固态相变原理习题集答案

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、BS 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。
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。
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
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。
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。
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
固态相变课程复习思考题 2012-5-17
1.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
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。
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 BS 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 BI，BII，BIII。
15.说明钢中贝氏体的机械性能？
答：1）影响主要因素：①贝氏体中铁素体的影响：铁素体晶粒越细小，贝氏体的强度越高，而且韧性有时还有所提高； ②渗碳体的影响：据弥散强化机理，碳化物颗粒尺寸约细小，数量越多，对强度的贡献越大；③其他因素：温度及相 变的完全性等。 2）贝氏体的强度与硬度：随相变温度降低而升高，另外，由于中、高碳钢特别是高碳钢中的下贝氏体组织具有较 高的强度和韧性，因此有望具有高的耐磨性。 3）贝氏体的韧性：低碳钢中，上贝氏体的冲击韧性比下贝氏体要低；与淬火低温回火处理相比，等温淬火获得的 下贝氏体组织常具有较高的冲击韧性。
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
16.说明钢中马氏体的组织形态？
答：1）板条状马氏体是低碳钢、中碳钢和不锈钢中形成的一种典型的马氏体组织，其光学显微组织是由多成群的板条 组成，亚结构主要为位错。 2）片状马氏体是中高碳钢中的另一种典型的马氏体组织, 片状马氏体的空间形态呈双凸透镜片状，与马氏体片之 间不互相平行，亚结构为孪晶。 3）其他马氏体形态：①蝶状马氏体；②薄片状马氏体；③ 马氏体
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。