固态相变作业3
固态相变作业
固态相变理论1.推导Johnson-Mehl 方程。
设新相β在母相α中成核，并经过一段孕育期τ以后长大成球状， 新相半径：)(τ-=t u r 一个新相体积：333)(3434τππυβ-==t u r d τ时间间隔内成核的β相数目为：τVId则这些新相长大到时间t 时的转变体积：ββυτ⋅=IVd dV ex所以不同时间内形核的β相在时间t 的转变总体积：⎰=tex ex dV V 0ββ ()4303334t IVu d t V Iu V t ex πττπβ=-=⎰ βexV 为扩张体积，重复计算 ①已转变的体积不能再成核②新相长大到相互接触时，不能继续长大所以ββV V ex >（真正的转变体积）为了校正βex V 和βV 的偏差在d τ时间内有：βββVV dV V dV ex -= 所以 βββdV VV V dV ex -= 积分得：C V V V V ex +--=)ln(ββ初始条件：当t=0时，0,0==ββex V V所以V V C ln =⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=V V V V ex ββ1ln 4331ln t Iu V V V V ex πχβ-=-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛- ⎪⎭⎫ ⎝⎛--==433exp 1t Iu V V πηβ2.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？由热力学可知，在某种条件下，结晶能否发生，取决于固相的自由度是否低于液相的自由度，即ΔG =G S-G L<0；只有当温度低于理论结晶温度Tm时，固态金属的自由能才低于液态金属的自由能，液态金属才能自发地转变为固态金属，因此金属结晶时一定要有过冷度。
影响过冷度的因素：影响过冷度的因素：1）金属的本性，金属不同，过冷度大小不同；2）金属的纯度，金属的纯度越高，过冷度越大；3）冷却速度，冷却速度越大，过冷度越大。
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度。
(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.。
材料科学基础_第6章_固态相变的基本原理
，随着温度的降低，即过冷度的增大，相变驱动力增大， 相变速度加快；但是当过冷度增大到一定程度，扩散称为 决定性因素，进一步增大过冷度，反而使得相变速度减小 。
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➢ ①共格界面：当界面上的原子所占据的位置恰好是两相点 阵的共有位置时，两相在界面上的原子可以一对一地相互 匹配 。
➢ ②半共格界面：如果一相的某一晶面上的原子排列和另一 相的某晶面的原子排列不能达到完全相同，但相近，这样 形成的界面在小区域内可以利用少量得到弹性变形来维持 共格关系，适当利用位错的半原子面来进行补偿，达到能 量较低。
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2）. 非扩散型（位移型）： 在相变过程中没有原子的扩散运动，相变前后没有成分
的变化，原子以切变的方式，即相对周围原子发生有规律 的少量的偏移，基本维持原来的相邻关系，而发生晶体结 构的改变。
新旧相的界面有共格 马氏体相变就是属于非扩散型相变。
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3）.过度型相变： 介于二者之间的，具有扩散型和非扩散型的综合特征Hale Waihona Puke 2T 2P
( S T
)P
CP T
CP等压热容
2 1
P 2
T
22
P 2
T
2
P2
T
V V
V ( P )T
VB
B压缩系数
2 1
TP
22
TP
2
TP
V V
( V T
)P
VA
A膨胀系数
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二级相变
V V ,S S CP CP , B B , A A
《金属固态相变教程》课后习题
．固态相变和液固相变有何异同点?．金属固态相变有哪些主要特征，哪些因素构成相变地阻力?．为什么在金属固态相变过程中有时出现过渡相，晶体缺陷对固态相变形核有何影响?．扩散型相变和无扩散型相变各有哪些特征?．为什么大多数固态相变具有形核阶段？．为什么金属固态相变复杂多样？阐述其在国民经济中地作用.．晶粒长大驱动力，晶粒长大时界面移动方向与晶核长大时地界面移动方向有何不同，．阐述碳化物颗粒地粗化机理，钢地退火软化机理.．掌握如下基本概念：固态相变；平衡转变；共析转变；平衡脱溶；扩散型相变；无扩散型相变；均匀形核；形核率二、钢中地奥氏体．什么叫奥氏体?．奥氏体地晶体结构，奥氏体地质量体积小、导热性差地原因是什么?．试计算碳含量为％(质量分数)地奥氏体中，平均几个晶胞有一个碳原子？．说明亚共析钢地加热转变过程.．试计算奥氏体地八面体间隙大小.．试说明临界点、、与加热、冷却过程小地临界点之间有何关系？．何谓晶粒，晶粒为什么长大，细化奥氏体晶粒地措施有哪些?．奥氏体晶粒异常长大地原因，为什么出现混晶，如何控制?．共析钢地奥氏体形成过程．为什么铁素体先消失，部分渗碳体末溶解完毕？．非平衡加热时，奥氏体形成特点是什么?三、珠光体共析分解．何谓珠光体，本书中地定义与以往地书中地概念有何重要区别？．影响珠光体片间距地因素有哪些?．试述片状珠光体地形成过程.．试述影响珠光体转变动力学地因素.．试述珠光体转变为什么不能存在领先相?．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?．相间沉淀和珠光体分解有什么关系？．将热轧空冷地钢再重新加热到温度稍上，然后炉冷，试问所得地组织有何变化?四、马氏体相变．熟悉以下基本概念：热稳定化、反稳定化、不变平面应变、惯习面、热弹性马氏体、形状记忆效应、正方度.．试述马氏体相变地主要特征及马氏体相变地判据.．点地物理意义及影响点地主要因素有哪些?．马氏体地定义？以往马氏体地定义有哪些?．高碳钢淬火马氏体购物理本质及％马氏体地物理本质有哪些？．试述钢中马氏体地晶体结构和形貌.．马氏体中地位向关系有哪些?．绘图说明马氏体在奥氏体中地种不同取向.．计算模型第一切变地切变角.．绘图说明模型地切变过程，并且讨论其优点和不足之处.．试述淬火马氏体显微裂纹地成因及其危害.．试述马氏休相变地动力学特点.．试述马氏体地形核特点.．技模型所得地马氏休与奥氏体之间存在什么位向关系?．如何用金相法测定钢地马氏休点()？五、贝氏体转变．扩散学派和切变学派给贝氏体地定义有哪些．试分析这些定义．钢中贝氏体地物理本质有哪些?．贝氏体相变与珠光体共析分解有哪些区别?．试述典型地上贝氏体和下贝氏体地组织形貌和亚结构.．试述贝氏体转变与马氏体相变地异同点.．试述贝氏体转变地动力学特点.．试述贝氏体转变地形核特点.六、马氏体地回火转变．熟悉如下概念：回火；回火托屈氏体；回火马氏体；回火索氏体；回火脆性；二次硬化．回火时碳原子在什么地方偏聚，偏聚对钢地性能有什么影响？．过冷奥氏体和残留奥氏体有什么区别?．试述高碳钢、中碳钢、低碳钢淬火马氏体回火时，碳化物地析出贯序.．试述马氏体回火时，α相地变化规律.．淬火内应力在回火时是怎样变化地?．合金马氏体回火转变与碳素钢马氏体回火有何区别．碳化物析出贯序怎样?．试述合金马氏体回火二次硬化地原因.七、脱溶及时效．熟悉如下概念：时效；脱溶；连续脱溶；不连续脱溶；局部脱溶.．试述合金地时效过程，写出析出贯序.．试述脱溶过程中出现过渡相地原因.八、钢中相变产物地力学性能．试述含碳量相同地碳素钢及合金钢淬火后所得地硬度有何差异.．试述分析马氏体高硬度地本质.．如何提高高碳工具钢地强韧性?．试述决定贝氏体强韧性地因素.．试述弹簧钢经过淬火中温回火后具有高强度地原因.九、金属系统及相变地复杂性．什么叫自组织、金属系统自组织地条件是什么?．什么叫整合?说明金属中地整合现象.．什么叫涨落(或起伏)?试述涨落在固态相变中地作用.．举例说明钢中相变地非线性相互作用.．用科学技术哲学地理论重新认识下列重要概念：珠光体；马氏体；贝氏体.。
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。
3熔池凝固和焊缝固态相变
Vs-晶粒成长平均线速度；V-焊接速度；cosθ取决于焊接规范和材料 的热物理性质及形状。
晶粒成长的平均线速度，决定于cosθ值. Vc=Vcosθ
薄板
cos
1
A
q TM
2
1
K
2 y
K
2 y
1/ 2
– 合金元素的烧损比较严重，使熔池 中非自发形核的质点大为减少（柱状晶的形成原因之一）。
3.熔池是在运动状态下结晶（如图3-2） 熔池以等速随热源移动，熔化和凝 固同时进行。气体吹力，焊条摆动、 内部气体逸出等产生搅拌作用，利 于排除气体和夹杂，有利于得到致 密而性能好的焊缝。
4 联生结晶 熔池壁相当于铸型壁，熔池 内金属和熔池壁局部熔化的母材在凝固 过程中长成共同晶粒（体）。熔池壁作 为非自发形核的基底。
厚板对于co厚s 大1件 A
qv aTM
K
2 y
K
2 z
1
K
2 y
K
2 z
1/ 2
1 晶粒成长的平均线速度是变 化的
当Y=OB时，Ky=1，cosθ=0，θ=90º， Vc=0，
Y=0时，cosθ=1，θ=0，Vc=V Y=OB~0时,θ=90º~0º，Vc=0~V，晶 粒成长方向和线速度都是变化，熔 合线上最小，在焊缝中心最大，为 焊速。
• 与此同时，进行了短暂而复杂的冶金反应 。
• 当焊接热源离开以后，熔池金属便开始凝 固（结晶），如图3-1。
熔池凝固过程的研究目的：
• 熔池凝固过程对焊缝金属的组织、性能具有重要影响。 • 焊接工程中，由于熔池 中的冶金条件和冷却条件不同，可得到性能
固态相变考试题及答案
固态相变考试题及答案一、选择题（每题2分，共10分）1. 固态相变中，下列哪种相变属于一级相变？A. 液-固相变B. 固-固相变C. 液-液相变D. 气-液相变答案：A2. 马氏体相变是一种典型的哪种类型的相变？A. 扩散型相变B. 非扩散型相变C. 有序-无序相变D. 连续相变答案：B3. 贝氏体相变与珠光体相变的主要区别在于：A. 相变温度B. 相变机制C. 相变速率D. 相变产物的微观结构答案：D4. 铁磁材料在居里温度以上会发生哪种相变？A. 铁磁-顺磁相变B. 顺磁-铁磁相变C. 反铁磁-顺磁相变D. 顺磁-反铁磁相变答案：A5. 下列哪种材料的固态相变不涉及化学成分的变化？A. 钢的淬火B. 铝合金的时效C. 陶瓷材料的烧结D. 金属的氧化答案：A二、填空题（每空1分，共10分）1. 固态相变可以分为_______相变和_______相变。
答案：扩散型；非扩散型2. 相图中的_______线表示相平衡，而_______线表示相变。
答案：相界；相变3. 在固态相变中，_______相变通常伴随着体积变化，而非扩散型相变则不涉及体积变化。
答案：扩散型4. 固态相变过程中，新相的形成方式包括_______和_______。
答案：成核；生长5. 扩散型相变的一个特点是新相与母相之间存在_______。
答案：成分梯度三、简答题（每题10分，共20分）1. 简述固态相变中扩散型相变与非扩散型相变的主要区别。
答案：扩散型相变是指新相的形成过程中需要原子的扩散，如钢的淬火和铝合金的时效等。
这种相变通常伴随着成分的变化和体积的变化。
非扩散型相变则是指新相的形成不需要原子的扩散，如马氏体相变和贝氏体相变等。
这种相变不涉及成分的变化，且体积变化较小或无体积变化。
2. 描述固态相变中成核与生长的过程。
答案：成核是指在母相中形成新相的初始核心，这些核心可能是由于热涨落、应力集中或其他外部因素引起的局部区域。
生长是指新相核心一旦形成，就会通过原子的扩散或位移逐渐长大，最终形成稳定的新相。
《材料科学基础》真题强化教程（第12讲固态相变）
一、固态转变基本类型由于金属（合金）的结构和组织在固态下可以进行多种多样的形势转变，因此具有性能方面的多变性。
包括同素异形转变、脱溶、有序化转变等等，甚至回复、再结晶也属于固态转变。
分类：①扩散型相变；②非扩散型相变（切变型）；③过渡型相变。
例1（名词解释）：调幅分解例2（名词解释）：一级相变、二级相变二、固态相变一般特点固态相变大多数为形核和生长的方式，由于此过程是在固态中进行，原子扩散速率甚低，且因新、旧相的比体积不同，其形核和生长不仅有界面能，还有因比体积差而产生的应变能，故固态相变往往不能达到平衡状态，而是通过非平衡转变形成亚稳相，且因形成时条件的不同，可能有不同的过渡相。
固态相变形成的亚稳相类型有多种，如固溶体脱溶产物、马氏体和贝氏体等。
固态相变要走转变阻力小、做功少的道路。
考点1：固态转变驱动力新旧两相自由能之差；阻力：新旧两相产生相界面引起界面自由能升高；新旧两相间因为比容不同导致的畸变能。
例：固态相变中，应变能产生的原因分析。
考点2：形核特点①非均匀形核；②核心的取向关系；③共格界面与半共格界面。
考点3：成长特点①惯习现象；②共格成长与非共格成长；③存在脱溶贯序。
例1（名词解释）惯习现象例2（名词解释）：脱溶贯序考点4：新生组织形态应变能主导时优先形成饼状、圆片状；其次是针状；最后是球状。
界面能主导时，优先形成球状、其次是针状、最后是片状。
P.S. 脱溶基本完成后，新相、母相基本达到平衡浓度、再延长时间或者提高温度会发生新相聚集长大和形貌转化。
界面能主导：小粒子溶解、大粒子生长，半径越来越大，Δp=2σ/r （压应力）变小，脱溶相变稳定，向球形转变，脱溶相弯处向平处扩散；应变能主导：球状→立方状→棒状片状→编织组织。
例1：例题根据如图所示的析出物能够得到何种结论？例2：固态相变与液—固相变在形核、长大规律方面有何特点？分析这些特点对所形成的组织会产生什么影响？考点5：过渡相所谓过渡相是指成分或结构或两者都处于新旧相之间的一种亚稳态相。
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 复习习题
性 能
相变驱动力：两相自由能差，母相中缺陷提供的能量
及 特
3、金属固态相变主要有哪些变化？
征
结构、成分、有序度。
4、固态相变的过程中形核和长大的方式是什么？
形核：非均匀形核为主，缺陷处形核（界面形核，空位形核，位错形核） 长大：成分变化，依靠扩散进行；结构变化，依靠界面过程
其中半共格界面采用均匀切变或台阶方式，非共格界面依靠界面上 原子的短程扩散。
习题六 回火转变
1、简述碳钢在回火时的组织转变过程及相应性能变化，并简述合金元素对 于回火转变的影响 。
回火时的组织转变：
温度（℃） 阶段名称
组织变化
20～100 碳原子偏聚
无
100～250 马氏体分解
回火马氏体
200～300 残余奥氏体分解 回火马氏体
250～400 碳化物转变
回火屈氏体
400～700 α相回复再结晶， 回火索氏体 碳化物聚集长大
（各片间有交角），电镜下排列成行的细片状或粒状碳化物分布于 铁素体片中；亚结构为高密度位错；K-S关系；强度和韧性较高。
3. 根据相变热力学来分析BS点和MS点的温度差异。
△G＝－（△GV+△GD ）＋△GS ＋△GE ＋△GP
B转变有C的扩散，使相同温度下的两相自由能差增大，即△GV↗; B与A比容差小，使△GE ↘；形成温度高，长大速度慢， A强度低， 使切变阻力减小。 因此，B转变不需要M转变那样大的过冷度，BS点 高于MS点。
4、简述获得粒状珠光体的两种方法。
片状P 加热
略高于A1
A＋未溶Fe3C
保温
缓冷
粒状P
A＋粒状Fe3C
片状P
长时间保温 粒状P
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固态相变作业31．试述贝氏体转变的基本特征。
答：贝氏体转变的基本特征：1、贝氏体转变有上、下限温度，对应于A1和Ms。
贝氏体转变有上限温度B S。
奥氏体需要过冷到B S以下才能发生贝氏体转变。
合金钢B S点容易测定，碳钢B S点由于有珠光体转变干扰，很难测定。
下限温度B F，可高于M S。
2、转变产物为非层片状，铁素体和渗碳体两相非层片状混合组织，铁素体形态不同于珠光体中的铁素体而类似于马氏体。
组织形态与转变温度密切相关，包括铁素体的形态、大小以及碳化物的类型及分布等。
3、形核及长大。
也是形核、长大过程，可以等温形成，也可以连续冷却形成。
等温转变需要孕育期，等温转变动力学曲线呈S形，等温转变图呈C字形。
精确测定，是由两条C曲线合并而成，这表明，贝氏体转变很可能包含两种不同的转变机制。
4、转变的不完全性。
贝氏体等温转变一般不能进行到底。
在贝氏体转变开始后，经过一定时间，形成一定数量的贝氏体(B)后，转变会停下来。
换言之，奥氏体不能全部转变为贝氏体。
等温温度升高，贝氏体转变的不完全程度增大。
未转变的奥氏体，随后等温，可能发生珠光体转变，称为“二次珠光体转变”。
5、转变的扩散性中温区，Fe及金属原子则不发生扩散，但可能发生碳原子的扩散。
碳原子可在奥氏体中，也可在铁素体中扩散。
贝氏体转变的扩散性是指碳原子的扩散。
6、贝氏体转变的晶体学，也会在抛光试样表面产生表面浮凸。
B F形成与母相奥氏体的宏观切变有关，两者间维持第二类共格（切边共格）关系，B F与母相奥氏体之间存在惯习面和位向关系。
7、B F也为碳过饱和固溶体。
过饱和程度随贝氏体形成温度的降低而增加，但低于马氏体M 过饱和程度。
综上所述，贝氏体(B)转变与珠光体(p)转变、马氏体(M)转变既有区别，又有联系。
从扩散型转变到无扩散型转变的过渡性、交叉性，又有自己的特点。
2．试述影响贝氏体性能的基本因素。
答：α-Fe的影响：1、贝氏体中的α-Fe呈块状具有较高的硬度和强度，随着转变温度的下降，贝氏体中的α-Fe由块状向条状、针状或片状转化。
从而引起贝氏体性能的变化。
2、贝氏体中的α-Fe晶粒越细小，晶粒尺寸均匀度越高，贝氏体的强度越高，而韧性不仅不降低，甚至还会有所提高。
3、贝氏体中α-Fe晶粒尺寸受奥氏体A晶粒大小和转变温度的影响。
4、贝氏体中的α-Fe的亚结构主要为缠结位错，这些位错主要是由相变产生的，随着转变温度的降低，位错密度降低，强度韧性增高，虽然贝氏体中铁素体基元的尺寸减小，强度和韧性却会提高。
渗碳体的影响：1、在渗碳体尺寸和大小相同的情况下，贝氏体中渗碳体数量越多，强度和硬度越高，韧性和塑性越低。
2、当钢的成分一定时，随着转变温度的降低，渗碳体的尺寸减小，数量增多，硬度和强度增高，但韧性和塑性均较小。
3、渗碳体是粒状的韧性高，细小片状的强度较高，断续杆状或层片状的塑性较大。
4、渗碳体是等向均匀分布时，强度较高，韧性较大。
若不均与分布，强度较低且脆性较大。
3、试比较贝氏体转变与珠光体转变和马氏体转变的异同。
一．转变产物组织形态1、珠光体珠光体的典型组织特征是由铁素体和渗碳体交替平行堆叠而形成的双相组织。
根据片层间距的不同，可将珠光体分为珠光体、索氏体、屈氏体。
铁素体基体上分布着粒状渗碳体的组织为粒状珠光体。
这种组织一般是通过球化退火或淬火后高温回火得到的。
在珠光体转变过程中，所形成的珠光体中的铁素体与母相奥氏体具有一定的晶体学位向关系。
珠光体中，铁素体与渗碳体之间存在一定的晶体学位向关系。
2、马氏体1、板条马氏体是低、中碳钢中形成的一种典型马氏体组织，其形貌特征可描述如下：在一个原奥氏体晶粒内部有几个（3－5个）马氏体板条束，板条束间取向随意；在一个板条束内有若干个相互平行的板条块，块间是大角晶界；在一个板条块内是若干个相互平行的马氏体板条，板条间是小角晶界。
马氏体板条内存在大量的位错，所以板条马氏体的亚结构是高密度的位错和位错缠结。
板条状马氏体也称为位错型马氏体。
2、片状马氏体是中、高碳钢中形成的一种典型马氏体组织，其形貌特征可描述如下：在一个原奥氏体晶粒内部有许多相互有一定角度的马氏体片。
马氏体片的空间形态为双凸透镜状，横截面为针状或竹叶状。
在原奥氏体晶粒中首先形成的马氏体片贯穿整个晶粒，将奥氏体晶粒分割，以后陆续形成的马氏体片越来越小，所以马氏体片的尺寸取决于原始奥氏体晶粒的尺寸。
片状马氏体的形成温度较低，在马氏体片的周围往往存在着残余奥氏体。
片状马氏体的内部亚结构主要是孪晶。
当碳含量较高时，在马氏体片中可以看到中脊，中脊面是密度很高的微孪晶区。
马氏体片形成时的相互撞击，马氏体片中存在大量的纤维裂纹。
3、贝氏体1、上贝氏体：为成束分布、平行排列的条状铁素体和夹于其间的断续条状渗碳体的混合物。
多在奥氏体晶界形核，自晶界的一侧或两侧向晶内长大，具有羽毛状特征。
上贝氏体中铁素体的亚结构是位错，其密度比板条马氏体低2－3个数量级，随形成温度降低，位错密度增大。
随碳含量增加，上贝氏体中铁素体条增多、变薄，渗碳体数量增多、变细。
随转变温度降低，上贝氏体中铁素体条变薄，渗碳体细化。
上贝氏体中铁素体条间还可能存在未转变的残余奥氏体。
2、下贝氏体：下贝氏体是由过饱和片状铁素体和其内部沉淀的渗碳体组成的机械混合物。
铁素体片空间呈双凸透镜状，截面为针状或竹叶状，片间呈一定角度，可在奥氏体晶界形核，也可在奥氏体晶内形核。
下贝氏体的铁素体中碳化物细小、弥散、呈粒状或条状，沿着与铁素体长轴成一定角度平行排列。
3、粒状贝氏体：在粗大的块状或针状铁素体内或晶界上分布着一些孤立小岛，小岛形态呈粒状或长条状。
这些小岛在贝氏体刚刚形成时是富碳奥氏体，冷却时可分解为珠光体、马氏体或保留为富碳奥氏体。
粒状贝氏体中铁素体的亚结构为位错。
4、无碳化物贝氏体：无碳化物贝氏体一般产生于低碳钢或硅、铝含量较高的钢中。
无碳化物贝氏体是由大致平行的条状铁素体和条间富碳奥氏体或其转变产物组成的。
形成时也会出现表面浮凸，铁素体中亚结构时位错。
5、柱状贝氏体：柱状贝氏体一般产生于高碳钢中，形成温度为下贝氏体形成温度。
柱状贝氏体中铁素体呈放射状，碳化物分布在铁素体内部。
6、反常贝氏体：反常贝氏体也称反向贝氏体或倒易贝氏体，产生在共析钢中，形成温度略高于350℃。
二、转变特点1、珠光体1、片状珠光体形成过程当共析钢由奥氏体转变为珠光体时，是由均匀的奥氏体转变为碳含量很高的渗碳体和含碳量很低的铁素体的机械混合物。
因此，珠光体的形成过程，包含着两个同时进行的过程：一个是通过碳的扩散生成高碳的渗碳体和低碳的铁素体；另一个是晶体的点阵重构。
由面心立方体的奥氏体转变为体心立方题点阵的铁素体和复杂单斜点阵的渗碳体。
共析钢成分过冷奥氏体发生珠光体转变时，多半在奥氏体晶界上成核，晶界交叉点更有利于珠光体的成核，也可在晶体缺陷比较密集的区域成核。
如果以渗碳体作为领先相，当奥氏体冷却至以下时，首先在奥氏体晶界上产生一小片渗碳体晶核，核刚形成时，可能与奥氏体保持共格关系，而成片状。
渗碳体晶核成片状，一方面为渗碳体成长提供C原子的面积大，另一方面形成渗碳体所需要的C原子扩散距离缩短。
在原始奥氏体中，各种不同取向的珠光体不断长大，而在奥氏体晶界上和珠光体-奥氏体相界上，又不断产生新晶核，并不断长大，直到长大着的各个珠光体晶粒相碰，奥氏体全部转变为珠光体时，珠光体形成即告结束。
2、粒状珠光体的形成过程粒状珠光体是通过渗碳体球化获得的。
在略高于的温度下保温将使溶解的渗碳体球化，这是因为第二项颗粒的溶解度与其曲率半径有关，与渗碳体尖角处相接触的奥氏体中的碳含量较高，而与渗碳体平面处相接触的奥氏体的含碳量较低，因此奥氏体中的C原子将从渗碳体的尖角处向平面处扩散。
扩散的结果，破坏了相平衡。
为了恢复平衡，尖角处将溶解而使曲率半径增大，平面处将长大而使曲率半径减小，一直逐渐成为颗粒状。
从而得到在铁素体基体上分布着颗粒状渗碳体组织。
然后自加热温度缓冷至以下时，奥氏体转变为珠光体。
转变时，领先相渗碳体不仅可以在奥氏体晶界上成核，而且也可以从已存在的颗粒状渗碳体上长出，最后得到渗碳体呈颗粒状分布的粒状珠光体。
这种处理称为“球化退火”。
2、马氏体马氏体相变的主要特点：1、切变共格和表面浮凸现象：奥氏体向马氏体晶体结构的转变是靠切变进行的，由于切变使相界面始终保持共格关系，因此称为切变共格。
由于切变导致在抛光试样表面在马氏体相变之后产生凸起，即表面浮凸现象。
2、马氏体转变的无扩散性：原子不发生扩散，但发生集体运动，原子间相对运动距离不超过一个原子间距，原子相邻关系不变。
转变过程不发生成分变化，但却发生了晶体结构的变化。
转变温度很低，但转变速度极快。
3、具有一定的位向关系和惯习面：4、马氏体转变是在一个温度范围内完成的：马氏体转变是奥氏体冷却的某一温度时才开始的，这一温度称为马氏体转变开始温度，简称Ms点。
马氏体转变开始后，必须在不断降低温度的条件下才能使转变继续进行，如冷却中断，则转变立即停止。
当冷却到某一温度时，马氏体转变基本完成，转变不再进行，这一温度称为马氏体转变结束温度，简称M f点。
从以上分析可以看出，马氏体转变需要在一个温度范围内连续冷却才能完成。
如果M f点低于室温，则冷却到室温时，将仍保留一定数量的未转变奥氏体，称之为残余奥氏体。
5、马氏体转变的可逆性：在某些合金中，奥氏体冷却转变为马氏体后，重新加热时，已经形成的马氏体又可以通过逆向马氏体转变机构转变为奥氏体。
这就是马氏体转变的可逆性。
将马氏体直接向奥氏体转变的称为逆转变。
逆转变开始温度为A s点，终了温度为A f点。
Fe-C合金很难发生马氏体逆转变，因为马氏体加热尚未达到A s点时，马氏体就发生了分解，析出碳化物，因此得不到马氏体逆转变。
3、贝氏体贝氏体转变的基本特征：1、贝氏体转变需要一定的孕育期，可以等温形成，也可以连续冷却转变。
2、贝氏体转变是形核长大过程；铁素体按共格切变方式长大，产生表面浮凸；碳原子可以扩散，铁素体长大速度受碳扩散控制，速度较慢。
3、贝氏体转变有上限温度（B s）和下限温度（B f）。
4、较高温度形成的贝氏体中碳化物分布在铁素体条之间，较低温度形成的贝氏体中碳化物主要分布在铁素体条内部；随形成温度下降，贝氏体中铁素体的碳含量升高。
5、上贝氏体转变速度取决于碳在奥氏体中的扩散速度；下贝氏体转变速度取决于碳在铁素体中的扩散速度。
6、上贝氏体中铁素体的惯习面是(111)γ；下贝氏体铁素体的惯习面是(225)γ；贝氏体中铁素体与奥氏体之间存在K-S位向关系。
三．转变热力学1、珠光体珠光体转变的动力是体系自由能的下降，其大小取决于转变温度。
过冷度越大，转变驱动力越大。
珠光体转变温度较高，铁和原子扩散能力较强，都能扩散较大的距离，珠光体又是在位错等微观缺陷较多的晶界形成，相变需要的自由能较小，所以，在较小的过冷度时就可以发生珠光体转变。