金属固态相变原理考试复习思考题

1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。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，8．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22.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、Acm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α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γ－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。32.这种演化机制属于放大型的因果正反馈作用，它使微小的随机涨落经过连续的相互作用逐级增强，而使原系统（奥氏体A）瓦解，建构新的稳定结构P(F+Fe3C)晶核，然后长大。因此，珠光体共析分解是同步形成铁素体和渗碳体的整合机制。6．钢的“相间沉淀”和共析分解有什么关系？相间沉淀：是由于相变过程中特殊碳化物在铁素体-奥氏体界面上呈周期性沉淀的结果。故称“相间沉淀”。相间沉淀本质上是伪共析，其产物本质上是奥氏体伪共析分解的结果，是铁素体基体上分布着的点列状碳化物的有机结合体，是伪珠光体的一种特殊的形态。由于过冷奥氏体分解温度较低，原子扩散较慢，尤其是Nb、V等原子扩散速度慢，但形核率高，因而形成碳化物极为细小的一种的组织形态。转变为(F＋MC)的伪珠光体组织，即相间沉淀。4.复习思考题1.熟悉以下基本概念：马氏体；马氏体是原子经无需扩散切变位移的不变平面应变的晶格改组过程得到的具有严格晶体学关系和惯习面的，形成相中伴生极高密度位错、或层错或精细孪晶等晶体缺陷的整合组织。马氏体相变；原子通过无扩散的切变位移，发生的不变平面应变的晶格改组的一级相变。惯习面；马氏体转变时，新相和母相保持一定位向关系，马氏体在母相的一定晶面上开始形成，此晶面称为惯习面，以母相的晶面指数表示，是无畸变的不转动平面。热弹性马氏体；马氏体和母相的界面在温度降低和升高时，做正向和反向的移动，并可以多次反复，这样的马氏体叫热弹性马氏体。形状记忆效应；正方度；用c/a表示，表示晶格的畸变程度。2.马氏体相变的主要特征？(1)无需扩散性；即无论间隙原子还是替换原子均不需要扩散，即能完成相变；(2)不变平面应变的晶格改组；(3)以非简单指数晶面为不变平面，即存在惯习面；(4)相变伴生大量亚结构，即极高密度的晶体缺陷：如精细孪晶，高密度位错，层错等。(5)相变引发特有的浮凸现象。3.Ms点的物理意义，影响Ms点的主要因素有那些？Ms是马氏体开始形成的临界温度。（1）含碳量含碳量增加，Ms降低。（2）合金元素大多数合金元素降低Ms点，只有钴和铝是提高Ms点。4.分析历来书刊中的马氏体的定义的正确性。以往的定义：定义1：马氏体是碳在α—Fe中的过饱和固溶体。（产生于20世纪20年代）。由于在钢和合金中，马氏体有时不含碳，有时不仅是体心立方晶格，还有密排六方、有序正交、有序面心立方、有序正方等晶格。因此，该定义早已过时。定义2：在冷却过程中所发生的马氏体转变的产物统称为马氏体。（20世纪50年代提出）这个定义似乎包揽万象,该定义很不成功。于是，80年代某些学者又作了修改。如修改为：定义3：母相无扩散的，以惯习面为不变平面的切变共格的相变产物，统称为马氏体[6]。这个定义可以用于钢，也可以用于非铁金属。实际上定义2和定义3均不完美。它指出了马氏体相变的本质特征，即：无扩散的不变平面应变的晶格改组。但这只是马氏体相变过程的规律性的概括。不是马氏体本身的物理实质的说明。作为马氏体的定义应当是马氏体自身的物理本质的科学抽象，即指出马氏体自身的属性，而不是马氏体相变过程的属性，不宜用过程的属性代替产物的属性。因此，这些定义均也不够成功。5.高碳钢淬火马氏体的物理本质？钢种及成分（wt%）晶体结构惯习面亚结构组织形态低碳钢,0.2%C体心立方｛557｝γ位错板条状中碳钢,0.2~0.6%C体心正方｛557｝γ、｛225｝γ位错及孪晶板条状及片状高碳钢,0.6~1.0%C体心正方｛225｝γ位错及孪晶板条状及片状高碳钢,1.0~1.4%C体心正方｛225｝γ、｛259｝γ孪晶、位错片状、凸透镜状超高碳钢,≥1.5%C体心正方｛259｝γ孪晶、位错凸透镜状18-8不锈钢hcp(ε/)｛111｝γ层错----马氏体沉淀硬化不锈钢bcc(α/)｛225｝γ位错及孪晶板条状及片状高锰钢,Fe-Mn(13~25%Mn)hcp(ε/)｛111｝γ层错薄片状46．钢中马氏体的晶体结构和形貌？1.含碳量0.2%时，晶体结构都是体心正方的。2.中碳钢马氏体亚结构主要是高密度位错,有时含形变挛晶.3.高碳钢马氏体内的孪晶是相变孪晶，而且是大量的精细而规则的，4.随着碳含量的提高，从低碳钢的板条状马氏体变为中碳钢的板条状+片状有机结合型马氏体，高碳钢的片状，凸透镜状马氏体。7．马氏体中的位向关系有那些？141页新相和母相界面始终保持着切变共格。因此，相变完成后，两相之间的位向关系仍然保持着。位向关系有：如K-S关系、G-T关系、西山关系等。（1）K-S关系（2）G-T关系（3）西山关系8．0.2%C钢淬火马氏体的物理本质？见第5题9．钢中马氏体中的亚结构？见第5题10．马氏体表面浮凸的特征和成因？139页近来，有人研究Fe－Ni－C合金｛259｝f型马氏体的表面浮凸为帐篷型（Λ）；｛557｝f马氏体和｛225｝f马氏体的表面浮凸均为若干个小“N”型台阶构成。11．说明K-S模型、G-T模型的切变过程，指出其缺点。163页12.试讨论马氏体切变机制的正确性。5复习思考题1．扩散学派和切变学派给贝氏体的定义有那些？试分析这些定义的正确性。切变学派的R.F.Hehemann们认为：贝氏体是指中温转变时形成的针状分解产物。有三点特征：（1）针状组织形貌；（2）浮凸效应；（3）有自己的TTT图和Bs点。并将贝氏体定义为“铁素体和碳化物的非层片状混合组织”。此定义不正确。理由有2：①不是混合系统，不是混合物，而是整合系统。②铁素体和碳化物的非层片状组织不一定全是贝氏体，贝氏体组织中也不仅仅只有铁素体和碳化物。扩散学派的H.I.Aaronson们则反驳说：Bs点和TTT图是合金元素对共析分解动力学的一种影响表现，表面浮凸也不能作为切变的依据