固態(tài)相變原理考試試題 答案

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1、固態(tài)相變原理考試試題一、(20分)1、試對固態(tài)相變的相變阻力進行分析固態(tài)相變阻力包括界面能和應(yīng)變能，這是由于發(fā)生相變時形成新界面，比容不同都需要消耗能量。（1）界面能：是指形成單位面積的界面時，系統(tǒng)的赫姆霍茨自由能的變化值。與大小和化學(xué)鍵的數(shù)目、強度有關(guān)。共格界面的化學(xué)鍵數(shù)目、強度沒有發(fā)生大的變化，最小；半共格界面產(chǎn)生錯配位錯，化學(xué)鍵發(fā)生變化，次之；非共格界面化學(xué)鍵破壞最厲害，最大。（2）應(yīng)變能①錯配度引起的應(yīng)變能（共格應(yīng)變能）：共格界面由錯配度引起的應(yīng)變能最大，半共格界面次之，非共格界面最小。②比容差引起的應(yīng)變能（體積應(yīng)變能）：

2、和新相的形狀有關(guān)，,球狀由于比容差引起的應(yīng)變能最大，針狀次之，片狀最小。2、分析晶體缺陷對固態(tài)相變中新相形核的作用固相中存在各種晶體缺陷，如空位、位錯、層錯、晶界等，如果在晶體缺陷處形核，隨著核的形成，缺陷將消失，缺陷的能量將給出一供形核需要，使臨界形核功下降，故缺陷促進形核。（1）空位：過飽和空位聚集，崩塌形成位錯，能量釋放而促進形核，空位有利于擴散，有利于形核。（2）位錯：①形成新相，位錯線消失，會釋放能量，促進形核②位錯線不消失，依附在界面上，變成半共格界面，減少應(yīng)變能。③位錯線附近溶質(zhì)原子易偏聚，形成濃度起伏，利于形核。④

3、位錯是快速擴散的通道。⑤位錯分解為不全位錯和層錯，有利于形核。Aaromon總結(jié)：刃型位錯比螺型位錯更利于形核；較大柏氏矢量的位錯更容易形核；位錯可纏繞，割階處形核；單獨位錯比亞晶界上位錯易于形核；位錯影響形核，易在某些慣習(xí)面上形成。（3）晶界：晶界上易形核，減小晶界面積，降低形核界面能二、(20分)已知調(diào)幅分解1、試分析發(fā)生調(diào)幅分解的條件只有當(dāng)R（λ）＞0，振幅才能隨時間的增長而增加，即發(fā)生調(diào)幅分解，要使R（λ）＞0，得且。令R（λ）=0得λc—臨界波長，則λ＜λc時，偏聚團間距小，梯度項很大，R（λ）＞0，不能發(fā)生；λ＞λc時

4、，隨著波長增加，下降，易滿足，可忽略梯度項，調(diào)幅分解能發(fā)生。2、說明調(diào)幅分解的化學(xué)拐點和共格拐點,并畫出化學(xué)拐點、共格拐點和平衡成分點在溫度——成分坐標(biāo)中的變化軌跡化學(xué)拐點：當(dāng)G”=0時。即為調(diào)幅分解的化學(xué)拐點；共格拐點：當(dāng)G”+2η2Y=0時為共格拐點，與化學(xué)拐點相比共格拐點的濃度范圍變窄了，溫度范圍也降低了。3、請說明調(diào)幅分解與形核長大型相變的區(qū)別調(diào)幅分解與形核長大型相變的區(qū)別調(diào)幅分解形核長大型變形成分連續(xù)變化，最后達到平衡始終保持平衡，不隨時間變化相界面開始無明顯相界面，最后才變明顯始終都有明顯的相界面組織形態(tài)兩相大小分布規(guī)

5、則，組織均勻，不呈球狀大小不一，分布混亂，常呈球狀，組織均勻性差結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)與母相一致，成分與母相不同結(jié)構(gòu)、成分均不同三、(20分)1、闡明建立馬氏體相變晶體學(xué)表象理論的實驗基礎(chǔ)和基本原理（1）實驗基礎(chǔ)①在宏觀范圍內(nèi)，慣習(xí)面是不應(yīng)變面（不轉(zhuǎn)變、不畸變）；②在宏觀范圍內(nèi)，馬氏體中的形狀變形是一個不變平面應(yīng)變；③慣習(xí)面位向有一定的分散度（指不同片、不同成分的馬氏體）；④在微觀范圍內(nèi)，馬氏體的變形不均勻，內(nèi)部結(jié)構(gòu)不均勻，有亞結(jié)構(gòu)存在（片狀馬氏體為孿晶，板條馬氏體為位錯）。（2）基本原理在實驗基礎(chǔ)上，提出了馬氏體晶體學(xué)表象理論，指出馬氏體相變

6、時所發(fā)生的整個宏觀應(yīng)變應(yīng)是下面三種應(yīng)變的綜合：①發(fā)生點陣應(yīng)變（Bain應(yīng)變），形成馬氏體新相的點陣結(jié)構(gòu)。但是Bain應(yīng)變不存在不變平面，不變長度的矢量是在圓錐上，所以要進行點陣不變切變。②簡單切邊，點陣不變非均勻切變，在馬氏體內(nèi)發(fā)生微區(qū)域變形，不改變點陣類型，只改變形狀，通過滑移、孿生形成無畸變面。③剛體轉(zhuǎn)動，①②得到的無畸變的平面轉(zhuǎn)回到原來的位置去，得到不畸變、不轉(zhuǎn)動的平面。用W-R-L理論來表示：P1=RPB，P1為不變平面應(yīng)變的形狀變形，B為Bain應(yīng)變、用主軸應(yīng)變來表示，R為剛體轉(zhuǎn)動、可以用矩陣來表示，P為簡單應(yīng)變。2、闡

7、明馬氏體相變熱力學(xué)的基本設(shè)想和表達式的意義答：基本設(shè)想：馬氏體相變先在奧氏體中形成同成分的體心核胚，然后體心核胚再轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體M。所以馬氏體相變自由能表達式為：，式中：①表示奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的自由能差。，此時溫度為Ms溫度。②表示母相中形成同成分的體心核胚時的自由能變化，定義為T0溫度γ與α的平衡溫度，,為T

8、儲能（形成位錯的應(yīng)變能、形成孿晶的界面能）；其他（表面能、缺陷能、能量場的影響等）。四、(20分)1、試解釋沉淀相粒子的粗化機理由Gibbs-Thompson定理知，在半徑為r的沉淀相周圍界面處母相成分表達式：當(dāng)沉淀相越小，其中每個原子分到的界面能