固态相变原理考试复习

绪论一、相:是成分相同、结构相同、有界面同其他部分分隔的物质均匀组成部分； 相变:相变是当外界约束（温度或压强）作连续变化时，在特定条件（温度或压强达到某定值）下，物相所发生质突变。

二、物相的突变体现在那些方面？（1）从一种结构变化为另一种结构，例如：液相——固相；固相中不同晶体结构之间的转变奥氏体（A ）（2）化学成分的不连续变化：例如固溶体的脱溶分解（3）某种物理性质的跃变：金属——非金属转变；顺磁体——铁磁体转变三、相变解决什么问题？（1）相变为何会发生？（热力学、动力学问题）（2）相变是如何进行的？（相变机理——与扩散、切变、位错等相关的理论）四、相变采取的措施和意义4.1、常用措施热处理－加热：温度、速度，保温时间－冷却：速度、方式--环境：磁场、电场、力场原理：解决有哪些相变，相变条件、机理、特征工艺：解决如何实现这些相变从而达到预期的性能4.2、研究相变的意义掌握金属材料固态相变的规律，就可以采取措施（如特定的加热和冷却工艺）控制相变过程以获得所预期的组织和性能，从而使之具有所预期的性能，最大限度地发挥现有金属材料的潜力，并可以根据性能要求开发出新型材料第一章扩散基础第二章固态相变基本规律一、基本概念1、界面 根据界面上新旧两相原子在晶体学上匹配程度不同，两相界面分为： 共格…δ≤0.05界面类型半共格…0.05~0.25之间非共格…δ≥0.252.1、扩散型相变相变时，相界面的移动是通过原子近程或远程扩散而进行的相变称为扩散型相变。

只有温度足够高，原子活动能力足够强时，才能发生扩散型相变。

同素异构转变、多型性转变、脱溶型转变、共析型转变、调幅分解和有序化转变均属于扩散型相变扩散型相变特点2.1.1、相变过程有原子扩散运动，相变速率受原子扩散所控制2.1.2、新相与母相的成分往往不同2.1.3、只有因新相和母相比容不同而引起的体积变化，没有宏观形状的变化2.2、非扩散型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称为非扩散型相变，非扩散型相变时原子仅作有规则的迁移以使晶体点阵发生改组。

固态相变：金属和陶瓷等固态材料在温度和压力改变时，其内部组织或结构会发生变化，即发生从一种状态到另一种状态的改变，这种转变称为固态相变。

按热力学分类：一级相变：相变时新旧两相的化学势相等，但化学势的一级偏微熵不等的相变称为一级相变; 二级相变：相变时新旧两相的化学势相等，且化学势的一级偏微熵也相等，但化学势的二级偏微熵不相等的相变称为二级相变。

按平衡状态图分类：平衡相变指在缓慢加热或冷却过程中所发生的能获得的符合平衡状态相图的平衡组织的相变。

主要有同素异构转变、多形性转变、平衡脱溶沉淀、共析相变、调幅分解、有序化转变。

非平衡相变:伪共析相变、马氏体相变、贝氏体相变、非平衡脱溶相变按原子迁移情况分类：扩散型相变：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称为扩散型相变。

基本特点是：①相变过程中有原子扩散运动，相变速率受原子扩散速度所控制；②新相和母相得成分往往不同；③只有因新相和母相比容不同而引起的体积变化，没有宏观形状改变。

非扩散型相变：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称为非扩散型相变。

一般特征是：①存在由于均匀切变引起的宏观形状改变，可在预先制备的抛光试样表面上出现浮突现象；②相变不需要通过扩散，新相和母相的化学成分相同；③新相和母相之间存在一定的晶体学位向关系；④某些材料发生非扩散相变时，相界面移动速度极快，可接近声速。

共格界面：若两相晶体结构相同、点阵常数相等、或者两相晶体结构和点阵常数虽有差异，单存在一组特定的晶体学平面使两相原子之间产生完全匹配。

此时，界面上原子所占位置恰好是两相点阵的共有位置，界面上原子为两相所共有，这种界面称为共格界面。

当两相之间的共格关系依靠正应变来维持时，称为第一类共格；而以切应变来维持时，成为第二类共格。

半共格界面：半共格界面的特点：在界面上除了位错核心部分以外，其他地方几乎完全匹配。

在位错核心部分的结构是严重扭曲的，并且点阵面是不连续的。

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）。

金属固态相变及应用第一章金属固态相变概论1、固态相变：金属和陶瓷等固态材料在温度和压力改变时，其内部组织或结构会发生变化，即发生从一种状态到另一种状态的改变，这种转变称为固态相变。

按转变条件分类：平衡相变指在极缓慢加热或冷却条件下发生的能获得的符合平衡状态相图的平衡组织的相变。

主要有同素异构转变、多形性转变、平衡脱溶沉淀、共析相变、包析转变、调幅分解、有序化转变。

非平衡相变:伪共析相变、马氏体相变、贝氏体相变、不平衡脱溶沉淀、块状转变。

按原子迁移情况分类：扩散型相变：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称为扩散型相变。

基本特点是：①相变过程中有原子扩散运动，相变速率受原子扩散速度所控制；②新相和母相得成分往往不同；③只有因新相和母相比容不同而引起的体积变化，没有宏观形状改变。

无扩散型相变：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称为非扩散型相变。

一般特征是：①存在由于均匀切变引起的宏观形状改变，可在预先制备的抛光试样表面上出现浮突现象；②相变不需要通过扩散，新相和母相的化学成分相同；③新相和母相之间存在一定的晶体学位向关系；④某些材料发生非扩散相变时，相界面移动速度极快，可接近声速。

2、固态相变的主要特点：相界面：共格界面：若两相晶体结构相同、点阵常数相等、或者两相晶体结构和点阵常数虽有差异，单存在一组特定的晶体学平面使两相原子之间产生完全匹配。

此时，界面上原子所占位置恰好是两相点阵的共有位置，界面上原子为两相所共有，这种界面称为共格界面。

当两相之间的共格关系依靠正应变来维持时，称为第一类共格；而以切应变来维持时，成为第二类共格。

半共格界面：半共格界面的特点：在界面上除了位错核心部分以外，其他地方几乎完全匹配。

在位错核心部分的结构是严重扭曲的，并且点阵面是不连续的。

非共格界面：当两相界面处的原子排列差异很大，即错配度δ很大时，两相原子之间的匹配关系便不在维持，这种界面称为非共格界面；一般认为，错配度小于0.05时两相可以构成完全的共格界面；错配度大于0.25时易形成非共格界面；错配度介于0.05～0.25之间，则易形成半共格界面。

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.。

固态相变复习考点第一章（1）一、固态相变：（包括纯金属及合金）在温度和压力改变时，组织和结构会发生变化的统称，是以材料热处理的基础二、热处理定义：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到室温的一种热加工工艺。

三、按平衡状态图金属固态相变的类型分为平衡转变和不平衡转变其变化在于三个方面：结构、成分、有序化程度（发生固态相变时，其中至少伴随这三种变化之一）：⑴ 晶休结构的变化。

如纯金属的同素异构转变、固溶体的多形性转变、马氏体转变、块状转变等；⑵ 化学成分的变化。

如单相固溶体的调幅分解；⑶有序程度的变化。

如合金的共析转变、包析转变、贝氏体转变、脱溶沉淀、有序化转变、磁性转变、超导转变等。

四、按动力学分类(原子迁移情况、形核和长大特点1.扩散型相变 2 非扩散型相变 3半扩散型相变（2）一、 1、固态相变的阻力大 2、新相一般有特定的形状 3、新相与母相之间往往存在特定的位向关系和惯习面 4 原子迁移率低，多数相变受扩散控制 5 相变时容易产生亚稳相 6 普遍存在新相的非均与形核二、固态相变与凝固时的液一固相变一样，服从总的相变规律，即以新相和母相之间的自由能差作为相变的驱动力。

大多数固态相变也符合相变的一般规律，包含形核和长大两个过程，而且驱动力也是靠过冷度来获得，过冷度对形核、生长机制及速率都会发生重要影响。

但固态相变的新相、母相均是固体，因此又有一系列不同于凝固（结晶）的特点。

? ? ? ? ? ?一. 新相和母相间存在不同的界面（相界面特殊）二.新相晶核与母相间的晶体学关系三.相变阻力大（应变能的产生）四.母相晶体缺陷的促进作用五.易出现过渡相（过渡相或中间亚稳相的形成）六. 原子迁移率低（3）固态相变驱动力来源于新相与母相的体积自由能的差ΔGV。

它随相变温度和相成分的改变而改变，一般相变驱动力随过冷度的增大而增大固态相变阻力来自新相与母相基体间形成界面所增加的界面能，以及两相体积差别所导致的弹性应变能，即弹性应变能和界面能之和构成了相变阻力。

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.。

♥第一章♥1.同素异构转变：纯金属在温度和压力改变时，由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的过程。

多形性转变：在固溶体中发生的同素异构转变。

2.平衡脱溶沉淀：在缓慢冷却条件下，由过饱和固溶体中析出过剩相的过程。

3.调幅分解：某些合金在高温下具有均匀单相固溶体，但冷却到某一温度范围时可分解成为与原固溶体结构相同但成分不同的两个威区的转变。

4.金属固态相变的主要特点共格界面（两相在界面上的原子可以一对一的相互匹配）①相界面半共格界面（两相原子在界面上部分的保持匹配，刃型位错）非共格界面（两相原子在界面上不再保持匹配关系）②位向关系与惯习面一般来说，当新相与母相之间为共格或半共格界面时必然存在一定的位向关系；若无一定的位向关系，则两相界面必定为非共格界面。

但反过来，有时两相之间虽然存在一定的位向关系，但未必都具有共格或半共格界面，这可能是在新相长大过程中其界面的共格或半共格性已遭破坏所致。

③弹性应变能新相与母相的比容差应变能+共格应变能（共格界面半共格界面非共格界面，降低）④过渡相的形成当稳定的新相与母相的晶体结构相差较大时，两者之间只能形成高能量的非共格界面因界面能对形核的阻碍作用很大，并且非共格界面的界面能和形核功均较大，此时，母相不直接转变成自由能较低的稳定新相，而是先形成晶体结构和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。

⑤晶体缺陷的影响对固态相变起促进作用（1°在位错线上形核时，新相出现部位的位错线消失，位错中心的畸变能得到释放，从而使系统自由能降低。

这部分被释放的能量可作为克服形成新相界面和相变应变=所需的能量，从而使相变加速。

2°新相形成时位错本身不消失，依附在新相界面上，构成半共格界面的一部分，降低系统自由能。

）⑥原子的扩散过冷度增大，相变驱动力增大，相变速率增大。

当过冷度增大到一定程度，原子扩散能力下降，相变速度减慢。

5.金属固态相变形核的阻力驱动力①界面能新旧两相的自由能差②弹性应变能6.为什么在晶体缺陷上优先形核？①结构起伏：缺陷处原子排列不整齐，溶质原子易从母相向新相转移，利于形核②成分起伏：缺陷处，溶质原子浓度差大，有利于获得形核需要的浓度，形核容易③能量起伏;晶体缺陷所储存的能量可降低形核功，容易形核7.影响TTT图的因素亚共析钢—ωc↑，C曲线右移；过共析钢—ωc↑，C曲线左移①含碳量ωc↑，Ms、Mf点下降亚共析钢—多一条先共析铁素体线过共析钢—多一条先共析渗碳体线②合金元素除Co和Al外的合金元素均使TTT曲线右移（即增加过冷A的稳定性）A的晶粒度：越小，C曲线左移，即转变越快；对M转变。

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。

3.先共析体素体和伪珠光体的形成过程4.先共析铁素体的组织形态及形成机理第四章1.马氏体转变的特点a.切变共格和表面浮凸现象b.马氏体转变的无扩散性c.具有一定的位向关系和惯习面d.马氏体转变时在一个温度范围内完成的e.马氏体转变具有可逆性2.什么是马氏体？钢中马氏体是碳在α‐F e中的过饱和固溶体。

3.板条马氏体和片状马氏体的区别（1）板条M 亚结构：高密度位错切变以滑移方式进行形成原因：a。

机械稳定化 b.碳原子扩散使A中碳浓度升高（2）片状M 亚结构：孪晶+少量位错4.奥氏体经理大小对板条宽度无影响5.奥氏体热稳定化淬火时因缓慢冷却或在冷却过程中停留而引起奥氏体的稳定性提高，使马氏体转变迟滞的现象称为奥氏体的热稳定化6.高速钢淬火后为什么要经过560℃三次回火？能否采用一次较长时间的回火？高速钢淬火后大部分转变为马氏体，残余奥氏体量为20%~25%，甚至更多。

第一次回火后，有15%左右的残余奥氏体转变为马氏体，剩余10%左右的残余马氏体以及15%左右的淬火马氏体，还会产生新的应力，对性能有一定的影响。

所以要进行二次回火。

又有5%~6%的残余奥氏体转变为马氏体，同样为剩余的残余奥氏体以及淬火马氏体转变为回火马氏体，并清除应力。

经过三次回火残余奥氏体剩余1%~3%左右，所以三次回火的目的是促进残余奥氏体转变为马氏体，未回火马氏体转变为回火马氏体，减少碳含量。

560℃的原因是，高速钢中出现反稳定化的温度为500~560℃，所以560℃时一定会出现饭稳定化现象，此时，奥氏体的热稳定化程度下降，提高了残余奥氏体的Ms点，有利于奥氏体向马氏体转变7.为什么碳原子的固溶强化效应在马氏体中如此强烈，而在奥氏体中却不大？一般认为，奥氏体和马氏体中的碳原子均处于由铁原子组成的八面体中心，但奥氏体中的八面体为正八面体，碳原子的溶入只能使奥氏体点阵产生对称膨胀，并不发生畸变。

而马氏体中的八面体为扁八面体，C原子溶入后发生不对称畸变，形成以C原子为中心的畸变偶极应力场，这个应力场与位错产生强烈的交互作用，使马氏体强度的升高。

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。

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。

固态相变的一般特点：1. 固态相变阻力大2. 新相往往具有特定形状3. 原子扩散慢——扩散成为相变的主要控制因素4. 非均匀形核5. 新相与母相之间存在一定的晶体学位向关系6. 惯习面——新相以特定的晶向在母相的特定晶面上形成，这个晶面叫惯习面，这种现象叫惯习现象。

出现惯习现象的原因：降低界面能和应变能以减小相变阻力。

7. 过渡相（亚稳相）的形成总之，固态相变既力求使自由能尽可能降低，又力求沿着阻力最小的途径进行。

新相与母相的差别晶体结构上（如同素异构转变）化学成分上（如调幅分解）有序化程度上（如有序化转变等）兼而有之（如过饱和固溶体脱溶沉淀）固态相变与凝固的异同：相同点：驱动力均为新相与母相的体积自由能差。

新相和母相之间一般存在界面，界面能是相变的阻力。

相变都包含形核和长大两个过程（除调幅分解）。

凝固理论及其基本概念原则上仍适用于固态相变。

不同点：固态相变时新旧两相都是固体，固态晶体的原子呈有规则排列，并具有许多晶体缺陷，新相在固体中形核和生长在很大程度上会受到固体性质以及两固体间界面结构的影响。

固态相变复习2020年6月3日20:06界面能以共格界面最小、半共格界面次之和非共格界面最大。

弹性应变能以共格界面最大，半共格界面次之，非共格界面为零。

凝固过程的母相是液相，其弹性模量近似为0，因此凝固形成的新相一般为球形G：弹性模量；ΔV/V：新相和旧相的比容差f(c/a)：如下图体积应变能：球状最大，针状次之，盘状最小。

界面应变能可表达为：界面能和弹性应变能的作用：(1)若两相比容差较大→弹性应变起主导作用→形成盘(片)状新相以降低弹性应变能(2)若两相比容差别较小→弹性应变能作用不大→形成球状新相以降低界面能非均匀形核的应用：结合三维原子探针与高分辨透射电镜，研究发现位错处存在元素偏聚现象（Mn 元素），Mn 在位错处的偏聚提高了相变驱动力，因而位错是奥氏体相变非均匀形核的择优位置。

晶体学位向关系应用：纯铁的同素异构转变γ-Fe→α-Fe时，新相α-Fe与母相γ-Fe之间存在如下晶体学位向关系：过渡相的应用：固态相变的分类(1)一级相变材料凝固、熔化、升华、同素异构转变均为一级相变。

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。