固态相变原理考试试题+答案.docVIP

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σ：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。dFdA=σ+μidni 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。 应变能 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。 比容差引起的应变能（体积应变能）：和新相的形状有关，E=2 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。 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。 位错： = 1 \* GB3 ①形成新相，位错线消失，会释放能量，促进形核 = 2 \* GB3 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 \* GB3 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： C-C0 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 QUOTE │G│2η2Y+8π2Kλ 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 QUOTE 8π2Kλ2 很大，R（λ）＞0，不能发生；λ＞λc时，随着波长增加， QUOTE 8π2Kλ2 8π2k/λ2下降，易满足 QUOTE │G│2η2Y+8π2Kλ2 QUOTE │G│2 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 调幅分解与形核长大型相变的区别 调幅分解 形核长大型变形 成分 连续变化，最后达到平衡 新相始终保持平衡成分，不随时间变化 相界面 开始无明显相界面，最后才变明显 始终都有明显的相界面 组织形态 两相大小分布规则，一般不是球状，组织均匀性好 大小不一，分布漫乱，常呈球状，组织均匀性差 结构 成分不同，结构相同的两相 新相和母相在结构、成分均不同 三、(20分) 1、阐明建立马氏体相变晶体学表象理论的实验基础和基本原理 （1）实验基础 在宏观范围内，惯习面是不变平面（不转变、不畸变）； 在宏观范围内，马氏体中的形状变形是一个不变平面应变； 惯习面位向有一定的分散度（指不同片、不同成分的马氏体）； 在微观范围内，马氏体的变形不均匀，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的整个宏观应变应是下面三种应变的综合： 发生点阵应变（Bain应变），形成马氏体新相的点阵结构。但是Bain应变不存在不变平面，不变长度的矢量是在圆锥上，所以要进行点阵不变切变。 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。 刚体转动，①②得到的无畸变的平面转回到原来的位置去，得到不畸变、不转动的平面。 用W-R-L理论来表示：P1=RPB，P1为不变平面应变的形状变形，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的基本设想和表达式的意义 答：基本设想：马氏体相变先在奥氏体γ中形成同成分的体心核胚 QUOTE α α，然后体心核胚 QUOTE α α再转变为马氏体M。 所以马氏体相变自由能表达式为?Gγ→M=?Gγ→α+?Gα→M QUOTE ΔGγ→M=ΔGγ→α ?Gγ→α表示奥氏体转变为马氏体的自由能差。?Gγ→α=0 QUOTE