛合金的性能由Ti同合金元素间的物理化学反应特点来决定，即由形成的固溶体和化合物的特性以及对α?β转变的影响等来决定。而这些影响又与合金元素的原子尺寸、电化学性质（在周期表中的相对位置）、晶格类型和电子浓度等有关。但作为Ti合金与其它有色金属如Al、Cu、Ni 等比较，还有其独有的特点，如： （1）利用Ti的α?β转变，通过合金化和热处理可以随意得到α、α+β和β相组织； （2）Ti是过渡族元素，有未填满的d电子层，能同原子直径差位于±20％以的置换式元素形成高浓度的固溶体； （3）Ti及其合金在远远低于熔点的温度中能同O、N、H、C等间隙式杂质发生反应，使性能发生强烈的改变； （4）Ti同其它元素能形成金属键、共价键和离子键固溶体和化合物。 Ti合金合金化的主要目的是利用合金元素对α或β相的稳定作用，来控制α和β相的组成和性能。各种合金元素的稳定作用又与元素的电子浓度（价电子数与原子的比值）有密切关系，一般来说，电子浓度小于4的元素能稳定α相，电子浓度大于4的元素能稳定β相，电子浓度等于4的元素，既能稳定α相，也能稳定β相。 工业用Ti合金的主要合金元素有Al、Sn、Zr、V、Mo、Mn、Fe、Cr、Cu和Si 等，按其对转变温度的影响和在α或β相中的固溶度可以分为三大类：α稳定元素、β稳定元素、中性元素[6,7]。
钛合金及其热处理工艺简述 宝鸡钛业股份有限公司：杨新林 摘要：本文对钛及其合金的基本信息进行了简要介绍，对钛的几类固溶体划分进行了简述，对钛合金固态相变也进行了概述。重点概述了钛合金的热处理类型及工艺，为之后生产实习中对钛合金的热处理工艺认识提供指导。 关键词：钛合金，热处理 1 引言 钛在地壳中的蕴藏量位于结构金属的第四位,但其应用远比铜、铁、锡等金属滞后。钛合金中溶解的少量氧、氮、碳、氢等杂质元素,使其产生脆性,从而妨碍了早期人们对钛合金的开发和利用。直至二十世纪四五十年代,随着英、美及苏联等国钛合金熔炼技术的改进和提高,钛合金的应用才逐渐开展[5]。 纯钛的熔点为1668℃,高于铁的熔点。钛在固态下具有同素异构转变,在882.5℃以上为体心立方晶格的β相,在882.5℃以下为密排六方晶格的α相。钛合金根据其退火后的室温组织类型进行分类,退火组织为α相的钛合金记为TAX,也称为α型钛合金；退火组织为β相的钛合金记为TBX,也称为β型钛合金；退火组织为α+β两相的钛合金记为TCX,也称为α+β型钛合金,其中的“X”为顺序号。我国目前的钛合金牌号已超过50个,其中TA型26个,TB型8个以上,TC 型15个以上[5]。 钛合金具有如下特点： （1）与其他的合金相比,钛合金的屈强比很高,屈服强度与抗拉强度极为接近； （2）钛合金的密度为4g/cm3,大约为钢的一半,因此,它具有较高的比强度； （3）钛合金的耐腐蚀性能优良,在海水中其耐蚀性甚至比不锈钢还要好； （4）钛合金的导热系数小,摩擦系数大,因而机械加工性不好； （5）在焊接时,钛合金焊缝金属和高热影响区容易被氧、氢、碳、氮等元素污染,使接头性能变坏。 在熔炼和各种加工过程完成之后,为了消除材料中的加工应力，达到使用要求的性能水平，稳定零件尺寸以及去除热加工或化学处理过程中增加的有害元素(例如氢)等,往往要通过热处理工艺来实现。钛合金热处理工艺大体可分为退火、固溶处理和时效处理三个类型。由于钛合金高的化学活性,钛合金的最终热处理通常在真空的条件下进行。热处理是调整钛合金强度的重要手段之一。
*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）
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