材料热力学与固态相变研究生试题-20131115

一、名称解释（10分，每题2分）1.冋火马氏体答：淬火钢在低温回火吋得到的组织。

2.回火脆性答：随冋火温度升高，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，軔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吋，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。

这些非平衡的粗品有序组织（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賈或加热到一定温度下保持一段时间，使得溶质原子在同溶体点阵中的一定区域内析山、聚集、形成新相，引起合金的组织和性能的变化称为吋效。

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，能自动回复到原來的形状的效应。

6.二次硬化现象当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将使己经因回火温度升高而下降的硬度重新升高，故称二次硬化。

7.晶粒度设n为放大10（）倍时每645mm2（lin2）而积P、j的晶粒数，则下式屮的N被用来表示晶粒大小的级别，被称为晶粒度。

N=2N-1二、填空：（20分，每空0.5分）1.马氏体转变时K-S关系是指{110} a ’| {111} y （晶面关系）,< 111 > u ’ |< 110〉y （晶向关系）o2.奥氏体是碳溶于丫一Fe固溶体，碳原子位于八面体屮心位置，钢中马氏体是碳溶于a 一Fe 过饱和固溶体，具有体心正方点阵点阵。

3.固相界面根据其共格性有选搔，半共格，非共格，其巾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屮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PJ•结晶。

5.由淬火吋造成的三类内应力在回火吋，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••笫H类应力，原因是M分解，造成碳原子析出；第X类应力，原因是碳化物的析出;第二类应力，原因是a相再结晶o6.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）。

第二章1、钢中奥氏体的点阵结构，碳原子可能存在的部位及其在单胞中的最大含量。

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。

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在一定的加热速度围，临界点随加热速度增大而升高。

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.。

固态相变原理考试试题+答案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：，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。

1. 从热力学角度分析固态相变的主要特征并与液固相变进行比较。

答：从热力学角度来说，固态相变与液固相变相比，一些规律是相同的，其共同点是：相变驱动力都是新旧两相之间的自由能差；相变都包含形核与长大两个基本的过程。

而二者在相变特点上的区别在于固态相变的母相为固体，其具有确定形状、有较高切变强度、内部原子按点阵规律排列，并且不同程度地存在着成分不均匀的结构缺陷。

相变以晶体为母相，必然与液固相变相比存在一系列新的特征。

具体变现在以下几方面：(1) 相变驱动力来源于两相自由能之差，差值越大，越有利于转变的进行。

相变阻力大 固态相变与固液相变相比，相变阻力更大是因为多出了一项应变能和扩散更难进行。

(2) 新相晶核与母相之间存在一定的晶体学位向关系；新相的某一晶面和晶向分别与母相的某一晶面、晶向平行。

(3) 惯习现象：新相沿特定的晶向在母相特定晶面上形成( 沿应变能最小的方向和界面能最低的界面 )。

通过降低界面能和应变能而减小相变阻力是惯习现象出现的原因。

(4) 母相晶体缺陷促进相变：固态金属中存在各种晶体缺陷，如位错、空位、晶界和亚晶界等。

母相中存在缺陷，由于缺陷周围有晶格畸变，自由能较高，在此处形成同样大小的晶核比其他区域获得更大的驱动力，新相晶核往往优先在这些缺陷处形成。

母相晶粒越细小，晶界越多，晶内缺陷越多，形核率越高，转变速度越快。

(5) 易出现过渡相：过渡相是一种亚稳定相，其成分和结构介于新相和母相之间。

因为固态相比阻力大，原子扩散困难，尤其是当转变温度较低，新、旧相成分相差较远时，难以形成稳定相。

过渡相是为了克服相变阻力而形成的一种协调性的中间转变产物。

通常是现在母相中形成与母相成分接近的过渡相，然后在一定条件下由过渡相逐渐转变为自由能最低的稳定相。

界面能增加额外弹性应变能：比体积差 扩散困难（新、旧相化学成分不同时）2. 结合综合转变动力学曲线，从进行条件，组织形态特征，精细结构，相变机制，力学性能及其实际应用等方面，对比性的分析钢中的固态相变。

材料热力学与固态相变研究生试题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 分钟密封装订线题号得分一二三四五六七八九十总成绩名姓线订装封号密学线订装系封密院阅卷教师签字：材料热力学部分一、基本概念题）1、拉乌尔定律2、热焓与熵3、化学位与物相平衡 1 二、简答题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，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，请设计计算框图。

2、若A、B两组元可以形成稳定的中间相，请根据热力学理论，解释端际固溶体的最大溶解度与合金化合物AnBm的稳定性之间的定性关系。

2 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1、计算下列反应在能够发生的临界氢气分压p(H2)。

Ti+H2-----→ TiH2 假设该反应可以正向进行，那么对于此反应，它的吉布斯自能的表达式如下：????rGm(T)??rHm(T)?T?rSm(T )...(2)(p?)?rGm(p,T)??rG(T)?RTlnK,其中K?...(1)p(H2)?m?? ? rHm(T)??rHm()???rCp,mdT...(3) ??(T)??r Sm()?? ??rCp,mTdT...(4)Cp，m=a+b*10-3T3 表 1 H2、Ti、TiH2的热力学基本参数各物质的热力学参数Ti(s) H2(g) a b HΘ () (KJ/mol) SΘ()(J/℃-) TiH2(s) -004 2、单相体系热力学计算某液态金属的蒸气压随温度变化的关系式为：lgp=- lgT + 9 其固体的蒸气压随温度的变化关系为：lgp=- lgT + 9 求：在一个大气压下该液态金属的沸点；三相点温度。

一、金属固态相变有哪些主要特征？哪些因素构成相变阻力？哪些构成相变驱动力？十、奥氏体晶核优先在什么地方形成？为什么？十一、简述珠光体转变为奥氏体的基本过程。

十二、什么是奥氏体的本质晶粒度、起始晶粒度和实际晶粒度，说明晶粒大小对钢的性能的影响。

十三、什么是珠光体的纵向长大和横向长大？为什么说珠光体的纵向长大受碳原子在奥氏体中的扩散所控制？十四、马氏体转变有哪些主要特点？十五、影响Ms点的主要因素有哪些？十六、什么是奥氏体稳定化现象？热稳定化和机械稳定化受哪些因素的影响？十七、 Md点的物理意义是什么？应力诱发马氏体转变在什么条件下发生？十八、简述上贝氏体和下贝氏体的形貌特征，形成条件及性能差别。

十九、试述亚共析钢和过共析钢淬火加热温度的选择原则。

为什么过共析钢淬火加热温度不能超过Accm线？二十、有物态变化的淬火介质的冷却特性和冷却机理如何？二十一、热应力、组织应力和比容差造成的变形趋向如何？二十二、简述钢中板条马氏体和片状马氏体的形貌特征和亚结构，并说明它们在性能上的差异。

二十三、试比较贝氏体转变与珠光体转变的异同点。

二十四、简述碳钢在回火时的组织转变过程及相应性能变化。

二十五、简述合金元素对于回火转变的影响。

二十六、何为第一类回火脆性和第二类回火脆性?如何消除？二十七、什么是二次硬化？二十八、举出三种淬火方法，并说明其优缺点。

二十九、什么是淬火临界冷却速度？三十、什么是钢的IT图？三十一、碳与合金元素对珠光体转变动力学有何影响？三十二、钢的等温TTA图是什么？如何测定？图中各条曲线代表什么？三十三、什么是钢的淬透性、淬硬性？影响钢的淬透性、淬硬性及淬透层深度的因素是什么？三十四、简述退火的目的和种类。

三十五、什么是正火？目的如何？有何应用？三十六、退火和正火的主要差别是什么？三十七、简述钢的气体渗碳原理。

三十八、试比较钢经渗碳和氮化后渗层的强化机理。

三十九、简述时效的一般过程和时效硬化机制。

四十、不连续脱溶与珠光体转变有何相同点和不同点。

西南交通大学研究生2015 －2016 学年第(I)学期考试试卷课程代码 60933002 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（请按照热力学理论对下列概念（对）进行阐述）（30分，每题10分） 1、 吉布斯自由焓与熵2、 状态与状态函数3、 亨利定律与规则溶液院 系 学 号 姓 名密封装订线 密封装订线 密封装订线二、 简答题（25分）1、如何正确理解热力学封闭体系。

（10分）2、 1mol 某单质，其熔点为400K ，熔化热ΔH m 为600KJ/mol ，试求其在恒定350K 下结晶时的热焓变化ΔH 、自由焓变化ΔG ，以及熵的变化ΔS 。

并依据热力学定律说明这一转变是否是自发的转变？（已知该物质液固两相的恒压热容差为ΔC p = C l p -C S p =10J/(mol.K)）（15分）附：吉布斯.亥姆霍兹(Gibbs-Helmholtz ）方程： Kirchhoff 方程：dT T H TG d T T2θθ∆-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆dTC H d p T ∆=∆θ三、 综合分析计算题（45分）（5分） 附录：dTC H d p T ∆=∆θ2、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21分，±,0.05K以内24分）（要求列出详细计算过程）某固体的蒸气压随温度的变化关系为：lgp（atm）=（-6750/T）-0.93 lgT + 9.0求：在一个大气压下该固态金属的升华点。

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。

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。

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。

固态相变习题与参考解答1、解释下列名词：自扩散：是在纯金属中的原子或固溶体中的溶质原子由一个平衡位置迁移到另一个平衡位置的单纯由热运动引起的扩散现象。

化学扩散：间隙扩散：间隙扩散是扩散原子在点阵的间隙位置之间跳迁而导致的扩散。

间隙固溶体中溶质原子半径较小，间隙位置数目较多，易发生间隙扩散。

置换扩散：置换扩散以原子跳动到邻近空位的方式进行，因此认为置换扩散也应该是通过单独跳动机制进行的。

它与间隙扩散的区别在于跳动是通过空位进行的，即扩散机制是一种空位扩散机制。

互扩散：是溶质原子和溶剂原子同时存在迁移的扩散。

严格来讲，大部分合金系统的原子扩散都是互扩散。

晶界扩散：熔化的钎料原子沿着母材金属的结晶晶界的扩散现象。

晶界扩散所需要的激活能比体扩散小，因此，在温度较低时，往往只有晶界扩散发生。

而且，越是晶界多的金属，越易于焊接，焊接的机械强度也就越高。

上坡扩散：原子扩散的驱动力是化学位。

在一般情况下，总是从浓度高处向浓度低处扩散，这叫顺扩散，但有时也会发生从浓度低处向浓度高处扩散的现象，成为逆扩散，即上坡扩散。

2、什么叫原子扩散和反应扩散 ?原子扩散是一种原子在某金属基体点阵中移动的扩散。

在扩散过程中并不产生新相，也称为固溶体扩散。

扩散物质在溶剂中的最大浓度不超过固溶体在扩散温度下的极限浓度，原子扩散有自扩散，异扩散和互扩散三类。

扩散过程不仅会导致固溶体的形成和固溶体成分的改变，而且还会导致相的多形性转变或化合物的形成。

这种通过扩散而形成新相的现象称为反应扩散，也叫相变扩散。

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。

问答题1、简述热力学第一定律、热力学第二定律、热力学第三定律的内容及应用。

2、简述熵判据、亥姆赫兹函数判据和吉布斯函数判据的内容及使用条件3、请说明为什么纯金属（纯铁材料除外）加热的固态相变是由密排结构到疏排结构的变/link?url=TB3ynKTakLolx53PSt3lqIRlj9i0a7uxwlSvLchHRQzuXIqwFkc-ZsPauEoTMKUnLgq1B_IkWu-KihBIe8zx2YpCnkxGhYX9TYHlyKCPuSy室温下为铁磁性金属在超过居里温度将变为顺磁性，自发磁化消失物质由铁磁态变化到顺磁态的过程伴随着自由能的变化4、请说明为什么固相与气相或液相之间平衡时，相平衡温度T 与压力P 之间的关系是指数关系；而固相与液相之间平衡时，相平衡温度T 与压力P 之间的关系是直线关系5、对于一个二元体系A-B ，试简述相互作用能I AB 的意义，以及I AB 值对A-B 二元正规溶体体系吉布斯自由能-组分关系图形状以及A 、B 在溶体中微观存在状态的影响？T=0时i=0.自由能曲线倾斜的直线，0>i 自由能曲线向下的曲线i >0，自由能曲线向上的曲线T >0时i ≦0，向下凹曲线。

在绝大多数情况下，Gm-X 曲线都是单调向下弯曲的形状。

在i >0，T 不太高时，向上凸的曲线且两个拐点6、试简述多元体系中化学位和活度的意义，并说明为什么在一些固溶体中会发生上坡扩散的原因？7、试简述两相平衡条件的热力学条件、意义，对于两种或者两种以上物相存在的二元体系吉布斯自由能-组分关系图中如何确定相平衡条件啊和范围，以及上述方法的日力学原理；8、物相尺度影响其在溶体中的溶解度，晶体材料中出现晶界偏析的原因和热力学原理 P m GG G -=∆9简述固体热容的杜隆-普替定律，爱因斯坦，德拜模型中材料的热容随温度的变化规律，以及比较各自的优缺点杜隆-普替定律：温度较高Cv=3R 定值。

材料热力学习题答案材料热力学习题答案热力学是研究物质的能量转化和能量传递规律的科学。

在材料科学中，热力学是一个重要的分支，它可以帮助我们理解材料在不同条件下的性质和行为。

在学习热力学的过程中，我们经常会遇到一些习题，下面我将给出一些常见材料热力学习题的答案。

1. 问题：在常压下，将1mol的水从25℃加热到100℃，需要吸收多少热量？答案：要计算这个问题，我们可以使用热容的概念。

热容是物质在单位温度变化下吸收或释放的热量。

对于水来说，其热容为4.18J/(g℃)。

首先，我们需要知道水的质量，由于1mol的水的摩尔质量为18g/mol，因此1mol的水的质量为18g。

接下来，我们需要计算水的温度变化，即100℃-25℃=75℃。

最后，我们可以使用公式Q=mCΔT来计算所需吸收的热量，其中Q是热量，m是质量，C是热容，ΔT是温度变化。

代入数值得到Q=18g×4.18J/(g℃)×75℃=5613J。

2. 问题：在恒定温度下，气体的体积与压力之间的关系是什么？答案：根据热力学的理论，理想气体的体积与压力成反比。

这可以用理想气体状态方程PV=nRT来解释，其中P是压力，V是体积，n是物质的摩尔数，R是气体常数，T是温度。

根据这个方程，当温度保持不变时，如果压力增加，体积将减小，反之亦然。

这种关系被称为波义尔定律。

3. 问题：在材料科学中，什么是熵？答案：熵是热力学中的一个重要概念，它用于描述物质的无序程度。

熵可以理解为系统的混乱程度或无序程度。

根据热力学的第二定律，系统的熵总是趋向于增加，即系统总是朝着更高的熵状态发展。

当物质从有序状态转变为无序状态时，熵会增加。

例如，当固体融化成液体，或者液体蒸发成气体时，系统的熵会增加。

熵在材料科学中起着重要的作用，可以帮助我们理解材料的相变行为和稳定性。

4. 问题：什么是自由能？答案：自由能是热力学中另一个重要的概念，它用于描述系统的稳定性和可逆性。

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。

资料范本本资料为word版本，可以直接编辑和打印，感谢您的下载金属固态相变原理习题及解答地点：__________________时间：__________________说明：本资料适用于约定双方经过谈判，协商而共同承认，共同遵守的责任与义务，仅供参考，文档可直接下载或修改，不需要的部分可直接删除，使用时请详细阅读内容第二章1、钢中奥氏体的点阵结构，碳原子可能存在的部位及其在单胞中的最大含量。

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。

材料科学基础习题叶荷 11及材料班2013-1-10 第三章二元合金相图和合金的凝固一、名词：相图：表示合金系中的合金状态与温度、成分之间关系的图解。

匀晶转变：从液相结晶出单相固溶体的结晶过程。

平衡结晶：合金在极缓慢冷却条件下进行结晶的过程。

成分起伏：液相中成分、大小和位置不断变化着的微小体积。

异分结晶：结晶出的晶体与母相化学成分不同的结晶。

枝晶偏析：固溶体树枝状晶体枝干和枝间化学成分不同的现象。

共晶转变：在一定温度下，由—定成分的液相同时结晶出两个成分一定的固相的转变过程。

脱溶：由固溶体中析出另一个固相的过程，也称之为二次结晶。

包晶转变：在一定温度下，由一定成分的固相与一定成分的液相作用，形成另一个一定成分的固相的转变过程。

成分过冷：成分过冷：由液相成分变化而引起的过冷度。

二、简答：1. 固溶体合金结晶特点？答：异分结晶；需要一定的温度范围。

2. 晶内偏析程度与哪些因素有关？答：溶质平衡分配系数k0；溶质原子扩散能力；冷却速度。

3. 影响成分过冷的因素？答：合金成分；液相内温度梯度；凝固速度。

4. 相图分折有哪几步？答：以稳定化合物为独立组元分割相图并分析；熟悉相区及相；确定三相平衡转变性质。

三、绘图题绘图表示铸锭宏观组织三晶区。

四、书后习题1、何谓相图？有何用途？答：相图：表示合金系中的合金状态与温度、成分之间关系的图解。

相图的作用：由相图可以知道各种成分的合金在不同温度下存在哪些相、各个相的成分及其相对含量。

2、什么是异分结晶？什么是分配系数？答：异分结晶：结晶出的晶体与母相化学成分不同的结晶。

分配系数：在一定温度下，固液两平衡相中溶质浓度之比值。

3、何谓晶内偏析？是如何形成的？影响因素有哪些？对金属性能有何影响，如何消除？答：晶内偏析：一个晶粒内部化学成分不均匀的现象形成过程：固溶体合金平衡结晶使前后从液相中结晶出的固相成分不同，实际生产中，液态合金冷却速度较大，在一定温度下扩散过程尚未进行完全时温度就继续下降，使每个晶粒内部的化学成分布均匀，先结晶的含高熔点组元较多，后结晶的含低熔点组元较多，在晶粒内部存在着浓度差。

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（ 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， 其中（ ）界面能最低， （ 固态相变的阻力为（ 平衡相变分为（ ）、（ 非平衡相变分为（ ） 固态相变的分类，按热力学分类：） ）和（ ）改变时， 4、 5、 6、7、 （ 8、分别为（ 应变能最低。

）及（ ）、（）、 ）、（ ） ）的变化。

）。

）、（ ）。

）。

）。

），） ）；按生长方式分类（ ）体积应变能最小。

C 球状 ）、 ））；按原子迁动方式不同分类： ）。

在体积相同时，新相呈（ A .碟状（盘片状） B.针状 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 C. 能量起伏、价键起伏、相起伏 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. 相起伏、浓度起伏、结构起伏D. 浓度起伏、价键起伏、结构起伏 ） 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（绘图说明共析钢奥氏体的形成过程。

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？ 简述连续加热时奥氏体转变的特点。