固态相变思考题

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

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。

（4）溶质原子易于偏

聚在晶界处，有

利于提高形核

率。

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

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。

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。

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。

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。

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。

2.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。

.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。

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。阐述钢中贝氏体相变的过渡性特征？

（1）共析分解到贝氏体相变的过渡

在“鼻温”附近等温后生成珠光体和上贝氏体两种产物。说明珠光体与上贝氏体转变不同，但有着密切的联系。从图还可以看出过渡性，如在400℃以上等温时，先形成珠光体，经过一段时间后，再形成贝氏体。而在350～400℃等温时，则先形成贝氏体，而后形成珠光体。再降低温度，直到珠光体停止分解，只有上贝氏体形成。这是一个明显的过渡过程。

（2）贝氏体组织形貌的过渡性

珠光体只有两相（铁素体＋碳化物）。

马氏体是单相组织。

贝氏体组织中铁素体

相+渗碳体、碳化物、残留

奥氏体、马氏体或所谓M/A

岛等。

上贝氏体的组成相有

时与珠光体相同，即只含有

铁素体和渗碳体两相，因

此，上贝氏体组织打上了珠

光体组织的烙印。

下贝氏体组织中存在

铁素体＋马氏体＋残留奥

氏体等相，说明它打上了淬

火马氏体组织的烙印。

从上贝氏体组织过渡

到下贝氏体组织，表现了从

珠光体到马氏体的过渡性

和复杂的交叉性。

贝氏体相变与共析分解有

那些区别？203页

贝氏体相变具有扩散性

质，首先碳原子是扩散的，

故有人称其为“半扩散型

相变”。

上贝氏体在奥氏体晶界上

形成贝氏体铁素体晶核；共

析分解在奥氏体晶界形核，

两者有相似性。

试述典型的上贝氏体和下

贝氏体的组织形貌。

上贝氏体是在贝氏体转

变温度区的上部形成

的，形貌各异，

典型的上贝氏体呈羽毛状，

羽毛状上贝氏体是由板条

状铁素体和条间分布不连

续碳化物所组成。

贝氏体铁素体条间的碳化

物是片状形态的细小的渗

碳体，组织形貌呈现羽毛

状。

下贝氏体在贝氏体C－

曲线鼻温以下温度区间

形成。

下贝氏体有经典下贝氏体、

柱状贝氏体、准贝氏体等。

贝氏体铁素体的形核及长

大机制。

而贝氏体相变的形核可

在晶界也可在晶内。

209-210页

贝氏体相变是介于马氏

体相变和共析分解之间的

相变，相变机制、组织、结

构更为复杂。相变过程和产

物在质上和量上均具有过

渡性。

试述钢中贝氏体的亚结构

特征。

贝氏体铁素体是由更小的

“亚单元”组成。下贝氏体

近似圆片状，由亚片条组

成，亚片条又由亚单元组

成，亚单元由更小的超亚单

元组成。

贝氏体中的孪晶

有人认为，贝氏体铁素体

片条由5～30nm细小孪晶组

成，贝氏体铁素体亚片条就

是细小的精细孪晶，各亚片

条之间存在孪晶关系。扩散

学派不承认贝氏体中存在

孪晶。

较高密度的位错亚结构

过冷奥氏体和残留奥氏体

有什么区别？残留奥氏体

在回火时的转变特征。

除了晶体结构均为面心立

方外，区别有：

1）残余奥氏体中碳含量较

高；

2）残余奥氏体储存能量较

高，不稳定，容易转变；

3）残余奥氏体中位错密度

较高；

4）残余奥氏体受胁迫，第2、

3类内应力较大；

5）奥氏体晶粒为等轴状；

残余奥氏体被马氏体片分

割，形貌各异，有薄膜状、

颗粒状、片状、块状等形态；

高碳钢淬火后于250～

300℃之间回火时，将发生

残余奥氏体分解。随回火温

度升高，残余奥氏体量减

少。

1）残余奥氏体向珠光体及

贝氏体的转变

加热到250～300℃范围内

时将发生分解，即所谓碳钢

回火时的第二个转变。加入

合金元素将使第二个转变