(完整版)金属固态相变原理考试复习思考题

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复习思考题

1. 复习思考题

1 •固态相变和液一固相变有何异同点?

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)液一固相变驱动力为自由焓之差△ G相变,阻力为新相的表面能AG 表,基本能连关系为:△ =△ G相变+△G表,而固态相变多了一项畸变能厶G畸,基本能连关系为:△ G = △ G 相变+△G界面+△ G畸

(2)固态相变比液一固相变困难,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一畸变自由焓厶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。

+ ⑴界面能△ G界面

界面能6由结构界面能b st和化学界面能b ch组成。即:b =b st + b ch

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)畸变能阻力一AG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,有利于提咼形核率。

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,

&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

2. 复习思考题1.奥氏体的组织特征?

奥氏体晶粒一般为等轴状多边形,在奥氏体晶粒内有孪晶。形成条件不同时,也可以得到针状奥氏体晶粒,祥见88 页。

2.奥氏体的亚结构特点?

3.奥氏体的形核地点。一般认为奥氏体在铁素体和渗碳体交界面上形成晶核。

奥氏体晶核也可以在以往的粗大奥氏体晶界上(原始奥氏体晶界)形核并且长大,由于这样的晶界处富集较多的碳原子和其他元素,给奥氏体形核提供了有利条件。

4.能使奥氏体成分均匀吗?为什么?奥氏体成分均匀是相对的,不均匀是绝对的。见89 页。

5.试说明临界点A1、A3、A cm与加热、冷却过程中的临界点之间有何关系?90-91页。

6.何谓晶粒?晶粒为什么会长大?细化奥氏体晶粒的措施。

见100,103 页

7. 奥氏体晶粒异常长大的原因?为什么出现混晶?如何控制?在原始奥氏体晶粒粗大的情况下,若钢以非平衡组织

加热奥氏体化,在一定的加热条件下,新形成的

奥氏体晶粒会继承和恢复原始粗大的奥氏体晶粒。若将这种粗大有续组织继续加热,延长保温时间,会使晶粒异常长大,造成混晶现象。

(1)采用退火或高温回火,消除非平衡组织,实现a相的再结晶,获得细小的碳化物颗粒和铁素体的整合组织。使针形奥氏体失去形成条件,可以避免组织遗传。采用等温退火比普通连续冷却退火好。采用高温回火时,多次回火为好,以便获得较为平衡的回火索氏体组织。

(2)对于铁素体-珠光体的低合金钢,组织遗传倾向较小,可以正火校正过热组织,必要时采用多次正火,细化晶粒。

8. 共析钢的奥氏体形成过程,为什么铁素体先消失,渗碳体最后溶解完毕?

9. 解释名词:

奥氏体;钢中的奥氏体是碳或各种化学元素溶入丫一Fe中所形成的固溶体。

混晶;将这种粗大有续奥氏体组织继续加热,延长保温时间,会使晶粒异常长大,造成混晶现象。异常长大;又叫二次再结晶,是原始粗大的奥氏体晶粒在继续加热,延长保温时间时晶粒突然长大的现象。组织遗传;将粗晶有序组织加热到高于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。这种现象称为钢的组织遗传。

相变孪晶:在相变过程中形成的孪晶。

3. 复习思考题

1 .何谓珠光体?新定+义与过时的概念有何重要区别?108 页

2. 影响珠光体片间距的因素。

1 )主要是温度,既过冷度。其片间距随过冷度增大而减小。109页

3. 试述片状珠光体的形成过程。

112-113 页

4. 试述影响珠光体转变动力学的因素。

由于形核率主要受临界形核功控制,对冷却转变而言,形核功△ G*随着温度的降低,即随着过冷度增

大而急剧地减小(非线性),故使形核率增加,转变速度加快。

扩散型相变的线长大速度v也与温度有关,随温度降低,扩散系数D变小(非线性),线长大速度v则随

D 的减小而降低。

这是两个相互矛盾的因素,它使得动力学曲线呈现C形,也称为C-曲线。

5. 分析珠光体转变是为什么不存在领先相?共析共生,不存在“领先相”

1. 按照自组织理论,远离平衡态,出现随机涨落,奥氏体中必然出现贫碳区和富碳区,加上随机出现的结构涨落、能量涨落,在贫碳区建构铁素体,而在富碳区建构渗碳体或碳化物,二者是共析共生,非线性相互作用,互为因果。铁素体和渗碳体同步出现,组成一个珠光体的晶核。