固态相变理论基础

《合金固态相变》教学大纲

《合金固态相变》教学大纲 课程编号:2080113 学时:40 (实验学时另计,8学时) 学分:2.5 一、课程基本情况 1.课程名称:合金固态相变 2.课程性质:必修课程 3.适用年级专业:四年制材料科学与工程、材料成型与控制工程专业,三年级本科生 4.先修课程:材料科学基础、金属学、物理化学 5.教材:“合金固态相变”,赵乃勤主编,中南大学出版社,2008 6.开课单位:材料科学与工程学院 二、课程性质目的、任务和基本要求 1.性质目的和任务 固态相变是材料科学与工程专业的主要专业课之一,它是以物理、数学、物理化学和金属学原理等课程为基础,着重讲授与合金固态相变有关的基本理论,主要包括金属(特别是钢)在加热、冷却过程中相变的基本原理和规律以及组织结构与性能之间的关系,为提高产品质量、充分发挥现有材料的潜力、合理制定热处理工艺、发展新材料和新工艺打下坚实的基础。本课程的内容应适当反映现代固态相变理论的发展和成就。 2. 课程的基本要求 学生通过学习本课程,应达到:1.掌握金属材料中相变的基本理论,重点是钢中组织转变的基本规律;2.有运用金属材料中相变基本规律,分析和研究金属热处理工艺问题的能力; 3.初步掌握成分组织与性能之间的关系,从而对金属材料具有一定的分析和研究能力。 三、课程教学环节、内容及学时分配 (一)课程内容 第一章绪论 合金固态相变的定义。金属固态相变在工业中的地位和作用。本课程的研究对象、内容以及与其它课程的关系。 教学重点:固态相变的一般特征,包括驱动力和阻力,相变的形核、长大、扩散、相界面等。 第二章合金固态相变的常用研究方法 具体介绍研究物相类型、分布和相变过程的各种手段。 教学重点:材料的物相种类、相分布和相变过程所采用的不同研究手段,并对各研究手段在相变研究中的用途和基本原理有所了解。

天津大学2008~2009学年第二学期期末考试试卷《合金固态相变》B卷 答案

天津大学2008~2009学年第二学期期末考试试卷《合金固态相变》B卷答案 一、名称解释(10分,每题2分) 1. 回火马氏体:淬火钢在低温回火时得到的组织。 2. 回火脆性:随回火温度升高,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,韧性反而显著下降的现象。 3. 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将使已经因回火温度升高而下降的硬度重新升高,故称二次硬化。 4. 晶粒度:设n为放大100倍时每645mm2(lin2)面积内的晶粒数,则下式中的N被用来表示晶粒大小的级别,被称为晶粒度。N=2N-1 5. 形状记忆效应:将某些金属材料进行变形后加热到某一特定温度以上时,能自动恢复原来形状的效应。 二、填空:(20分,每空0.5分) 1. M转变的切变模型有Bain模型,K-S模型,G-T模型。 2.奥氏体转变的四个阶段是A形核,A长大,渗碳体溶解,A均匀化。 3.固相界面根据其共格性有共格界面,半共格界面,非共格界面,其中非共格界面的弹性应变能最小。 4.A转变时,转变温度与临界点A1之差称为过热度,它随加热速度的增大而增大。5.奥氏体是碳溶于γ-铁固溶体,碳原子位于八面体中心位置,钢中马氏体是 碳在α铁中的过饱和固溶体,具有体心立方点阵 6.影响钢的Ms点的最主要因素是碳含量,Ms随碳含量升高而降低。 7.一般退火采取的冷却方式为炉冷,正火的冷却方式为空冷,正火后强度略高于于退火后的强度,组织更细小。 8.M回火加热时,回火转变过程依次为M中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相回复与再结晶。 9.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)。 10.高碳钢为了改善其切削加工性能,淬火后进行高温回火,工业中也称为派登处理。11.马氏体转变时K-S关系是指{110}α’|| {111}γ(晶面关系),﹤111﹥α’|| ﹤110﹥γ(晶向关系)。 12.常用的淬火介质中,淬火时伴随有物态变化的介质有:水,水溶液(油)等;没有物态变化的介质有熔盐,碱(熔融金属)等。 三、选择(20分,每题1分) 1.亚共析钢在AC3下加热后的转变产物为__c_。 (a) F (b) A (c) F+A (d) P+F 2. 由于形成F与Fe3C的二相平衡时,体系自由能最低,所以A只要在A1下保持足够长时间,就会得到__c__的二相混合物P。 (a)A+P (b)A+Fe3C (c)F+Fe3C (d)A+F 3.合金时效时随时间的延长硬度发生下降是发生了_b__。 (a) 冷时效(b) 过时效(c) 温时效(d) 自然时效 4.选出过冷奥氏体向贝氏体转变时的相变阻力__b,c_ (a)新相和母相的自由能差(b)两相间的表面能(c)弹性应变能(d)塑性应变能 5.亚共析钢的先共析铁素体是在__d__以上向奥氏体转变的。 (a) AC1 (b) T0 (c) A1 (d) AC3

最新固态相变原理考试试题+答案资料

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。 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

固态相变B(09)答案

一.填空题(每空1分,共10分) 1、在钢的各种组织中,奥氏体的比容最小(选填大还是小)。可利用这一 点调整残余奥氏体的量,以达到减少(选填减少还是增大)淬火工件体积变化的目的。 2、化学热处理的基本过程是——分解————、、———吸收———、————扩散————。 2、钢的淬透性主要取决于——临界淬火冷却速度———,钢的淬硬性主要取决于————含碳量—。 3、贝氏体主要有_上贝氏体__和__下贝氏体__两种,其中 _下_贝氏体强韧性好。 二.单项选择题(每题2分,共20分,将答案填入下表) A.氧化 B.脱碳 C.过热 D.过烧 2、防止或减小高温回火脆性的较为行之有效的方法是() A.回火后缓冷 B.回火后空冷 C.回火后水冷或油冷 D.回火后保温 3、下列对珠光体团的描述中正确的是:() A.珠光体团就是铁素体和渗碳体的混合物 B.珠光体团就是由一层(片)铁素体和一层(片)渗碳体所组成的区域 C.一个奥氏体晶粒所占区域转变成珠光体后。就称为珠光体团 D.珠光体中由层(片)方向大致相同的区域称为珠光体团 4、某钢的A C3为780℃,如在820℃保温并随炉冷却。此工艺最有可能属于 A.完全退火B.再结晶退火 C.扩散退火D.球化退火 5、对奥氏体实际晶粒度的描述中不正确的是:() A.某一热处理加热条件下所得到的晶粒尺寸 B.奥氏体实际晶粒度比起始晶粒度大 C.加热温度越高实际晶粒度也越大 D.奥氏体实际晶粒度与本质晶粒度无关 6、在A1温度以下发生的P转变,奥氏体与铁素体界面上的碳浓度___奥氏体与渗碳体界面上碳浓度,引起奥氏体中的碳的扩散。 A.低于 B.高于 C.等于 D.小于等于 7、在A1下,_____的过冷奥氏体最稳定。 A.亚共析钢 B.共析钢 C.过共析钢 8、贝氏体转变时,由于温度较高,会存在____的扩散。

固态相变新理论论文

固态相变论文 班级:材料08-01 姓名:郑国阔 学号:0808010130

金属固态相变理论研究的最新进展 摘要:已经研究形成一套金属固态相变理论,但有的知识陈旧,且存在错误,因此,开拓创新具有理论意义和应用价值。本文就钢的珠光体和贝氏体转变做了深入研究。通过分析得出钢中共析分解的新机制,对于“相间沉淀”机理做了新的解释,重申了珠光体的新概念。认为:珠光体是共析铁素体和共析渗碳体(或碳化物)构成的整合组织,不是机械化合物。珠光体的形核--长大是以界面扩散为主进行的相变,铁素体和渗碳体两相是共析共生,协同长大,不存在领先相;发现了珠光体转变在预先抛光的试样表面也具有浮凸效应;指出过渡性是贝氏体相变的主要特征,提出了贝氏体和贝氏体相变的新定义。认为以往的热力学计算不准,贝氏体铁素体的相变驱动力约为-905J/mol。提出了切变-扩散整合机制,贝氏体相变的晶核是单相BF,不是共析分解,贝氏体铁素体(BF)在贫碳区形核,是贫碳的γ→α的无扩散相变,不是切变过程,而是以界面替换原子热激活跃迁方式形核长大;钢中贝氏体碳化物(Bc)在γ/α相界面上形核,向奥氏体和铁素体中长大,最终被铁素体包围,是以原子热激活跃迁方式进行的相变。 关键词:固态相变;珠光体;贝氏体;界面扩散;热激活跃迁;扩散;切变;整合。 金属固态相变过程和相变机理极为复杂,而钢中的相变是金属相变中最为复杂的,各种相变机制也存在争议,在争论中金属固态相变理论不断更新和发展发展[1~7]。科学技术哲学告诉人们,自然物质的演化是从量变到质变的过程。应当把“奥氏体珠光体、贝氏体、马氏体”转变系列作为一个整合系统来研究。从整合机制和自组织功能方面以系统整合的方法进行研究。 21世纪以来,奥氏体的形成、马氏体相变和回火转变研究欠活跃,进展缓慢,本文主要介绍珠光体转变和贝氏体相变的最新进展情况。 珠光体是钢中发现比较早的组织,20世纪上半叶对珠光体转变理论进行了大量的研究工作,但60~80年代在马氏体和贝氏体研究的热潮中,珠光体相变的研究被冷落。80年代以后,索氏体组织及在线强化;非调质钢取代调质钢;高强度冷拔钢丝的研究开发等,使珠光体转变的研究有了一定的新进展。但是,共析分解的许多问题实际上并没有真正搞清楚。本文就珠光体的定义、共析分解机理;领先相问题;相间沉淀等阐述其新理论、新认识。 20世纪50年代柯俊第一次对贝氏体相变的本质进行了研究。60年代末,美国冶金学家H.I.Aaronson等学者从能量上否定贝氏体转变的切变可能性。贝氏体相变机制方面形成了切变机制、扩散-台阶机制,切变-扩散复合机制等,并且经历了长达30多年的论争。进入21世纪以来,刘宗昌等人提出了切变-扩散整合机制。继承各类学术观点之所长,开拓创新,实现各类学术观点的整合,以便促进贝氏体相变理论的发展。 1. 珠光体转变新理论 20世纪80年代电镜观察发现了珠光体组织中的长大台阶,提出了台阶转变机制。近年来,作者本人依据对共析分解机理和珠光体本质的研究,发表了

(完整版)金属固态相变原理考试复习思考题

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

固态相变理论部分答案

《固态相变理论》作业3 1.试述贝氏体转变的基本特征。 答:1)孕育期的预相变:在贝氏体孕育期内,母相发生成分的预分配和结构的预转变。预相变期发生了原子的偏聚,形成贫碳区即为贝氏体相变的 形核位置。相变机制存在扩散和切变学派的争论。 2)贝氏体相变形核:贝氏体相变是非均匀形核,上贝氏体一般在奥氏体晶界处形核,而下贝氏体一般在奥氏体的晶内形核。 3)贝氏体的长大机制:存在三种观点1.马氏体型的贝氏体切变长大机制,这种学派认为,贝氏体长大与马氏体相似,以切变方式进行,但贝氏体 长大的速度比马氏体慢的多。判断依据是贝氏体的表面浮凸效应现象。 切变包括滑移切变和孪生切变。2.扩散台阶长大机制,台阶机制可以为 扩散长大所利用,也可以为切变长大利用。3.扩散-切变复合长大模型, 这种模型首要条件是界面位错必须是刃型位错或刃型分量为主导的。因 为只有刃型位错才能攀移,而螺位错是不能攀移的。 2.试述影响贝氏体性能的基本因素。 C。形态为答:1)上贝氏体的形成中温转变,在350~550℃,组织为BF+Fe 3 羽毛状上贝氏体的转变速度受碳在奥氏体中的扩散所控制。 2)下贝氏体的形成低温转变,小于350℃。BF大多在奥氏体晶粒内通过共格切变方式形成,形态为透镜片状。由于温度低,BF中的碳的过饱和 度很大。同时,碳原子已不能越过BF/A相界扩散到奥氏体中去,所以就 在BF内部析出细小的碳化物。同样,下贝氏体的转变速度受碳在铁素体 中的扩散所控制。 3)碳含量及合金元素的影响奥氏体中的碳含量的增加,转变时需要扩散的原子数量增加,转变速度下降。除了铝和钴外,合金元素都或多或少 地降低贝氏体转变速度,同时也使贝氏体转变温度范围下降,从而使珠 光体与贝氏体转变的C曲线分开。 4)奥氏体晶粒度大小的影响奥氏体晶粒度越大,晶界面积越少,形核部位越少,孕育越长,贝氏体转变速度下降。 5) 应力和塑性变形的影响拉应力加快贝氏体转变。在较高温度的形变使 贝氏体转变速度减慢;而在较低温度的形变使得转变速度加快。 6)冷却时在不同温度下停留的影响

金属固态相变原理

第2篇热处理原理及工艺 第7章钢的热处理 教学目标: 搞清奥氏体、珠光体、贝氏体、马氏体等基本概念; 掌握共析分解、马氏体相变、贝氏体相变基本知识 掌握相变产物的形貌和物理本质。 第8章金属固态相变原理 §8钢的热处理 一、热处理的作用 机床、汽车、摩托车、火车、矿山、石油、化工、航空、航天等各行各业用的大量零部件需要通过热处理工艺改善其性能。 拒初步统计,在机床制造中,约60% 70%的零件要经过热处理;在汽车、拖拉机制造中,需要热处理的零件多达70% 80%,而工模具及滚动轴承,则要100%进行热处理。 总之,凡重要的零件都必须进行适当的热处理才能投入使用。 热处理的定义:将固态金属或合金在一定介质中加热、保温和冷却, 以改变材料整体或表面组织,从而获得所需组织和性能的工艺过程。 热处理三大要素:加热、保温和冷却 通过以上三个环节,材料的内部组织发生了变化,因而性能也发生变化。 例如:碳素工具钢T8在市场购回的是球化退火的材料其硬度仅为20HRC,作为工具需经淬火并低温回火使硬度提高到60?63HRC,这是因为内部组织由淬火之前的粒状珠光体转变为淬火+低温回火的回火马氏体。 同一种材料,热处理工艺不一样其性能差别很大,导致性能差别如此大的原

因是不同的热处理后内部组织截然不同。 热处理工艺的选择要根据材料的成分来确定。材料内部组织的变化依赖于材料热处理和其他热加工工艺,材料性能的变化又取决于材料的内部组织变化。 所以,材料成分-加工工艺-组织结构-材料性能这四者相互依成的关系贯穿在材料制备的全过程之中。 我们的任务就是要了解和掌握其中的规律性。 二、热处理的基本要素 如上所述,热处理工艺中有三大基本要素:加热、保温、冷却。这三大基本要素决定了材料热处理后的组织和性能。 1、加热 按加热温度的高低,加热分为两种:一种是在临界点A i以下加热, 此时一般不发生相变;另一种是在A i以上加热,目的是为了获得均匀的奥氏体组织,这一过程称为奥氏体化。

固态相变试题库及答案

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

金属固态相变原理

*本答案基本根据录音整理所得,课本有的标了页码* 金色固态相变原理 简答题 1.简述共析钢加热奥氏体化的过程。(P42) 答:(1)奥氏体形核奥斯体的形核是通过形核和长大完成的。奥氏体的晶核是依靠系统的能量起伏、浓度起伏和结构起伏形成的;(2 )奥氏体晶核长大奥氏体的长大过程是两个新旧界面向原来的铁素体和渗碳体中推移的过程,驱动力为奥氏体中的碳浓度差;(3)剩余碳化物的溶解奥氏体中铁素体的溶解速度大了渗碳体的溶解速度,使渗碳体过剩而逐渐溶入奥氏体中;(4)奥氏体的均匀化继续加热或保温,借助碳原子的扩散使碳原子的分布趋于均匀。 2.马氏体相变的主要特征有哪些?(P76) 答:(1)切变共格和表面浮突现象马氏体转变时奥氏体中的原子基集体有规则的向新相中迁移,形成切变共格界面,表面产生浮突效应;(2)无扩散性仅由面心立方点阵通过切边改组为体心立方点阵,而无成分的变化;(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温度在Ms-Mf完成,但是转变不能完全进行,有一定量的残余奥氏体存在;(5)可逆性 3.什么是第一类回火脆性,避免其发生的方法有哪些?(P143) 答:在250-400°C之间出现的回火脆性称为第一类回火脆性,也称低温回火脆性,也称为不可逆回火脆性。 避免方法:(a)降低钢中杂质元素的含量;(b)用Al脱氧或加入Nb、V、Ti等合金元素以细化奥氏体晶粒;(c)加入Mo、W等能减轻第一类回火脆性的合金元素;(d)加入Cr、Si以调整发生第一类回火脆性的温度范围,使之避开所需的回火温度;(e)采用等温淬火工艺代替淬火加回火工艺。 4.板条马氏体和片状马氏体那种会出现显微裂纹,为什么?(根据录音所得) 答:片状马氏体。显微裂纹是片状马氏体形成是产生的,先形成的第一片马氏体贯穿整个晶粒,将奥氏体晶粒分成两个部分,而后形成的马氏体片大小受到限制,所以马氏体的大小是不同的。后形成的马氏体片不断的撞击先形成的马氏体。由于马氏体的形成速度非常快,所以相互撞击,同时还与奥氏体晶界撞击,产生较大的应力场,另外片状马氏体的含碳量比较高,不能通过滑移和孪晶等变形方式消除应力,所以片状马氏体容易出现显微裂纹。 板条马氏体之间的夹角比较小,基本上是平行的,相互撞击的几率较小,残余奥氏体的存在可以缓解应力,所以板条马氏体没有出现显微裂纹。 5.什么是材料的热处理?其目的是什么?常见的热处理工艺有哪些?(根据录音所得)答:材料的热处理是通过特定的加热保温和冷却方式来获得工程上所需的组织的一种工艺过程的总称。目的:改变金属及合金的内部组织结构使其满足服役条件所提出的性能要求。常见的热处理工艺有淬火、正火、退火和回火。 6.如何区别高碳钢中的回火马氏体与下贝氏体?(根据录音所得) 答:(1)高碳钢回火马氏体表面浮突呈锥字型,它的相变是通过共格切变机制完成的。而下贝氏体的表面浮突是不平行的相交成V字形,而且它的铁素体不是通过切变共格完成的;(2)高碳钢回火马氏体中存在位错和孪晶,而下贝氏体中的铁素体中只有位错盘结没有孪晶结构存在,其韧性较好。(3)下贝氏体中碳沿着与贝氏体长轴呈50-60°倾斜的直线规则排列与相间析出相似。回火马氏体中碳在铁素体中是均匀分布的。 7.奥氏体的晶核最容易在什么地方形成?为什么?(P40)

相变原理(复习题)

相变原理复习习题 第一章固态相变概论 相变:指在外界条件(如温度、压力等)发生变化时,体系发生的从一相到另一相的变化过程。 固态相变:金属或陶瓷等固态材料在温度和/或压力改变时,其内部组织或结构会发生变化,即发生从一种相状态到另一种相状态的改变。 共格界面:若两相晶体结构相同、点阵常数相等、或者两相晶体结构和点阵常数虽有差异,单存在一组特定的晶体学平面使两相原子之间产生完全匹配。此时,界面上原子所占位置恰好是两相点阵的共有位置,界面上原子为两相所共有,这种界面称为共格界面。当两相之间的共格关系依靠正应变来维持时,称为第一类共格;而以切应变来维持时,成为第二类共格。 半共格界面:半共格界面的特点:在界面上除了位错核心部分以外,其他地方几乎完全匹配。在位错核心部分的结构是严重扭曲的,并且点阵面是不连续的。 非共格界面:当两相界面处的原子排列差异很大,即错配度δ很大时,两相原子之间的匹配关系便不在维持,这种界面称为非共格界面;一般认为,错配度小于0.05时两相可以构成完全的共格界面;错配度大于0.25时易形成非共格界面;错配度介于0.05~0.25之间,则易形成半共格界面。 一级相变:相变前后若两相的自由能相等,但自由能的一级偏微商(一阶导数)不等的相变。特征:相变时:体积V,熵S,热焓H发生突变,即为不连续变化。 晶体的熔化、升华,液体的凝固、气化,气体的凝聚,晶体中大多数晶型转变等。 二级相变:相变时两相的自由能及一级偏微商相等,二级偏微商不等。特征:在临界点处,这时两相的化学位、熵S和体积V相同;但等压热容量Cp、等温压缩系数β、等压热膨胀系数α突变。 例如:合金的有序-无序转变、铁磁性-顺磁性转变、超导态转变等。 均匀相变:没有明显的相界面,相变是在整体中均匀进行的,相变过程中的涨落程度很小而空间范围很大。特点:A: 无需形核;B: 无明确相界面; 非均匀相变:是通过新相的成核生长来实现的,相变过程中母相与新相共存,涨落的程度很大而空间范围很小。特点:A:即为形核-长大型相变;B: 新旧相差别较大(结构或成分); C: 相变过程中母相与新相共存 形核功:晶核长大到r* 所需克服的能垒,或所做的功。 晶核长大的两个伴随过程:即为界面过程(满足结构);传质过程(满足成分) 相变动力学:研究新相形成量(体积分数)与时间、温度关系的学科称为相变动力学。 新相颗粒的粗化:粗化是指在相变过程中所形成的新相颗粒平均尺寸增大的动力学过程

固态相变 习题学习资料

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。 10. 从奥氏体等温形成动力学曲线出发说明珠光体到奥氏体的转变特征。 第四章自测题试卷 1、填空题 1) 根据片层间距的大小,可以将珠光体分为________ 、________、 ________。

金属固态相变原理名词解释

1.固态相变:金属盒陶瓷等固体材料在温度和压力改变时,其内部组织或结构会发生变化,即从一种相状态到另一种相状态的转变 2.平衡转变;在缓慢加热或冷却时所发生的能获得复合平衡状态图的平衡组织的相变。 3.共析相变;合金在冷却时由一个固相分解为两个不同固相的转变 4.平衡脱溶相变;在缓慢冷却条件下,由过饱和固溶体中析出过剩相的过程 5.扩散性相变;相变时相界面的移动是通过原子近程或远程扩散而进行的相变也称非协调型 6.无扩散性相变;相变过程中原子不发生扩散,参与转变的所有原子的运动是协调一致的相变也称协同型 7.均匀形核;晶核在母相中无择优地任意均匀分布 8.形核率;单位时间形成的晶核数 9.混晶;置换固溶体,两种或多种元素相互溶解而形成的均匀晶相 10.异常长大:正常晶粒长大过程被第二相微粒、织构、表面热蚀沟等阻碍,使得大多数晶粒不能长大,从而使少数较大的晶粒得以迅速长大。 11.奥氏体;碳及各种化学元素在γ-Fe中形成的固溶体 12.珠光体;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和渗碳体的混合物称为珠光体 13.粒状珠光体;通过片状珠光体中渗碳体的球状化而获得的 14.贝氏体;钢在奥氏体化后被过冷到珠光体转变温度区间以下,马氏体转变温度区间以上这一中温度区间(所谓“贝氏体转变温度区间”)转变而成的由铁素体及其内分布着弥散的碳化物所形成的亚稳组织,即贝氏体转变的产物。 15.马氏体;对固态的铁基合金(钢铁及其他铁基合金)以及非铁金属及合金而言,是无扩散的共格切变型相转变,即马氏体转变的产物。就铁基合金而言,是过冷奥氏体发生无扩散的共格切变型相转变即马氏体转变所形成的产物。铁基合金中常见的马氏体,就其本质而言,是碳和(或)合金元素在α铁中的过饱和固溶体。就铁-碳二元合金而言,是碳在α铁中的过饱和固溶体。 16.屈氏体;通过奥氏体等温转变所得到的由铁素体与渗碳体组成的极弥散的混合物。是一种最细珠光体类型组织,其组织比索氏体组织还细 17.索氏体;马氏体于回火时形成的,在光学金相显微镜下放大五六百倍才能分辨出为铁素体内分布着碳化物(包括渗碳体)球粒的复相组织。 18.组织遗传;将晶界有序组织加热到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。 19.相变孪晶;相变过程中形成的孪晶。 20.热稳定化;淬火时因缓慢冷却或在冷却过程中因停留而引起奥氏体稳定性提高,使马氏体转变迟滞的现象。 21.反稳定化;当等温温度超过一定限度后,随等温温度升高,奥氏体稳定化程度反而下降的现象。 22.不变平面应变;相变过程中虽然发生了变形,但变形为均匀切变,且相变过程中惯习面为不变平面的应变。 23.惯习面;固态相变时,新相往往在母相的一定晶面开始形成,这个晶面称 24.热弹性马氏体;在冷却转变与加热逆转变时呈弹性长大与缩小的马氏体 25.形状记忆合金;具有这种形状记忆效应的金属发生较大变形后,经加热至某一温度之上,能恢复到变形前形状的合金。 26.正方度;c/a表示晶格畸变程度,具有体心正方点阵结构的马氏体的c/a值。 27.伪共析组织;过冷奥氏体以极快冷速转变形成的p组织,其成分因奥氏体含碳量不同而不同。 28.回火;淬火处理后将工件加热到低于临界点的某一温度,保温一定时间,然后冷却到室温的一种热处理操作。 29.回火屈氏体;铁素体加片状或者小颗粒状渗碳体的混合组织 30.回火马氏体;残余奥氏体向低碳马氏体和e-碳化物分解的过程,所得组织马氏体经分解后的立方马氏体+e-碳化物的混合组织。 31.回火索氏体;等轴铁素体加尺寸较大的粒状渗碳体的混合组织 32.回火脆性;随回火温度升高,冲击韧性反而下降的现象 33.二次硬化;当马氏体中含有足够量的碳化物形成元素时,在500°c以上回火是将会析出细小的特殊碳化物,导致因回火温度升高, -碳化物粗化而软化的刚再度硬化 34.二次淬火;在冷却回火是残余奥氏体转变为马氏体的现象叫二次淬火 35.时效;合金在脱溶过程中,其机械性能物理性能化学性能等均随之发生变化的现象 36.脱溶;从饱和固溶体中析出第二相(沉淀相)或形成溶质原子聚集区以及亚稳定过渡相

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。 10. 从奥氏体等温形成动力学曲线出发说明珠光体到奥氏体的转变特征。 第四章自测题试卷 1、填空题 1) 根据片层间距的大小,可以将珠光体分为________ 、________、________。 2) 获得粒状珠光体的途径有________ 、__________ 、___________ 、___________ 。 3) 珠光体的长大方式有__________ 、___________ 、___________。

固态相变原理

固态相变原理 1、相变的基础理论涉及三个方面的共性问题: 1)相变能否进行,相变的方向 2)相变进行的途径及速度 3)相变的结果,即相变时结构转变的特征。 分别对应相变热力学、相变动力学和相变晶体学。 相变是朝着能量降低的方向进行; 相变是选择阻力最小、速度最快的途径进行; 相变可以有不同的终态,但只有最适合结构环境的新相才易于生存下来。 2、固态相变的特殊性 (相界面、弹性应变能、位向关系与惯习面、亚稳过渡相、原子迁移率、晶体缺陷)。 固态相变除满足热力学条件外,还须获得额外能量来克服晶格改组时原子间的引力,即存在相变势垒。相变势垒由激活能决定,也与是否有外加机械应力有关。 3、相变驱动力和相变阻力 驱动力:体积自由能,来自晶体缺陷(点,线,面缺陷)的储存能。 储存能由大到小的排序:界面能,线缺陷,点缺陷。 界面能中界隅提供的能量最大,但体积分数小,界棱次之,界面最小,但体积分数最大。 相变阻力是界面能和弹性应变能。 弹性应变能与新旧相的比容差和弹性模量,及新相的几何外形有关。从能量的角度来看:共格界面的弹性应变能最大,非共格界面的界面能最大。球形新相界面能最小,但应变能最大,圆盘状新相相反,针状新相居中。 4、长大方式 新相晶核的长大分为协同(共格或半共格,切变)和非协同(非共格或扩散)两种,前者速度快,后者速度慢。原子只能短程扩散时,长大速度与过冷度(温度)存在极大值;长程扩散时,长大速度与扩散系数和母相的浓度梯度成正比,与相界面处两相的浓度差呈反比。 5、相变速率

相变速率满足Johnson-Mehl方程或Avrami经验方程。相变之初和相变结束其,相变速率最小,转变量约50%时,相变速度最大。扩散型相变的动力学曲线呈“C”形。是由驱动力和扩散两个矛盾因素共同决定的。 6、C曲线 “C”曲线建立的原理:一定外界条件下,只要发生了相变,宏观上就能检测出某种变化(组织,结构,性能等),确定该条件下这种变化与新相转变量的关系。相变进行的难以程度决定“C”曲线的位置。“C”曲线可分为六种类型,影响“C”曲线的因素有:化学成分,奥氏体化条件和奥氏体晶粒尺寸,原始组织及外界能量(塑性变形等)。凡是使过冷奥氏体稳定的因素均使“C”曲线右移(右移,说明相变所需要的临界冷却速率越小,相变越容易)。连续冷却时,“C”曲线“滞后”,即向右下方向漂移。 7、用TTT曲线和CCT曲线判断组织组成的原则。 只要过冷奥氏体经过或停留在那个区,就转变为该区对应的组织。过冷奥氏体全部转变完后,再经过任何区域都不会发现任何变化,是其自然冷却。冷速越快,硬度越高。冷速超过某临界值时(临界冷却速度),过冷奥氏体全部转变成马氏体。

一般论文模板

一般论文模板 (小2号黑体,居中,数字外文加黑,一般20字内) XXX 1,3,XXX 2,XXX 1(4号仿体,居中) (1.北京科技大学材料学系, 北京 100083; 2.内蒙古科技大学材料工程学院, 内蒙古 包头 014010; 3.新金属 材料国家重点实验室, 北京 100083)(5号宋体,居中) (全文汉字用“宋体”,数字、符号及英文字母用“Times New Roman ”字体,公式中的符号或字母表示为变量的用斜体,常量用正体表示。正文用5号宋体,数字和 单位之间需要空半格。) 摘 要: 观察并研究了…。用Frank-Read 强化理论分析……。结果表明……。(文字应简明扼要,表达清楚,应避免含混不清和一般性叙述,避免难以理解的长句。一般不超过300字)小5号宋体 关键词: 结构钢;析出相;时效强化(关键词3~6个,用小5号宋体) Ageing strengthening effect of precipitates containing copper in structural steels (首个单词首字母大写,其余均小写,4号黑正,居中) XXX Xxx-xxx 1,3 , XXX Xxx-xxx 2, XXX Xxx-xxx 1 (5号罗马字体,居中) (1. Department of Materials; University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China; 2.…… 3. ……) (5号罗马字体,居中) Abstract : 英文摘要(一般不超过150字)包括目的(Purposes),主要的研究过程(Procedures)及所采用的方法(Methods),由此得到的主要结果(Results)和得出的重要结论(Conclusions)。用过去时态叙述作者的工作和研究方法,用现在时态叙述结论 Key words : (3~5个)(小5号罗马字体) 1 写作格式(一级标题用4号仿体) 正文内容不少于2500字,总字数一般不超过6 000字(4页)。用Microsoft Word 软件编排,按照本模版排版,并将论文的Word 文件发送到liqincao@https://www.360docs.net/doc/2810129459.html, 。 1.1题名项(二级标题用5号黑体): 1.1.1 (三级标题只是数字黑体) 1.2摘 要:概括文章的主要内容(100~200字,应含目的、方法、结果、结论); 1.3关键词:3~5个; 1.4基金项目:请注明基金名称及批准号。 1.5正文:一般包括引言、原理、方法、结果、讨论、结论。每部分可加分标题,一级标题用1, 2,……排序;二级标题用1.1, 1.2,……排序;三级标题类推。 1.6计量单位:一律采用法定计量单位。部分常见写作格式举例:10 ~ 80 nm ;3.2%~3.2%;3 mm ×3 mm ×3 mm ;650~1 100 ℃;40,80,120和160 ℃。 1.7插图:按宽度170 mm 的1,1/2,1/4倍尺寸插入文中。 1.8参考文献:择已公开发表的近期文献。采用顺序编码制,书写范例见文末。 1.9英文摘要: 与中文摘要相对应。 2排版规范 2.1 公式 请用Word 自带公式编辑器或 Equation 排版。凡变量均用斜体,物理量简称均用正体(不论上下角)。如: ()()()[]22112 0he /I μP i i i i ?-+-?-??=ln πc (1)

金属固态相变

第一章金属固态相变的基本规律 1.固态相变:指在金属陶瓷等固态材料中,当温度或压力改变时,内部组织或结构发生变化,即由一种相状态转变为另一种相状态。 2.平衡转变:在极为缓慢的加热或者冷却条件下形成符合状态图的平衡组织的相得转变。 3.非平衡转变:在非平衡加热或冷却的条件喜爱,平衡转变受到抑制,将发生平衡图上不能反映的转变类型,获得不平衡组织或平稳状态的组织。 4.纯金属的同素异构转变:纯金属在温度压力改变时,由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的过程。 5.多形性转变:固溶体的同素异构转变。 6.共析转变:冷却时,固溶体同时析出分解为两个不同成分和结构的相的固态相变。 7.包析转变:冷却时,由俩个固相合并转变为一个固相的固态相变过程。 8.钢种的马氏体相变:将A以较大的冷却速度过冷到低温区,替代原子难以扩散,则A以无扩散方式发生转变,即在Ms点以下进行的马氏体转变,即称为马氏体转变。 9.平衡脱溶:在高温相中固溶了一定量合金元素,当温度降低时,溶解度下降,在缓慢冷却的条件下,过饱和固溶体将析出新相的过程。 10.非平衡脱溶:合金固溶体在高温下溶入了较多的合金元素,在快速冷却条件下,固溶体中来不及析出新相,一直冷却到较低温度下,得到过饱和固溶体的过程。 11.按原子迁移特征分为:(1)扩散型相变:原子的迁移造成原有原子的邻居关系的破坏。 ①界面控制扩散型相变②体扩散控制扩散型相变;(2)原子的迁移没有破坏原有原子的邻居关系,原子位移不超过原子间距。 12.按热力学分:(1)一级相变:在相变温度下,两相得自由焓及化学位均相等,但是化学位一级偏导数不等;(2)二级相变:相变时,化学位的一级偏导数相等,但是二级偏导数不等。 13.相变的驱动力和阻力: 相变过程驱动力阻力热力学条件 相结晶成固相△G相变=G固-G液新相表面能△G表驱动力>阻力 固态相变△G相变=G新-G旧△G界面+△G畸变 14.界面能△G界面:由结构界面能和化学界面能组成:(1)δSt结构界面能:由于界面处的原子键合被切断或被削弱,引起了势能的升高而形成的界面能:(2)δCh化学界面能:由于原子的结合键与两相内部原子键合的差别而导致的界面能量的升高。 15.新旧相界面分为:(1)非共格界面;(2)半共格界面;(3)共格界面 16.畸变能分为:(1)共格畸变能;(2)非共格畸变能。 17.固态相变形核要求有一个临界过冷度△Tc,只有当过冷度△T>△Tc时才满足相变热力学条件。这是固态相变形核与液-固相变的根本区别。 18.晶体缺陷对形核的催化作用:(1)母相界面有现成的一部分,因而只需部分重建;(2)原缺陷能跨越贡献给形核功,形核功变小;(3)界面处扩散速率比晶内快的多;(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,这有利于提高形核率。 19.晶界形核与界面,界核,界隅有关。界隅>界核>界面 20.形核率:单位时间,单位体积母相中形成新相晶核的数目。(N=C*f)C-临界核胎浓度;f-临界核胎成核频率。 21.长大速度:单位时间新相长大的线长度。 22.P27相变动力学曲线。等温转变图(C曲线)

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