固态相变题库及答案
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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）。
金属固态相变原理习题及解答
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+答案
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.。
固态相变习题
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。
(完整版)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.。
固态相变原理考试试题+答案
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。
固态相变
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。
材料热力学与固态相变研究生试题
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。
固态相变原理测验试题+答案
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(仅供参考)
选择题1 根据扩散观点,奥氏体晶核的形成必须依靠系统内的 BA相起伏、浓度起伏、结构起伏;B能量起伏、浓度起伏、结构起伏;C能量起伏、价键起伏、相起伏;D能量起伏、价健起伏、结构起伏2 连续冷却转变曲线CCT曲线都处于同种材料等温转变TTT曲线的 BA左上方;B右下方;C右上方;D左下方3 消除网状碳化物的方法有 AA淬火和正火;B淬火和回火;C球化退火和正火;D正火和回火4 在A1温度以下发生P转变，奥氏体与铁素体相界面上的碳浓度 A 奥氏体与渗碳体界面上碳浓度从而引起了奥氏体的碳的扩散。
A低于; B小于等于; C等于; D高于5 关于马氏体相变的特点,下列哪项的说法是错误的 AA马氏体转变有孕育期(等温马氏体除外);B马氏体可以发生可逆性转变;C表面浮突和界面共格;D马氏体转变有转变开始和终了温度6 针状马氏体的亚结构主要是 AA孪晶;B空位;C孪晶和位错;D位错7 在贝氏体形成过程中通常 B 是领先相A渗碳体;B铁素体;C奥氏体;D渗碳体和铁素体8 对于某些尺寸较大而采用表面淬火的工件,或者有特殊要求的工件如凿子、扁铲等,可以利用淬火冷却后的余热进行回火,这种方法叫做 DA局部回火;B带温回火;C电热回火;D自回火9 淬火钢在回火时的力学性能是如何变化的? CA强度硬度下降,塑性韧性也下降;B强度硬度提高,塑性韧性下降;C强度硬度下降,塑性韧性提高;D强度硬度提高,塑性韧性也提高10超过极大值后硬度下降称为 BA温时效;B过时效;C冷时效;D自然时效判断题1·一般情况下,在体积相同时,新相呈球状体积应变能最小。
（×）2·1-4级为本质细晶粒钢,5~8级为本质粗晶粒钢。
(×)3·奥氏体晶粒长大在一定条件下是一个自发过程。
(√)4·奥氏体实际晶粒度是在某一热处理加热条件下得到的晶粒尺寸。
(√) 5·在钢的各种组织中,奥氏体的比容最小。
北科大《固态相变》12道练习题
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。
固态相变原理习题集答案
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。
固态相变题库及答案
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
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。
固态相变复习问答题
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。
固态相变复习答案
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。
固态相变部分复习提纲2
固态相变部分（60 分）试题类型：一、选择题（20 分）二、名词解释（20 分）1．何谓奥氏体本质晶粒度？（3 分）答：根据标准试验方法，在930土10 C，保温3- 8小时后测定的奥氏体晶粒大小。
、2．何谓奥氏体热稳定化？（3 分）答：淬火时因缓慢冷却或在冷却过程中停留引起奥氏体稳定性提高，而使马氏体转变迟滞的现象。
3．何谓二次硬化？（4 分）答：含有Mo、V、W、Nb、Ti 等合金元素的钢淬火后回火时，随温度升高，析出特殊碳化物，导致钢的再度硬化的现象。
4．Ms 点的定义及其物理意义是什么？（5 分）答：马氏体转变开始温度，即奥氏体和马氏体的两相自由能差达到相变所需的最小驱动力值时的温度。
5．写出马氏体相变的K-S 位向关系和西山位向关系。
（5 分）答：① K-S 关系：{111} Y II {110} a ' <110>Y// <111>a'②西山关系：{111} Y I {110} <112>Y// <110>a'6．简述马氏体相变的主要特征。
（10分）答：切变共格和表面浮凸现象；无扩散性；具有一定的位向关系和惯习面；在一个温度范围内完成相变（Ms-Mf）,大于某一临界冷速；可逆性，有As 点和Af 点；钢中马氏体转变速度极快；7．简述淬火碳钢回火时的组织转变概况。
（15 分）答：①马氏体中碳的偏聚（回火前期阶段一时效阶段）80-100 'C以下板条马氏体，C原子向位错线附近偏聚，马氏体弹性畸变能下降。
片状马氏体，大多数C在某些晶面上富集，形成小片状富碳区，这种偏聚称为予沉淀聚集。
②马氏体分解（回火第一阶段转变）100-250 C含碳量较高的片状马氏体发生分解，马氏体中的C%降低，正方度c/a减小。
分解机构：<150C为双相分解，>150C为连续式分解。
分解产物：过饱和度下降的马氏体+弥散分布的亚稳碳化物（£-FexC）。
金属固态相变原理试题A卷附答案
贵州大学2014—2015学年第一学期《金属固态相变原理》考试试卷（A卷）班级姓名学号一、名词解释（每题3分，共15分）1、共格界面：2、回火脆性：3、起始晶粒度：4、淬透性：5、时效：二、填空题（每空1分，共15分）1、共析钢淬火后回火，根据回火温度可分为回火、回火、回火，分别得到、和组织。
2、调质处理的钢与正火钢相比，不仅强度较高而且、也高于正火钢，这是由于调质处理后钢中渗碳体呈，而正火后的渗碳体呈。
3、化学热处理通常可分为、、三个基本过程。
4、淬火冷却时产生的组织应力是由于工件的和发生马氏体转变的不同时性而造成的内应力。
三、判断题（每题3分，共12分）1、低碳马氏体可以在淬火状态下使用。
2、正火的冷却速度比退火稍慢，故正火钢的组织比较粗大，它的强度、硬度比退火低。
3、淬透性是钢材的固有属性，它取决于钢的淬火冷速的大小。
4、本质细晶粒钢加热后的实际晶粒一定比本质粗晶粒钢小。
四、论述题（共34分）1、试分析下贝氏体中碳化物排布规律的形成原因。
（10分）2、马氏体转变为什么需要深度过冷？（6分）3、根据奥氏体形成规律讨论细化奥氏体晶粒的途径。
（8分）4、试分析珠光体转变与贝氏体转变有哪些主要异同点？（10分）五、分析题（每题12分，共24分）1、有一批丝锥原定有T12钢制造，要求硬度为HRC60~64，但材料中混入了少量的35钢，问混入的35钢仍按T12钢的工艺进行淬火处理，这些35钢制成的丝锥能否达到性能要求？为什么？2、T8钢的过冷奥氏体等温转变C曲线如图所示，若使该钢的过冷奥氏体在620℃进行等温转变，并经不同时间的保温后，按图示1、2、3、4线的方式冷却至室温，试分析：①这四种冷却方式分别得到什么组织？②哪种冷却方式所得到的组织硬度最高？那种结果最低？为什么？贵州大学2014—2015学年第一学期《金属固态相变原理》考试试卷（A卷）答案一、名词解释（每题3分，共15分）1、共格界面：当界面上的原子所占位置恰好是两相点阵的共有位置（1分），两相在界面上的原子可以一对一相互匹配，这种界面叫做共格界面（2分）。
固态相变试卷(2002)
固态相变试卷一、选择题(单项选择) 每题2分，共30分1、在A,B 两组元组成的置换固溶体中，若r a >r b ，两组元的热力学因子F A 1+⎧⎨⎩⎫⎬⎭d d X AA ln ln γ和 FB 1+⎧⎨⎩⎫⎬⎭d d X BB ln ln γ之间的关系是： A) F A >F BB) F A <F B C) F A =F B D) 无确定的数量关系 2、Kirkendall 反应发生在A) 置换固溶体 B) 间隙固溶 C) 纯金属 D) 稳定化合物3、由于扩散而引起的点阵平面迁移的方向A) 和A(大半径)原子扩散方向一致 B) 和B(小半径)原子扩散方向一致C) 和空位流方向一致 D) 和空位流方向相反4、晶界作为高扩散率通道的作用和A) 温度有关，温度越高晶界作用越明显B) 温度有关，温度越高晶界作用越不明显C) 溶质浓度有关，浓度越高晶界作用越明显D) 溶质浓度有关，浓度越高晶界作用越不明显5、非稳定扩散和稳定扩散的区别在于A) 稳定扩散是间隙扩散，非稳定扩散是置换扩散B) 稳定扩散是间隙扩散，非稳定扩散是互换扩散C) 稳定扩散时扩散系数和浓度有关，非稳定扩散时扩散系数和浓度无关D) 稳定扩散时浓度和时间无关，非稳定扩散时浓度随时间变化6、小角度扭转晶界和倾转晶界的区别是A) 倾转晶界的转动轴和晶面垂直，扭转晶界转动轴和晶面平行B) 倾转晶界由两组螺位错交叉组成，扭转晶界由一组刃位错组成C) 倾转晶界由混合位错组成，扭转晶界由一组刃位错组成D) 倾转晶界由一组平行刃位错组成，扭转晶界由一组交错的螺位错组成7、多晶体中每段晶界上必须作用有大小等于F r =∂∂θr的扭距项，才能维持晶界不动。
那么多晶体平衡时，不同晶界的扭矩项是靠A) 晶界热激活提供 B) 晶界的相互作用提供C) 晶界上的第二相提供 D) 晶界上的杂质原子提供8、再结晶的驱动力和晶粒长大的驱动力A) 相同，因为是同一过程的两个阶段B) 相同，因为它们的驱动力都是减少系统界面能C) 不同，因为再结晶驱动力是消除晶粒中的应变能，而晶粒长大是减少界面能D) 不同，因为再结晶的驱动力是减少晶粒的界面能，而晶粒长大是减少体积自由能9、若α+β两相合金中，α和β之间是K-S 位相关系，则α/β相界是A) 完全共格界面 B) 由小台阶组成的复杂半共格界面C) 由小台阶组成的非共格界面 D) 平直的半共格界面10、Al-Ag 系中GP 区是球状，而Al-Cu 系中GP 区是层状，这是因为A) Al-Ag 系中GP 区错配度δ为正值, Al-Cu 系中GP 区错配度δ为负值B) Al-Ag 系中GP 区错配度δ<5%, Al-Cu 系中GP 区错配度δ>5%C) Al-Ag系中GP区错配度δ>1%, Al-Cu系中GP区错配度δ<1%D) Al-Ag系中GP区错配度δ>5%, Al-Cu系中GP区错配度δ<7%11、滑动界面和非滑动界面的主要区别是A) 滑动界面两侧两相结构相同，非滑动界面两侧两相结构不同B) 滑动界面两侧两相成分相同，滑动界面两侧两相成分不同C) 滑动界面上位错可沿界面运动，非滑动界面上位错不可沿界面运动D) 滑动界面一侧的位错可沿和界面相交的滑移面运动至界面另一侧，而非滑动界面上的位错只能沿界面运动12、若相变是扩散控制，则A) 相界迁移率很高，相变驱动力很小B) 相界迁移率很低，相变驱动力很高C) 相界迁移率和相变驱动力都很高D) 相界迁移率和相变驱动力都很小13、若以界面迁移将相变分类，则A) 马氏体相变是扩散控制长大B) 珠光体转变是界面控制长大C) 有序化转变是扩散控制长大D) 块状转变(massive)是界面控制长大14、形核驱动力和相变驱动力之间的关系是A) 形核驱动力大于相变驱动力B)形核驱动力小于相变驱动力C) 均匀形核驱动力小于相变驱动力，非均匀形核驱动力大于相变驱动力D) 均匀形核驱动力大于相变驱动力，非均匀形核驱动力小于相变驱动力15、在fcc晶体中，hcp沉淀容易在层错上形核是因为A) 层错形核的|∆Gd|大B) 层错形核的|∆Gv|大C) 层错形核的|∆Gs|小D) 层错形核的γ(界面能)小16、Au-Cu合金中盘状GP区的盘面垂直与100方向是因为A) 100方向是密排方向B) 100方向上原子间距最大C) 100方向上基体和GP区共格D) 100方向上基体和GP区不共格17、GP区的形成速率和A) 固溶处理温度有关，处理温度越高，GP区形成速率越高B) 时效处理温度有关，处理温度越高，GP区形成速率越高C) 淬火介质温度有关，介质温度越高，GP区形成速率越高D) 基体晶粒大小有关，晶粒越小，GP区形成速率越高18、化学调幅和共格调幅相比A) 化学调幅要求的过冷度大，成分范围宽B) 共格调幅要求的过冷度大，成分范围宽C) 共格调幅要求的过冷度大，成分范围窄D) 化学调幅要求的过冷度大，成分范围窄19、在钢中加入的合金元素中A) 铁素体稳定化元素不能提高淬透性，因为它提高共析转变温度B) 奥氏体稳定化元素不能提高淬透性，因为相变时碳不重新分配C) 只有碳化物形成元素能提高淬透性D) 上述三种元素均能提高钢的淬透性20、珠光体的生长速率和最小层间距A) 都和∆T有关，随∆T增加生长速率减小，最小层间距增大B) 都和∆T无关C) 都和∆T有关，随∆T增加生长速率增大，最小层间距减小D) 都和∆T有关，随∆T增加生长速率和最小层间距都增大21、在Cu-Zn系中，某一成分的合金，在高温时平衡组织是单一β相，室温平衡组织是单一α相，设在冷却过程中α从β中脱溶的驱动力为∆G p，发生块状沉淀的驱动力是∆G m1发生马氏体转变的驱动力是∆G m2，则这三者之间的关系是A) ∆G p <∆G m2 <∆G m1 B) ∆G p <∆G m1 <∆G m2C) ∆G m1 <∆G m2 <∆G p D) ∆G m2 <∆G p <∆G m122、对于存在无序－有序转变的合金中，若反向畴界越多，则A) 系统的自由能G越高B) 系统发生无序－有序转变时的∆H变化越大C) 系统的自由能G越小D) 系统发生无序－有序转变时的∆H变化越小23、属于均匀形核的相变过程有A) GP区沉淀B) 马氏体相变C) 块状转变D) 无序有序转变24、位错在马氏体相变中的作用是A) 提高形核驱动力B) 降低形核势垒C) 减少马氏体/奥氏体界面能D) 降低应变能二、什么类型的扩散过程会伴随点阵平面的迁移，从晶体学模型说明为什么会发生点阵平面的迁移(可以用图解说明)，并由此推导迁移速率和Darken方程。
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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。
（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2.说明金属固态相变的主要特点？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。
3.说明金属固态相变的热力学条件与作用？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.说明金属固态相变的晶核长大条件和机制？金属固态相变的晶核长大条件:①要求具有合适的过冷度;②有合适的晶核表面结构金属固态相变的晶核长大机制:如果新相晶核与母相之间存在着一定的晶体学位向关系，则生长时此位向关系仍保持不变，以便降低表面能。
新相的生长机制也与晶核的界面结构有密切关系，具有共格、半共格或非共格界面的晶核，其长大方式也各不相同，不过完全共格情况很少，大都是非共格和半共格界面。
（1）非共格界面的迁移一般非共格界面的迁移方式有两种；一种方式是母相原子通过热激活越过界面不断地短程迁入新相，界面随之向母相中迁移，新相长大。
另一种方式是非共格界面呈台阶状结构，台阶的高度为一个原子的尺度。
（2）半共格界面的迁移因半共格界面具有较低的界面能，故在长大过程中界面往往保持平面。
由于相变过程中原子迁移都小于一个原子间距，故又称为无扩散型相变。
5、说明奥氏体组织特征和性能？答：组织特征：奥氏体的通常是由等轴状的多边形晶粒所组成，晶内常可出现相变孪晶。
它是C溶于γ-Fe中的固溶体，C原子γ-Fe点阵中处于Fe原子组成的八面体中心间隙位置，即面心立方晶胞的中心或棱边中心。
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。
6、说明奥氏体形成机制？答：奥氏体的形成是一个由α到γ的点阵重构、渗碳体溶解以及C在奥氏体中扩散重新分布的过程。
其形成过程包括：①奥氏体形核，其形核位置通常在铁素体和渗碳体的两相界面上；②奥氏体晶核向α及Fe3C两个方向长大，奥氏体在中的碳溶度差是奥氏体形核的必然结果，是相界面推移的驱动力。
③剩余碳化物溶解。
④奥氏体均匀化。
7、简要说明珠光体的组织特征？答：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与渗碳体的混合物，成为珠光体。
其典型形态呈片状或层状。
片状珠光体是由一层铁素体与一层渗碳体交替堆叠而成的。
片状珠光体的片层间距S0大小主要取决于珠光体的形成温度。
在连续冷却条件下，冷去速度越大，珠光体的形成温度越低，即过冷度越大，则片层间距就越小。
珠光体是在一个温度范围内形成，在高温形成的珠光体较粗，低温形成的珠光体较细在铁素体基体上分布着粒状渗碳体的组织，成为“粒状珠光体”和“球状珠光体”，一般是经过球化退火处理后获得的。
珠光体形成时，新相（铁素体和渗碳体）与母相（奥氏体）之间存在一定的晶体学位相关系，使新相和母相的原子在界面上能够较好地匹配。
此外，在珠光体团中，铁素体与渗碳体之间也存在一定的位相关系8.简要说明珠光体的转变机制？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。
1.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。
2粒状珠光体是通过片状珠光体中渗碳体的球化而获得的。
9.简要说明珠光体转变产物的机械性能？答：共析钢珠光体的机械性能主要取决于奥氏体化温度和珠光体形成温度。
①片状珠光体随着珠光体的片层间距与珠光体团直径的减小，珠光体的强度、硬度以及塑性均提高。
②粒状珠光体与片状珠光体相比粒状珠光体的强度、硬度稍低，而塑性较高。
粒状珠光体的切削性好，对刀具的磨损小，冷压时的成型性也好，加热淬火时的变形和开裂的倾向性小。
粒状珠光体的性能还取决于碳化物颗粒的形态、大小和分布。
③在相同抗拉强度下，粒状珠光体比片状珠光体的疲劳强度有所提高。
10、简要说明马氏体相变的主要特点？（主要见26）答：1、切变共格和表面浮突现象2、无扩散性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5、可逆性11．简要说明马氏体相变的形核理论和切变模型？（1）形核理论：马氏体相变不是均匀形核的。
当奥氏体被过冷至某一温度时，尺寸大于该温度下临界晶核尺寸的核胚就能成为晶核，长成一片马氏体；当大于临界尺寸的核胚消耗殆尽时，相变停止，只有进一步降低温度才能使更小的核胚成为晶核进而长成马氏体。
一般认为，马氏体核胚的结构模型为薄圆片状，惯习面为{225}γ，其界面是由左、右螺旋位错圈和正、负刃型位错所构成，界面两侧保持K-S关系。
（2）切变模型：K-S切变模型、G-T模型（亦称两次切变模型）12 说明马氏体的机械性能，例如硬度和强度和韧性？答：钢中马氏体的最重要特性就是高硬度和高强度，其硬度随含碳量增加而升高。
当含碳量达6%时，淬火钢的硬度接近最大值。
合金元素对马氏体硬度影响不大。
马氏体具有高硬度，高强度的主要原因如下。
1相变强化； 2固溶强化；3时效强化；4马氏体的形变强化特性；5孪晶对马氏体强度也有贡献；6原始奥氏体晶粒大小和马氏体板条群大小对马氏体强度的影响马氏体的韧性：在屈服强度相同的条件下，位错型马氏体的断裂韧性和冲击功比孪晶马氏体要好得多。
综上所述，马氏体的强度主要取决于碳含量，而马氏体的韧性主要决定于亚结构。
13.贝氏体基本特征与组织形态？答：一、基本特征：①贝氏体相变的温度范围：奥氏体必须过冷到B S点一下才能发生贝氏体转变；②贝氏体相变的产物为铁素体和碳化物的两相机械混合物；③贝氏体相变是形核和长大的过程；④贝氏体相变只有C原子的扩散，而合金元素包括铁原子均不发生扩散，至少不发生较长距离的扩散；⑤贝氏体相变是铁素体与渗碳体按切变共格的方式长大。
二、组织形态：①上贝氏体；②下贝氏体；③粒状贝氏体；④无碳化物贝氏体；⑤低碳低合金钢中的B I，B II，B III。
14．说明恩金贝氏体的相变假说？恩金认为贝氏体相变应属于马氏体相变性质，由于随后回火析出碳化物而形成贝氏体，提出了贫富碳理论假说。
该假说认为，在贝氏体相变发生之前奥氏体中已经发生了碳的扩散重新分配，形成了贫碳区和富碳区。
在贫碳区发生马氏体相变而形成低碳马氏体，然后马氏体迅速回火形成过饱和铁素体和渗碳体的机械混合物，即贝氏体。
在富碳区中首先析出渗碳体，使其碳浓度下降成为贫碳区，然后从新的贫碳区通过马氏体相变形成马氏体，尔后又通过回火成为铁素体加渗碳体的两相机械混合物(贝氏体)。
而在相变过程中铁及合金元素的原子是不发生扩散的。
恩金假说解释贝氏体的形成、B S点的意义和贝氏体中铁素体的碳浓度随等温温度变化等现象，但没有解释贝氏体的形态变化和组织结构等。