固态相变整理资料
11、在1127℃某碳氢气体被通入到一低碳钢管（管长1m ，管内径8 mm ，外径12 mm ）。管外保持为纯氢气氛，有可能使管外表面的碳活度降低到最低限度。假设在碳氢气体中的碳活度是很高的，以致于在气氛中有固体颗粒碳。已知：在1127℃时，碳的扩散系数为D = 6×10-6 cm 2/s 。试计算通碳氢气体100小时后，会有多少碳扩散到管的外面来 ? （2）
12、有一容器，其外层是低碳钢，里层为不锈钢。里层的厚度是外层的1/100。现容器内充有氢气。已知：在试验温度下，低碳钢为α相，不锈钢为γ相；在这温度下氢气在α、γ两相界面处的重量百分浓度分别为C
α=0.00028%，C γ=0.00045% ；并假设在试验温度下，D α=100 D γ。试问哪一层对阻止氢气的向外扩散起了决定性作
用 ?（2）
13、某低合金过共析钢（含0.9%C ）被加热到800℃，形成了奥氏体组织，然后被快速冷却到A 1温度以下保温，直到完全转变成珠光体组织。因为是过共析钢，所以在珠光体转变前有自由渗碳体析出，会沿着晶界析出一层厚的渗碳体，损害钢的性能。已知：在550℃、650℃珠光体转变完成时间分别为10秒和10分钟。试计算在550℃转变的危害性大，还是650℃时转变的危害性大 ?（3）
14、一种没有合金化的具有粗大片状石墨的灰口铸铁，以相当缓慢的冷却速率通过A 1温度。发现其组织特点为：金属基体相主要是珠光体，但是每一片石墨都被一层先共析铁素体包围。假设通过试验已经知道，需要作为珠光体形核核心的渗碳体，直到710℃还不可能形成，另一方面，铁素体却很容易形核，如果冷却速率为1K / min 。取C 的扩散系数为
D α
=0.02exp(–Q / RT)， Q=83600 J / mol 。计算一下会形成多厚的铁素体层。作为近似计算，可认为是在中间温度区间的一个等温反应过程。如果是球状石墨周围形成了所谓的牛眼状铁素体（如题14图），在放大500倍条件下，经测量铁素体平均厚度为6.5mm ,在以上条件下，试估算其冷却速率。（3）
15、为避免镍和钽直接反应，在镍和钽片中间插入一层厚0.05cm 的MgO ，如题15图所示。在1400℃时，Ni 离子将通过MgO 层向钽片扩散，试计算Ni 离子每秒的扩散量。
已知Ni 离子在MgO 中的扩散系数为9×10-12 cm 2 / s ，在1400℃时，Ni 的点阵常数是3.6×10-8 cm 。（4）
16、直径3cm 、长10cm 管子，一端装有浓度为0.5×1020atoms/cm 3的氮（N ）和0.5×1020atoms/cm 3的氢（H ），另一端装有1.0×1018atoms/cm 3的氮和1.0×1018atoms/cm 3的氢，中间用一体心立方结构的铁膜片隔开，如题16图所示。气体不断地引入这管子以保证氮和氢的浓度为常数。整个系统都是在700℃下进行。系统设计要求每小时扩散通过该膜片的氮不超过1%，而允许90%的氢通过该膜片。试设计该膜片的厚度。已知：在700℃的体心立方晶体铁中，N 原子的扩散系数D=3.64×10- 7 cm 2/s ，氢原子的扩散系数D=1.86×10-4 cm 2/s 。（5）
17、设计一厚度为2cm 储存氢气的球罐。要求每年由于扩散损失的氢气小于50kg ，球罐的温度保持在500℃。球罐可用镍、铝、铜、铁金属来制造，氢气在这些金属中的扩散参数和用镍、铝、铜、铁金属来制造球罐的成本如表所示（6）
18、一共析碳素钢在A 1温度于湿氢中进行脱碳处理，在钢的表面会形成一铁素体层。该铁素体层将以一定速率增厚，增厚的速度由通过表面铁素体层的碳扩散速率来控制的。取扩散系数D α = 3.6×10-7 cm 2/s 。试分别用稳态近似法和Wagner 方法计算，表面铁素体层长到1mm 厚需要多长时间 ?（8）
19、含有0.3%C 和1%Al 的钢，淬火后进行回火，然后在550℃氮化处理25小时。如果氮在α-Fe 中的溶解度为T N /1580009.1)ln(%--=。问氮化层有多厚 ?（8）
20、在缓慢冷却过程中，亚共析钢中已产生了铁素体和珠光体交替隔开的带状组织，为消除这种带状组织，需要进行扩散退火。由实验知，厚度为25mm 的钢板在900℃进行扩散处理，大约两天就够了。如果把这种钢板进一步轧制成5mm 厚的钢板，并在1200℃进行扩散，问：需要处理多长时间才能得到与前面同样的效果 ? （9）
21、碳素钢的魏氏组织是在较快冷却速度下得到的组织。但是这种组织首先是在含有10%Ni 的陨石中发现的，陨石中片状组织的厚度可达到5mm ，估算一下陨石必须具有多快的冷却速度，才能形成这种组织 ? 计算时使用以下数据：如碳素钢以100K/s 的冷速，可以得到2m μ厚度的铁素体。(9)
22、在银的表面已经沉积了一层银的放射性元素，然后将整个系统进行退火，放射性元素将要扩散进入内部。
为了使深度为L 的地方得到最高的放射性元素，必须中止退火工艺。如在试样表面沉积了m 居里/cm 2的放射性元素，计算在L 处的最高浓度是多少 ?(9)
23、在奥氏体中硼（B ）的含量对钢的淬透性有很大的影响，即使只有0.001%的含量，对奥氏体转变还有明显的作用。假定在钢的表面涂了一层硼，其量为1mg/cm 2。把钢加热到900℃，保温15分钟进行奥氏体化，这时硼要向里面扩散。已知：硼的密度为2.34g/cm 3, 硼在γ-Fe 中的扩散系数尚未测定，假设硼是碳在γ-Fe 中扩散系数的1/10，设碳在γ-Fe 中扩散系数为D γ = D 0exp(–Q/RT)，其中D 0 = 0.372 cm 2/s ，Q=148000 J/mol 。问硼对奥氏体转变发生影响的表面层有多厚 ?(10)
24、通过把一块相当薄的A 板夹在两块厚的B 板中热轧，制成一种复合板。如果在A 板表面染上了一种物质C ，因此，在复合板以后的退火工艺中，C 物质将扩散进入A 和B 板复合板。设C 物质在A 和B 板中有相同的溶解度与扩散系数。试计算：在什么时候在A 层中心将会得到最高的C 含量 ?这个数值有多高 ?(10)
25、含0.5%C 的碳素钢不幸在750℃脱碳了，因此在钢的表面形成了一层铁素体，经测定，它的厚度为0.1mm 。如将此材料在保护气氛中加热到1000℃进行热处理，碳将会由内向外表面扩散。为了使表面的碳含量达到0.2%，问需要热处理多长时间 ?
已知:D γ = 0.372exp(–148000/RT) cm 2/s(11)
26、含0.85%C 的钢制模具在空气炉中加热到900℃，保温1小时，模具表面脱碳后的表面浓度为0%。模具技术条件要求模具表面最低含碳量为0.80%C 。已知在900℃时碳的扩散系数为)/ex p(0RT Q D D -=,0D =0.21cm 2/s ,Q =142×103 J/mol 。试计算热处理后模具的最小切削余量。(11)
27、用一层薄的奥氏体不锈钢和一层厚的结构钢轧制在一起，制造复合钢板。在热轧时结构钢中的碳将会向不锈钢中扩散，因而有可能在不锈钢晶界上发生碳化铬的沉淀，从而影响复合板的性能。如果热轧本身是很快的，而后的冷却过程却很慢，假设相当于在850℃等温处理30分钟，试计算一下这种危害有多大 ? 假定轧制后的不锈钢厚度为0.1mm ，原来的碳量为0.03%，结构钢的碳量为0.4%。假定在不锈钢外表面层中的碳量达到0.1%时将会发生危险。同时还假定在两种钢的奥氏体中的碳活度系数相同（当然不是很好的近似）。已知：D γ
= D 0exp(–Q/RT)，其中D 0 = 0.372 cm 2/s ，Q=148×103 J/mol 。如果要使不锈钢的含C 量控制在0.1以下，工艺措施上如何改进?((12)
28、18-8型奥氏体不锈钢如果被加热到一临界温度范围内，则对晶界腐蚀很敏感。在热处理过程中，碳化铬（主要是Cr 23C 6型）会在晶界上沉淀析出，沿着晶界产生一层贫铬的奥氏体，从而失去了耐蚀性。(12)
1）假设：在≤12%Cr 时，不锈钢的耐蚀性就消失；热处理过程为在600℃保温10分钟；在600℃时立即形成碳化铬核心，而且吸收铬是非常有效，以致在碳化铬和奥氏体界面上的铬全部消失；碳化铬的厚度可忽略。已知：铬在600℃时在奥氏体中的扩散系数为γCr D = 5×10-17 cm 2/s ，试计算贫铬层的厚度 ?
2）假设该不锈钢经600℃保温10分钟的处理后，碳化铬析出已经稳定，即以后不再析出碳化铬了。如果要消除这已经产生的晶界贫铬层，需要在这温度下保温多长时间 ?
29、假定有一含0.2%C 的碳素钢，其中C 主要存在于宽度为10微米（m μ）的带状珠光体组织中。有人企图直接用高频感应加热淬火方法来硬化表面，假设高频感应加热淬火温度为1000℃，时间为1秒。为了使奥氏体中碳含量的变化范围控制在±0.01%C ，估算一下这样的加热是否足够 ?(13)
30、某试样原来不含B 元素，在其表面涂了一层B 元素，其量为M g /cm 2。然后在合适的温度下保温t 时间。试写出浓度分布式C( y , t )。为了使深度为L 的地方获得最高的B 元素含量，必须保温合适的时间。试求：在L 处获得最高浓度所需的时间是多少? L 处的最高浓度值是多少? (14)
31、有一块含30%Zn 的黄铜，其成分分布不均匀,在宽度为0.03mm 的平行带中的Zn 含量为40%。设平行带是等距离分布的，在平行带中间的Zn 含量为29%，如题31图所示。为了使其成分均匀，加热到815℃退火，退火后允许Zn 含量的最大偏差为±0.01%，问需要退火多长时间 ?已知：在815℃时，Zn 的扩散系数为D Zn = 6.86×10-10 cm 2/s 。(14)
32、一奥氏体不锈钢试样在1000℃进行热处理，不幸在开始1.5分钟内，保护气氛失效，以致在表面发生了渗碳。设气氛为恒定碳势，渗碳时不锈钢表面的碳含量可达到1.0%C 。但在不锈钢中允许的碳含量应≤0.04% ，设碳在1000℃时的扩散系数为D = 3×10-7 cm 2/s 。(15)
1）由于碳的有害作用是由表向里扩展的，设原不锈钢试样中含碳量为0，试求渗碳1.5分钟后，使试样表面层的性能受到损害的深度是多少 ?
2）在1.5分钟后，保护气氛恢复了作用。保护气氛与不锈钢之间没有碳的交换。在1000℃长期保温后，开始
1.5分钟所吸收的碳会扩散到钢的内部，在保温期间，使钢表层内含碳量达到的最大有害深度是多少 ?
3)如果使碳在表层中的有害作用完全消除，问至少要保温多长时间才可消除碳的有害影响?
33、某一含质量分数0.2%C 的Cr -Mo 钢件在510℃下暴露于强脱碳条件下达一年之久。已知510℃下该钢（铁素体）中碳的扩散系数为1.0×10-9 cm 2/s 。钢件为两相混合物（α+Fe 3C ），试计算其脱碳层厚度。(16)
34、考虑铜合金固溶体的均匀化问题.(17)
1）设某铜-锌合金的最高含锌（Zn ）量与平均含Z n 量之差为5%Zn ，最高含Zn 量区与最小含Zn 量区之间的
距离为0.1mm 。请使用公式)/2sin()/4ex p(220l y l Dt C C ππ?-=计算使上述含Zn 量之差降低到1%Zn 所需的时
间。已知：均匀化温度为815℃，D 0 = 2.1×10-
5 m 2 / s ，Q=171×103 J/mol 。
2) 如果是铜-镍合金，情况同上，则需要多少时间 ?已知：在815℃时，镍(Ni)在Cu 中的扩散系数为D = 7×10-11 cm 2 / s 。为加快Cu -Ni 合金的均匀化速度，缩短均匀化时间，可采用什么有效措施 ?
35、有一块含0.5%C 的钢，已经在A 1以下温度发生了脱碳。脱碳层厚度为1mm 。而后将这块钢在保护气氛中加热到910℃进行很长时间的热处理。由于内部的扩散，脱碳层的碳含量又会增加。如果要求表面碳含量增加到0.1%C ，问需要热处理多长的时间? 已知：在910℃时，碳的扩散常数D 0 = 0.37 cm 2 / s ，碳的扩散激活能Q=148×103 J/mol 。(18)
36、有一时效硬铝合金，在高温固溶处理后淬火，然后在150℃时效强化。在时效过程中，形成了许多很细小的析出物。通常发现：时效析出物的形成具有一定的速度，而且这速度常常快于合金元素的扩散系数（D 0 = 0.2 m 2 / s ，Q=125×103 J/mol ）所决定的速度。其原因是由于淬火使合金在低温下保存了过量的空位。在较低的温度，空位的平衡数量要下降，并且可用空位形成能E 来描述，在铝中E ≈75×103 J/mol 。(19)
冷却到低温后，过剩的空位有消失的趋势。如可以通过在晶界上的沉淀来实现。这样，靠近晶界的空位将要快速下降，而且在那里的扩散系数将很快接近它的正常值。所以，在晶界附近的合金元素的扩散将减慢，其结果是沿着晶界会造成无沉淀区（Precipitation Free Zone ，简称PFZ ）。试验表明，这种材料加热到150℃时效保温10分钟，才观察到有沉淀析出。试计算：在150℃时效时，在材料中这些无沉淀区的宽度。
37、曾经对一片快速形成的片状马氏体的温度进行估算，认为相变后的温度应比相变前的温度高出200℃。当然，它的冷却是快的。感兴趣的是应该测定一下是否有时间让马氏体发生一定的回火作用。计算片状马氏体的温度比周围高出100℃的情况，能维持多长时间假定片状马氏体的厚度为10微米（m μ）。为简化，奥氏体和马氏体均使用下列系数：导热率K = 0.8 J/cm ?s ?K ，密度ρ=7.8g/cm 3，比热C P =0.46J/g ?K 。(20)
38、含有0.8%C 和1.0%Mn 的钢在700℃进行软化退火，其结果会形成球状的渗碳体颗粒。假定Mn 有时间在渗碳体和铁素体α相基体之间按分配系数进行分布，Mn 在渗碳体/铁素体之间的分布系数K=15。而后钢加热到780℃，保温1分钟。1分钟对于得到均匀分布的碳活度来说是足够的，但是Mn 没有怎么移动。铁素体基体很快地转变为奥氏体，而且一些碳会溶入奥氏体中。假使在780℃时，Mn 在渗碳体和奥氏体中的分布系数为3，那么，碳在奥氏体中的含量会是多少 ? (20)
39、在白口铸铁中，碳的活度是很高的，因此有很高的石墨化驱动力。现有一白口铸铁，其主要成分为：3.96%C ，2.0%Si ，1.0%Mn 。已知，在900℃时Si 在渗碳体与奥氏体的分配系数为零，而Mn 的分配系数为2。试计算：在900℃处理时，石墨化驱动力是否很高，以致反应可能快速进行，并且是由碳的扩散所控制。(21)
40、在1000℃时，Cr 、Si 在渗碳体和奥氏体的分配系数为分别为5.5及0。如果碳的含量为1.7%，计算钢中含有多少Cr 才能抵偿1000℃时由于4%Si 而提高的石墨化驱动力 ? 设1000℃时碳在奥氏体中最大饱和度为1.35%，Si 、Cr 、Fe 的原子量分别取28、52、56 。(22)
41、在1000℃下，Cr 往Fe 中扩散。在Fe 的表面上Cr 浓度为50%，Fe -Cr 系具有封闭的γ区。在1000℃下Cr 在γ区的最大含量为12%，而在α相中的扩散系数比在γ相中的大。请用图示法表明Cr 浓度与其渗入深度的关(23)
42、不同截面尺寸的Al -5%Cu 合金试样在单相区淬火加热固溶处理，急剧快冷后时效。根据试验结果，给出了
合金固溶体点阵常数和硬度变化的特征，如题42图所示。试分析：(23)
（1）时效刚开始时固溶体点阵常数较低，在时效一定时间后固溶体点阵常数增大；
（2）在单相区的淬火加热温度相同，但不同截面试样淬火后固溶体点阵常数不同；
（3）时效开始阶段硬度下降，随时效过程的进行硬度先上升后下降。
43、利用在不同温度下的硬度随时效时间变化的数据（见题43图1），估计铍青铜时效过程的有效激活能，将结果与已知的扩散特性比较。铜的自扩散激活能为2.03~2.13电子伏特，空位形成能为0.95~1.17电子伏特，空位迁移能0.80~1.10电子伏特。（注：电子伏特单位换算，1eV=16.0218×10-
20 J ）(24)
44、计算9SiCr 钢在840℃奥氏体化处理时的石墨化倾向。设该钢的主要成分（质量分数）为1.4%Si ，1.1%Cr ，
0.9%C 。已知：9=γk Cr K ，0=γk Si K ，近似设840℃时，Cr 元素都在氏体中，γ/K 相界面上C 的度为0.75。(25) 45、某合金相形核核胚呈球形。设*?G 为临界晶核自由能，*V 为临界晶核体积，系统自由能变化
επσππG r r G r G V ??+?+??-=?3233
4434。试证明：)(21εG G V G V ?-?=?** 。(26) 46、试述具备热弹性马氏体合金的必要条件及机理。(26)
47、已知某材料的δ→α相变动力学方程为：3/2)1(f f K dt
df -=。式中：f 为α相的体积分数浓度，120ex p 1067.1-???
? ??-??=S RT Q K ，5104.6?=Q J 。在1190℃保温3.6×103秒，测得α相体积分数为68%。问：保温4.4×103秒后，α相体积分数为多少?(27)
48、合金钢在渗碳时，在表层有可能析出碳化物，这就是所谓的“CD ”渗碳。为了达到渗碳时析出细小弥散的碳化物，需要控制气氛的碳势。现有含质量分数1.5%Cr 、3%Ni 的钢，在900℃时进行“CD ”渗碳，试计算需要的临界碳势。设Cr 、Ni 在900℃时，在碳化物和奥氏体之间的分配系数分别为7和0.1；在900℃，Fe -C 系统中0
c a = 1.045。(27) 49、假设在固态相变过程中，新相形核率N
&和长大率G 为常数，经t 时间后所形成新相的体积分数X 可用Johnson -Mehl 方程来描述，即：??
? ??--=433ex p 1t G N X &π。已知形核率N &= 1000/ cm 3?s ，长大率G=3×10-5cm/s 。试计算：(28)
（1）发生相变速度最快的时间；
（2）过程中的最大相变速度；
（3）获得50%转变量所需的时间。
50、Spinodal 分解和形核长大型脱溶沉淀之间主要区别是什么?(28)
51、与常规材料的相变规律相比，纳米材料的相变有什么特点?(28)
52、薄膜晶核生长有哪几种方式?其表面能和界面能对晶核生长起什么作用?(29)
53、试用能量或扩散观点解释下列现象：(29)
（1）过饱和固溶体脱溶过程中，往往会产生中间过渡相。
（2）脱溶沉淀相的形貌有球状、片状、针状等形态。
（3）Al -Ag 等时效合金往往在晶界附近产生无沉淀析出区。
（4）含有第二相粒子耐热合金的设计，对第二相组元的扩散系数D 、第二相与基体的界面能σ、第二相组元在基体中的固溶度C 0 ，一般都要求尽可能地小。
（5）晶界先共析铁素体增长的动力学为线性，而增厚动力学是抛物线关系。
（6）位错促进相变形核。
54、试用能量学观点阐述铁合金中马氏体形貌变化规律。(30)
55、设扩散微分方程的高斯解为：???? ??-=Dt y Dt S
C 4exp 42π。S 的物理意义是什么?试证明。高斯解适用于什么情况?为什么高斯解中扩散距离的平方平均值是和Einstein 处理的一维空间无规行走规律的结果是一致的?(30)
56、在一块厚度为1cm 的钢板表面电镀了一层很薄的Ni 。问：这块钢板在1200℃时需保温多长时间，才能使钢板中心的Ni 含量达到最终完全均匀化含量的一半?
已知：D Ni (1200℃) = 4×10-11 cm 2 / s .
57、高速钢正常淬火，冷却到室温后，还含有大量的残留奥氏体A R 。但是经回火后，再冷却到室温，大部分的A R 会淬火成马氏体M 。其原因是因为A R 中的碳和合金元素扩散到碳化物中去了，碳化物是在附近形成的，所以A R 中碳和合金元素量降低，提高了相变临界点Ms （>室温） ，当钢冷却时，提高了Ms 的A R 就转变成M 了。设：
（1）A R 可近似地认为是厚度为5μm 的平面片；
（2）Ms=561-474×%C+合金元素的作用；开始时，奥氏体中的Ms 为120℃；
（3）A R 回火前的含C 量为0.6%；靠近回火M 的A R 处含C 量是极低的，可设为0；
（4）回火工艺：550℃，保温1小时；
（5）??
? ??-?+=RT C D c 163000ex p )%06.007.0(γ 试计算A R 中部地区，这种脱C 效应将进行到什么程度?然后，估计出Ms 提高了多少?
58、一块纯铁与大量的含14%Cr 的钢屑放在一起，在1200℃进行真空退火。假定在很短时间内在纯铁表面就建立起了14%Cr 的Cr 势，为了在铁试样1mm 深处能得到含Cr 量8%，问需要退火多长时间?纯铁在1200℃时为奥氏体
相，但当渗入一定量Cr （>8%）后，表面层会形成铁素体相α。已知：1200℃时，s cm D Cr /1023.128-?=α，
s cm D Cr /1052.2210-?=γ。
59、有一含0.4%C （质量分数）的合金钢薄壳在800℃的温度下与0.1%C 相平衡的CO 和CO 2气氛中进行奥氏体化处理。在这些条件下其表面会生成一些α铁素体。问经过30分钟后生成的α铁素体层有多厚? 已知在800℃时，
αc D =2×10-6cm 2/s ，γc D =3×10-8cm 2/s 。
60、一含有0.77%C 的共析钢，由于缓慢冷却，已经形成了粗大的珠光体组织，其片间距为12μm 。现加热到
800℃进行奥氏体化，问至少要保温多长时间 ?已知：在800℃时，γC D =10-
8 cm 2/s ，0/==γααc c x x ，85.0/=k c w γ ，30.0/=αγc w ，并假定奥氏体在α/γ界面上有同样的形核率。
61、固态相变时，假设新相晶胚为球形，单个原子的体积自由能变化ΔG V = 200ΔT/T S （J/cm 3 ）,临界转变温度T S = 1000K ，应变能E S =4 J/cm 2 ，共格界面能γ共 =40erg/cm 2 , 非共格界面能γ非共 = 400erg/cm 2 。试计算：
（1）ΔT=50℃时临界形核功*?共G /*?非共G 之比；
（2）求*?共G =*?非共G 时的ΔT
62、Al -Cu 合金的亚平衡相图如题62图所示，指出Al -4%Cu 合金经过固溶处理的合金在T 1和T 2温度时效时的脱溶顺序。并解释为什么稳定相一般不首先形成?
63、将一块纯铜放入650℃的锌熔体中，假设使铜块表面含锌保持在25%的条件下，求表面以下1.5mm 处含锌达到0.01%所需要的时间。已知650℃时锌在铜中的扩散系数D=2.3×10-10m 2/s 。
64、Ostwald 熟化过程粒子长大速率遵循
??? ??-?∞=r r r RT C DV dt dr m 111)(2ασ关系，如第二相粒子初始平均半径为0.5μm ，已知σV m DC α（∞）/R = 2.5×10-13K?cm 3/s ，试求在1000K 保温少量时间后（设粒子体系未变），原来半径
为0.3μm 和0.55μm 粒子的长大速率，并判断其是长大还是溶解?
65、A -B 二元系，α相和β相达到平衡，富B 的β相颗粒分布在α相中，颗粒尺寸不均匀，平均半径为0.1μm 。α-β界面能为0.5J / m 2，1000K 时B 组元在α相中扩散系数为1110- m 2 / s ，两相的摩尔体积近似为2×710-m 3，α相和β相的平衡浓度分别为2%和90%：
（1）在此时，半径为0.05μm 及1.5μm 颗粒的界面移动速率是多少?
（2）平均半径从0.1μm 长大到0.3μm 所需要的时间为多少?
66、 由内耗法测出Fe 3C 在α-Fe 中的平衡浓度（或溶解度）为C=0.736exp(-4850/T)，式中，T （K ）为温度。求：在627℃时，颗粒半径分别为10nm 、100nm 以及1000nm 的Fe 3C 在α-Fe 中的平衡浓度。已知，α-Fe 3C 的界面能为0.71J/m 2，Fe 3C 摩尔体积为23.4cm 3/mol 。
67、 Al -Ag 和Al -Cu 合金中，从以Al 为基的固溶体分别析出富Ag 和富Cu 的析出物。Al 、Ag 和Cu 的原子半径分别为0.143nm 、0.144nm 和0.128nm 。如简单地由原子半径估计错配度δ，并简单地认为析出物的非共格界面能为0.5J /m 2，共格界面能为0.05J /m 2，Al 的切变模量μ =2.6×1010Pa.。估计这两种析出物丧失共格的尺寸。
设析出物的切变模量和Al 相同，)
1(2νμ+=E ,ν=0.33。 68、Al -Mg 置换固溶体，试估计溶质原子Mg 产生的错配应变能，以J ·mol -1和eV/原子表达，说明估算时所
用的假设。已知Al 的原子半径为0.143nm ，切变模量μ=2.5×1010Pa ，Mg 的原子半径为0.160nm 。已知，1eV=16.0218×10-20 J ，每摩尔原子数为n=6.02×1023 原子/mol 。假设析出相与母相具有相同的弹性模量。
69、设母相和析出相的切变模量G 相同，母相是各向同性连续介质。如形成共格的核心，请导出圆盘状和透镜状核心长大时丧失共格的尺寸表达式。
70、Al -Cu 合金的α过饱和固溶体脱溶析出θ″，θ″ 相呈圆盘状，厚度c 为2nm ，与母相间的错配度为δ= 8%。设两相具有相同的弹性模量，当θ″→θ′ 时共格破坏。求θ″ 相与基体共格破坏时的圆盘直径。已知：弹性模量E=80GPa ，非共格界面能非σ=0.7 J/ m 2 ，泊桑比ν为0.33 。
71、设析出相的切变模量G 较母相大，为不可压缩。设母相是各向同性连续介质，没有切变应力，不考虑共格界面能。如形成共格的核心，请导出圆盘状和球状核心长大时丧失共格的临界尺寸表达式。设单位非共格界面能为αβσ，单位应变能为εG
72、试说明：在达到平衡后，脱溶沉淀相聚集长大过程中，为什么总是以小质点溶解、大质点增大的方式长大。
73、有一合金系发生固态相变，新相以球状颗粒从母相中析出。设单位体积的自由能变化为108J/m 3 ，比表面能为1 J/m 2，应变能忽略不计。试求表面能为体积自由能的1%时的新相颗粒直径。
74、已知某合金在时效过程中θ″呈薄圆盘状析出长大，点阵错配度δ为10%，片厚为3nm 。由共格界面引起的畸变能为22
3δμε??=V E ，式中V 为每个原子的体积，μ为平均弹性模量。设μ=2.7×104MPa ，共格破坏后的非共格界面能为0.5 J/m 2。试计算共格破坏时圆盘的直径。
75、试简要讨论马氏体相变的能量参数σ、A 和形状参数c 、r 之间的关系。
76、低碳钢的马氏体形态为板条状，高碳钢马氏体形态常常是透镜状。
77、什么叫自组织，固态相变系统自组织的条件是什么？
78、什么叫涨落（或起伏）? 试述涨落在固态相变中的作用。
79、举例说明钢中相变的非线性相互作用。
80、试述位移式转变、均匀切变、不均匀切变、准马氏体相变的基本概念。
81、试述经典的均匀形核理论与相变变温长大理论。
82、试述ε-马氏体相变的特点。
《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。
第一章金属固态相变
金 属 热 处 理 主讲 主讲 从善海从善海材冶学院金属材料工程系 1.热处理 热处理是将钢在固态下加热到预定的温度，保温一定的时间，然后以预定的方式冷却下来的一种热加工工艺，其工艺曲线如下图所示。 一、热处理及其作用 绪论 ℃ Ac 1 加热 Ac 3
●平衡脱熔沉淀 设A-B 二元合金，当成分为K 的合金被加热到t 1温度时，β相将全部溶入a 相中而成为单一的固溶体。若自t 1温度缓慢冷却至固溶度曲线MN 以下温度时，β相又将逐渐析出，这一过程称为平衡脱熔沉淀。 （二）平衡脱熔沉淀 在转变初期，新形成的两个微区之间并无明显的界面和成分的突变，上坡扩散，最终使一均匀固
二、不平衡转变 （一）伪共析转变 当奥氏体以较快冷速过冷到GS和ES的延 长线以下温度时（如图1-2中虚线），奥 氏体中同时析出铁素体和渗碳体。 亚共析钢或过共析钢从奥氏体状态快 温度以下，先共析相来不 速冷却到A r1 及析出，奥氏体直接转变为铁素体和 渗碳体（F+Fe C），这种转变称为伪 3 共析转变。 这种由非共析成分所获得的共析组织称为伪共析组织
期间过饱和固溶体便会自发地发生分解，从中逐渐析出不平衡脱熔沉淀或时效
b）伸缩型半共格（c）切变型半共格 （三）非共格晶面 当两相界面处的原子排列差异很大，即错配度很大时，其原子间的匹配关系便不再维持见，这种界面称为非共格界面。 （d、c ）非共格界面 二、两相间的晶体学关系 惯习面 惯习面通常以母相的晶面指数表示，如马氏体总是在奥氏体的面上形成，故 固态相变时新相与母相间往往存在 一定的取向关系，而且新相往往又 是在母相一定的晶面族上形成，这 种品面称为惯习面。 {} α′ 011 {} γ 111 // {} α′ 011 {} γ 111 马氏体的密排面与奥氏体的密排面 记着：
金属材料工程专业指导性培养方案
金属材料工程专业指导性培养方案 部门：机械与汽车工程学院 部门负责人：许德章 审核：陶庭先 校长：干洪 制订日期：2013年4月 一、培养目标与基本要求 培养目标： 本专业培养德智体美全面发展、诚信实干、基础扎实、实践能力强、综合素质高、具有创新精神，具备金属材料基础理论、铸造及热处理、表面工程等专业方向相关的工程技术知识，能在冶金、金属材料的制备、金属材料的铸造成型及热处理、材料结构研究与分析、材料表面处理等领域从事科学研究、技术与产品开发、工艺和设备设计、生产和经营管理等方面的应用型高级工程技术人才。 基本要求： 1、热爱社会主义祖国，拥护中国共产党的领导，树立正确的人生观、世界观和价值观，具有良好的思想品德、社会公德和职业道德。 2、掌握专业所需的基础科学理论知识，掌握本专业扎实的专业基础理论及必要的专业知识，具有本专业所必需的基本技能，具有良好的业务素养。 3、掌握科学的思维方法，具有创新能力和较强实践能力，具有较强的终身学习能力、获取及处理信息能力。 4、具有良好的心理素质和适应能力，掌握科学锻炼身体的基本技能，受到必要的军事训练，达到国家规定的大学生体育和军事训练合格标准。 毕业生应获得的知识和达到的能力： 1、掌握金属材料的铸造成型及热处理、材料表面处理、材料耐蚀与磨损的基础理论，以及表面处理、腐蚀与防护、耐蚀与磨损等方面的专业知识和技能；
2、掌握金属材料铸造成型工艺及设备的设计与制造方法； 3、掌握电镀、化学镀、涂装、真空镀、离子喷涂等原理与工艺方法； 4、具有从事金属材料及其耐蚀、耐磨及防腐材料的研究，正确地制定生产工艺及选用设备的初步能力； 5、具有本专业必需的机械、电工与电子技术、计算机应用的基本知识和技能； 6、具有研究开发和应用新材料、新工艺和相关设备的初步能力； 7、具有较强的创新意识及获取知识和运用知识解决实际问题的能力。 业务范围： 1、从事金属材料的铸造成型及热处理、表面工程、材料的腐蚀与防护等行业的技术工作； 2、从事金属材料的设计、制备、成型及其性能的检测与分析； 3、从事材料生产组织、技术管理和材料性能的检测、缺陷分析等技术监督工作； 4、从事金属材料生产技术管理、设备维护运行管理和经营销售等工作； 5、从事金属材料工程方面的科研、教学等工作。 二、专业方向 金属材料工程 三、学制：本科四年 四、主干学科、主要课程、主要实践教学环节 主干学科：材料科学与工程 主要课程：马克思主义基本原理、毛泽东思想和中国特色社会主义理论体系概论、高等数学Ⅰ、大学英语、画法几何及机械制图I、机械设计基础Ⅱ、工程力学Ⅱ、材料化学、材料科学基础、材料力学性能、金属固态相变原理、金属材料学（Metal Material Science）、表面工程学、液态成型原理、电化学原理、铸造工艺学主要实践教学环节：专业认识实习、专业生产实习、专业综合设计/实验、毕业设计（论文） 五、课程配置流程图、专业教育内容与课程体系
45钢固态相变实验报告
材料科学基础实验报告材料基礎科学実験レポート 学院：材料科学与工程学院 专业：金属材料工程（日语强化） 班级：0707班 姓名：赵宇 学号：200766502
大连理工大学实验报告 学院（系）：材料科学与工程学院专业：金属材料工程（日语强化）班级：0707班 姓名：赵宇学号： 200766502 组： ___ 实验时间：2010-10-9——2010-12-18实验室：材料馆111，123，117，113实验台：指导教师签字：成绩： 材料科学基础实验报告 材料基礎科学実験レポート 一、实验目的和要求（目標と要求）： (一)实验目的（目標）： 1.掌握金相试样的制备过程，并对其中出现的问题进行分析和解决。 2.了解金属材料的热处理工艺，针对其应用特点进行热处理工艺设计， 并进行热处理操作。分析碳钢在热处理时，温度、冷却速度对其组 织与硬度的影响。 3.掌握在金相显微镜下观察和分析材料的金相组织，掌握不同的热处 理工艺中组织结构的转变。 4.了解各种硬度计的特点、原理、使用范围以及测定方法。 5.掌握定量金相的原理和测定方法。 6.了解几种常用工程材料的成分——组织结构——机械性能之间关系 的一般规律。 7.了解光学金相显微镜的构造和工作原理。
(二)实验要求（要求）： 完成该设计性开放实验课程，要求同学独立的进行查阅资料、制定并实施实验方案、整理和分析实验结果等各个实践环节，在实验观察和操作的基础上，以基本实验方法为主题，贯穿专业理论知识学习，培养独立思考问题，分析问题和自己动手解决问题的能力。使学生在实验操作的实践中学习金属学等相关的基本知识，初步具备独立设计实验方案和分析实验结果的能力。 二、主要仪器设备（機械と設備） 砂轮机、轮盘、砂纸（200#、400#、600#、800#、1000#）、抛光机、抛光布、抛光液、腐蚀液（4%硝酸酒精）、棉球、吹风机、光学金相显微镜、数码相机、布氏硬度计HB-300、洛氏硬度计HR-150、箱式电阻炉、读数显微镜JC-10 三、实验原理及步骤（原理と段取り） (一)原材料处理（元の材料の処理）： 1.切样（切り） 2.倒角（丸め） 防止在打磨过程中由于试样边缘锋利划伤手指或划破砂纸。 3.打磨平面（平滑化） 4.制样（サンプルを作り） 5.粗磨（粗研削） 先用200#砂纸打磨，注意保持试样垂直，保证磨出水平面。到磨痕方向一致时，换400#砂纸，垂直于之前的磨痕进行打磨。注意及时用清水将
(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
1. 固态相变与液固相变在形核、长大规律和组织等方面的主要区别。 答：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。相同：形核和长大规律相同，驱动力相同都存在相变阻力都是系统自组织的过程。异处：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。固态相变阻力增加了应变能等，即固态相变中形核困难. 3.固态相变时为什么常常首先形成亚稳过渡相。佳美试卷P31P33 （1）能量方面，所需要驱动力，平衡相大于过渡相，过渡相的界面能和应变能要低，形成有利于降低相变阻力。（2）成分和结构方面。过渡相在成分和结构更接近母相，两相易于形成共格或半共格界面，减少界面能，降低形核功，形核容易进行。 4.如何理解脱溶颗粒在粗化过程中的“小粒子溶解”和“大粒子长大”现象。 （1）粗化过程驱动力是界面能的降低当沉淀相越小，其中每个原子分到的界面能越多，化学势越高，与它处于平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 （2） 粗化过程中，小粒子溶解，大粒子长大，粒子总数减小，r增加。小粒子溶解更快。温度T升高，扩散系数D增大，使dr/dt增大。所以当温度升高，大粒子长大更快，小粒子溶解更快。 5.如何理解调幅分解在热力学上无能垒，但在实际转变过程中有阻力。 (1)应变能，溶质溶剂原子尺寸不同 (2)梯度能，原子化学键结合 (3)相间点阵畸变 6.调幅分解与形核长大型脱溶转变的主要区别。见佳美试卷P14 P34 7.如何从热力学角度理解马氏体相变的无扩散性。
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
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）
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
相变原理
相变原理 (2009-03-15 12:09:38) 忽视核外电子的规律运动,司空见惯的相变成了困惑人们的自然之谜。 摘要：核外电子随着温度的规律的运动是相变的直接原因。 （1）价和电子在平面稳定运转，伴生的价磁力指向稳定，物质呈固态。 （2）价和电子在窄小空间范围扭曲运转，伴生的价磁力方向不稳，物体塑性增加。 （3）价和电子在大范围空间扭曲运转，伴生的价磁力方晃动，物质呈液态。 （4）价和电子在空间呈球面绕行运转，价和电子包围整个球面，价磁力没有了方向，球面电子与相邻的球面电子相斥，使分子球之间推开距离，物质呈气态。 关键词：奥斯特实验小磁针伴生德布罗意波 [事实] 随着温度升高，一般物体都是由固体相变成液体，由液体相变成气体。 所有纯净物质都有其固定的熔点、沸点；水在０℃结冰、１００℃沸腾；锡在2００℃电烙铁下就能熔化成液态，烙铁拿开，锡又立刻凝结成固体，温度与物质状态、特性相依相存。 [分析] 物质的相变与总是与温度精确的对应，千百年来人们不断在思索，温度是如何导致这样的变化？温度是怎样起作用的？这极具规律的对应绝不会是偶然的、孤立的。这有规律的变化必然源于且服从更深层的规则的运动。这个规则的运动，就是核外电子的规律的运动。 核外电子随着温度的规律的运动是相变的直接原因。 在J 1章我们谈到温度实质上就是核外电子运转的速度。核外电子速率加快，宏观的表现就是温度升高。温度升高到一定的程度，水能沸腾；钢铁能熔化，物质发生了相变。难道电子的快速运动就能导致这样的相变、如何导致相变？ 相变虽然与温度直接相关，然而只有达到了某一特定值，相变才能发生，这是一个从量变到质变的过程，也是物质的内聚力急剧变化的过程，核外电子的
固态相变整理
11、在1127℃某碳氢气体被通入到一低碳钢管（管长1m ，管内径8 mm ，外径12 mm ）。管外保持为纯氢气氛，有可能使管外表面的碳活度降低到最低限度。假设在碳氢气体中的碳活度是很高的，以致于在气氛中有固体颗粒碳。已知：在1127℃时，碳的扩散系数为D = 6×10- 6 cm 2/s 。试计算通碳氢气体100小时后，会有多少碳扩散到管的外面来 ? （2） 12、有一容器，其外层是低碳钢，里层为不锈钢。里层的厚度是外层的1/100。现容器内充有氢气。已知：在试验温度下，低碳钢为α相，不锈钢为γ相；在这温度下氢气在α、γ两相界面处的重量百分浓度分别为C α=0.00028%，C γ=0.00045% ；并假设在试验温度下，D α=100 D γ。试问哪一层对阻止氢气的向外扩散起了决定性作 用 ?（2） 13、某低合金过共析钢（含0.9%C ）被加热到800℃，形成了奥氏体组织，然后被快速冷却到A 1温度以下保温，直到完全转变成珠光体组织。因为是过共析钢，所以在珠光体转变前有自由渗碳体析出，会沿着晶界析出一层厚的渗碳体，损害钢的性能。已知：在550℃、650℃珠光体转变完成时间分别为10秒和10分钟。试计算在550℃转变的危害性大，还是650℃时转变的危害性大 ?（3） 14、一种没有合金化的具有粗大片状石墨的灰口铸铁，以相当缓慢的冷却速率通过A 1温度。发现其组织特点为：金属基体相主要是珠光体，但是每一片石墨都被一层先共析铁素体包围。假设通过试验已经知道，需要作为珠光体形核核心的渗碳体，直到710℃还不可能形成，另一方面，铁素体却很容易形核，如果冷却速率为1K / min 。取C 的扩散系数为 D α =0.02exp(–Q / RT)， Q=83600 J / mol 。计算一下会形成多厚的铁素体层。作为近似计算，可认为是在中间温度区间的一个等温反应过程。如果是球状石墨周围形成了所谓的牛眼状铁素体（如题14图），在放大500倍条件下，经测量铁素体平均厚度为6.5mm ,在以上条件下，试估算其冷却速率。（3） 15、为避免镍和钽直接反应，在镍和钽片中间插入一层厚0.05cm 的MgO ，如题15图所示。在1400℃时，Ni 离子将通过MgO 层向钽片扩散，试计算Ni 离子每秒的扩散量。 已知Ni 离子在MgO 中的扩散系数为9×10-12 cm 2 / s ，在1400℃时，Ni 的点阵常数是3.6×10-8 cm 。（4） 16、直径3cm 、长10cm 管子，一端装有浓度为0.5×1020atoms/cm 3的氮（N ）和0.5×1020atoms/cm 3的氢（H ），另一端装有1.0×1018atoms/cm 3的氮和1.0×1018atoms/cm 3的氢，中间用一体心立方结构的铁膜片隔开，如题16图所示。气体不断地引入这管子以保证氮和氢的浓度为常数。整个系统都是在700℃下进行。系统设计要求每小时扩散通过该膜片的氮不超过1%，而允许90%的氢通过该膜片。试设计该膜片的厚度。已知：在700℃的体心立方晶体铁中，N 原子的扩散系数D=3.64×10-7 cm 2/s ，氢原子的扩散系数D=1.86×10-4 cm 2/s 。（5） 17、设计一厚度为2cm 储存氢气的球罐。要求每年由于扩散损失的氢气小于50kg ，球罐的温度保持在500℃。球罐可用镍、铝、铜、铁金属来制造，氢气在这些金属中的扩散参数和用镍、铝、铜、铁金属来制造球罐的成本如表所示（6） 18、一共析碳素钢在A 1温度于湿氢中进行脱碳处理，在钢的表面会形成一铁素体层。该铁素体层将以一定速率增厚，增厚的速度由通过表面铁素体层的碳扩散速率来控制的。取扩散系数D α = 3.6×10- 7 cm 2/s 。试分别用稳态近似法和Wagner 方法计算，表面铁素体层长到1mm 厚需要多长时间?（8） 19、含有0.3%C 和1%Al 的钢，淬火后进行回火，然后在550℃氮化处理25小时。如果氮在α-Fe 中的溶解度为T N /1580009.1)ln(%--=。问氮化层有多厚 ?（8） 20、在缓慢冷却过程中，亚共析钢中已产生了铁素体和珠光体交替隔开的带状组织，为消除这种带状组织，需要进行扩散退火。由实验知，厚度为25mm 的钢板在900℃进行扩散处理，大约两天就够了。如果把这种钢板进一步轧制成5mm 厚的钢板，并在1200℃进行扩散，问：需要处理多长时间才能得到与前面同样的效果 ?（9） 21、碳素钢的魏氏组织是在较快冷却速度下得到的组织。但是这种组织首先是在含有10%Ni 的陨石中发现的，陨石中片状组织的厚度可达到5mm ，估算一下陨石必须具有多快的冷却速度，才能形成这种组织 ? 计算时使用以下数据：如碳素钢以100K/s 的冷速，可以得到2m μ厚度的铁素体。(9) 22、在银的表面已经沉积了一层银的放射性元素，然后将整个系统进行退火，放射性元素将要扩散进入内部。
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。
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。 表8-1 45号钢经不同热处理后的性能(试样直径15mm) 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A1以下加热，此时一般不发生相变；另一种是在A1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。
《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.
固态相变_(考试必备)
固态相变：金属和陶瓷等固态材料在温度和压力改变时，其内部组织或结构会发生变化，即发生从一种状态到另一种相态的转变，这种转变称之为固态相变。 固态相变的阻力有哪些：金属固态相变时的相变阻力应包括界面能和弹性应变能两项。当界面共格时，可以降低界面能，但使弹性应变能增大。当界面不共格时，盘(片)状新相的弹性应变能最低，但界面能较高；而球状新相的界面能最低，但弹性应变能却最大。 为什么固态相变中出现过渡相?晶体缺陷对固态相变形核有什么影响？1.当稳定的新相与母相的晶体结构差异较大时，母相往往不直接转变为自由能最低的稳定新相，而是先形成晶体结构或成分与母相比较接近，自由能比母相稍低些的亚稳定的过渡相。此时，过渡相往往具有界面能较低的共格界面或半共格界面，以降低形核功，使形核容易进行。2.晶体缺陷是能量起伏、结构起伏和成分起伏最大的区域，在这些区域形核时，原子扩散激活能低，扩散速度快，相变应力容易被松弛。在固态相变中，从能量的观点来看，均匀形核的形核功最大，空位形核次之，位错形核更次之，晶界非均匀形核的形核功最小。 为什么新相形成的时候，常常呈薄片状或针状？如果新相呈球状，新相与母相之间是否存在位相关系？①金属固态相变时，因新相与母相恶比容不同，可能发生体积变化，但由于受到周围母相的约束，新相不能自由膨胀产生弹性应变能。而片状或针状的弹性应变能最小，所以新相形成时常常呈片状或针状 ②存在位相关系。许多情况下，金属固态相变时，新相与母相之间往往存在一定的位相关系，且新相呈球状时与母相的弹性应变能最大，是由新、母相的比容不同或两相界面共格或半共格关系造成的，所以必然存在一定的位相关系。 TTT 曲线的建立：将不同温度下的等温转变开始时间和终了时间以及某些特定的转变量所对应的时间绘制在温度—时间半对数坐标系中，并将不同温度下的转变开始点和转变终了点以及转变50%点分别连接成曲线，则可得到过冷奥氏体等温转变图，即TTT 曲线。 TTT 图的作用：TTT 图反映了在临界点以下温度等温或以一定冷却速度冷却时过冷奥氏体的转变规律，综合显示了合金元素等对转变动力学的影响以及等温温度或冷却速度对转变产物和性能的影响。可清楚的看出：①某相过冷到临界点以下某一温度保温时，相变何时开始，何时转变能量达50％，何时转变终止 ②相变速率最初是随温度下降而逐渐增大，达到一最大值后又逐渐减小。TTT 图可以为正确选择钢的热处理工艺、分析热处理后的组织和性能以及合理选用钢材等提供依据。 奥氏体的形成过程可分为四个阶段：①奥氏体形核 ②奥氏体晶核向 及C Fe 3两个方向长大 ③剩余碳化物溶解 ④ 奥氏体均匀化。 影响奥氏体形成速度的因素：①加热温度的影响，即加热温度越高，奥氏体形成速度就越快②碳含量的影响，钢中碳含量越高，奥氏体形成速度就越快 ③原始组织的影响，在钢的成分相同的情况下，原始组织中碳化物的分散度越大，则相界面就越多，形核率也就越大，刚的原始组织也越细，奥氏体的形成速度就越快 ④合金元素的影响，强碳化物形成元素降低碳在奥氏体中的扩散系数，并形成特殊碳化物且不易溶解，所以显著减慢奥氏体的形成速度。非碳化物则加速奥氏体的形成速度。 本质细晶粒钢与本质粗晶粒钢的区别：奥氏体晶粒度在5～8级者称为本质细晶粒钢，而奥氏体晶粒度在1～4级者称为本质粗晶粒钢。对于本质细晶粒钢，当加热温度超过950～1000摄氏度时也可能得到十分粗大的实际晶粒。对于本质粗晶粒钢，当加热温度略高于临界点时也可能得到比较细的奥氏体晶粒。 影响奥氏体晶粒长大的因素：①加热温度和保温时间的影响，加热温度越高，加热时间越长，奥氏体晶粒将越粗大 ②加热速度的影响，加热速度越大，过热度就越大，奥氏体实际形成温度就越高，快速加热时可以获得细小的奥氏体起始晶粒 ③钢中碳含量的影响，在钢中碳含量不足以形成过剩碳化物的情况下，加热时奥氏体晶粒随钢中碳含量增加而增大。当碳含量超过一定限度时，反而阻碍奥氏体晶粒的长大 ④合金元素的影响，钢中加入适量形成难溶化合物的合金元素，将强烈地阻碍奥氏体晶粒长大，使奥氏体晶粒粗化温度显著提高。加入适量形成易溶化合物的合金元素，则阻碍程度中等。⑤冶炼方法的影响⑥原始组织的影响，原始组织越细，碳化物弥散度越大，所得到的奥氏体起始晶粒就越细小。 片状与粒状珠光体性能的比较：在成分相同的情况下，与片状珠光体相比，粒状珠光体的强度、硬度稍低，而塑性较高。粒状珠光体的切削性好，对刀具的磨损小，冷挤压时的成形性也好。粒状珠光体的性能还取决于碳化物颗粒的形态、