固态相变原理考试试题+答案.doc

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1） 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、强度有关共格界面的化学键数目、强度没有发生大的变化，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 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 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、说明调幅分解的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——成分坐标中的变化轨迹化学拐点：当G”=0时即为调幅分解的化学拐点；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的浓度范围变窄了，温度范围也降低了 3、请说明调幅分解与形核长大型相变的区别调幅分解与形核长大型相变的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的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的实验基础和基本原理 （1）实验基础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，马氏体中的形状变形是一个不变平面应变；③ 惯习面位向有一定的分散度（指不同片、不同成分的马氏体）；④ 在微观范围内，马氏体的变形不均匀，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的整个宏观应变应是下面三种应变的综合：① 发生点阵应变（Bain应变），形成马氏体新相的点阵结构但是Bain应变不存在不变平面，不变长度的矢量是在圆锥上，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得到的无畸变的平面转回到原来的位置去，得到不畸变、不转动的平面用W-R-L理论来表示：P1=RPB，P1为不变平面应变的形状变形，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的基本设想和表达式的意义 答：基本设想：马氏体相变先在奥氏体中形成同成分的体心核胚，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：，式中：① 表示奥氏体转变为马氏体的自由能差此时温度为Ms温度② 表示母相中形成同成分的体心核胚时的自由能变化，定义为T0温度γ与α的平衡温度，,为T

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的能量）；协作形变能（周围的奥氏体产生形变的能量）；膨胀应变能（由于比容变化而致）；存储能（形成位错的应变能、形成孪晶的界面能）；其他（表面能、缺陷能、能量场的影响等）四、(20分) 1、试解释沉淀相粒子的粗化机理 由Gibbs-Thompson定理知，在半径为r的沉淀相周围界面处母相成分表达式： 当沉淀相越小，其中每个原子分到的界面能越多，因此化学势越高，与它处于平衡的母相中的溶质原子浓度越高 即：C（r2）> C(r1) 由此可见在大粒子r1和小粒子r2之间的基体中存在浓度梯度，因此必然有一个扩散流，在浓度梯度的作用下，大粒子通过吸收基体中的溶质而不断长大，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、小粒子溶解的现象 需要画图辅助说明！ 2、根据沉淀相粒子粗化公式：,分析粒子的生长规律（奥斯瓦尔德熟化）①当时,r=，=0粒子不长大；②当时，r<，<0小粒子溶解；③当时，r> ，>0粒子长大；④当时，r=2,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，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)已知新相的长大速度为：1、 试分析过冷度对长大速度的影响过冷度很小，∆gv很小，∆gv随过冷度的增加而增加，∆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 两边取对数，则则为单个原子的扩散激活能,再乘以阿伏加德罗常数N0，得生长激活能.。