固態(tài)相變作業(yè)(共6頁)

1、固態(tài)(gti)相變理論1.推導(dǎo)(tudo)Johnson-Mehl方程。設(shè)新相在母相中成核，并經(jīng)過(jnggu)一段孕育期以后長大成球狀，新相半徑：一個(gè)新相體積：d時(shí)間間隔內(nèi)成核的相數(shù)目為：則這些新相長大到時(shí)間t時(shí)的轉(zhuǎn)變體積：所以不同時(shí)間內(nèi)形核的相在時(shí)間t的轉(zhuǎn)變總體積：為擴(kuò)張?bào)w積，重復(fù)計(jì)算已轉(zhuǎn)變的體積不能再成核新相長大到相互接觸時(shí)，不能繼續(xù)長大所以（真正的轉(zhuǎn)變體積）為了校正和的偏差在d時(shí)間內(nèi)有：所以 積分得：初始條件：當(dāng)t=0時(shí)，所以奧氏體形核時(shí)需要(xyo)過熱度T，那么(n me)金屬熔化時(shí)（S-L）,要不要(byo)過熱度，為什么？由熱力學(xué)可知，在某種條件下，結(jié)晶能否發(fā)生，取決于固相的自

2、由度是否低于液相的自由度，即G =GS-GL0；只有當(dāng)溫度低于理論結(jié)晶溫度Tm時(shí)，固態(tài)金屬的自由能才低于液態(tài)金屬的自由能，液態(tài)金屬才能自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)金屬，因此金屬結(jié)晶時(shí)一定要有過冷度。影響過冷度的因素：影響過冷度的因素：1）金屬的本性，金屬不同，過冷度大小不同；2）金屬的純度，金屬的純度越高，過冷度越大；3）冷卻速度，冷卻速度越大，過冷度越大。固態(tài)金屬熔化時(shí)會(huì)出現(xiàn)過熱度。原因：由熱力學(xué)可知，在某種條件下，熔化能否發(fā)生，取決于液相自固態(tài)金屬熔化時(shí)會(huì)出現(xiàn)過熱度。原因：由度是否低于固相的自由度，即G = GL-GS0；只有當(dāng)溫度高于理論結(jié)晶溫度Tm時(shí)，液態(tài)金屬的自由能才低于固態(tài)金屬的自由能，固態(tài)金

3、屬才能自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)金屬，因此金屬熔化時(shí)一定要有過熱度。相變熱力學(xué)條件是什么？金屬固態(tài)相變的熱力學(xué)條件：（1）相變驅(qū)動(dòng)力：相變熱力學(xué)指出，一切系統(tǒng)都有降低自由能以達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的自發(fā)趨勢。若具備引起自由能降低的條件，系統(tǒng)將由高能到低能轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變，稱為自發(fā)轉(zhuǎn)變。金屬固態(tài)相變就是自發(fā)轉(zhuǎn)變，則新相自由能必須低于舊相自由能。新舊兩相自由能差既為相變的驅(qū)動(dòng)力，也就是所謂的相變熱力學(xué)條件。（2）相變勢壘： 要使系統(tǒng)有舊相轉(zhuǎn)變?yōu)樾孪喑蓑?qū)動(dòng)力外，還要克服相變勢壘。所謂相變勢壘是指相變時(shí)改組晶格所必須克服的原子間引力。金屬固態(tài)相變的熱力學(xué)作用：為相變的發(fā)生提供動(dòng)力；明確相變發(fā)生所要克服的勢壘，即激活能。簡述固態(tài)相

4、變的主要特征。 相界面：根據(jù)(gnj)界面上新舊兩相原子在晶體學(xué)上匹配程度的不同，可分為共格界面、半共格界面和非共格界面。 位向關(guān)系與慣習(xí)面：在許多情況下，金屬固態(tài)相變時(shí)新相與母相之間往往存在一定的位向關(guān)系，而且新相往往在母相一定的晶面上開始形成(xngchng)，這個(gè)晶面稱為慣習(xí)面通常以母相的晶面指數(shù)來表示。 彈性應(yīng)變能：金屬固態(tài)相變時(shí)，因新相和母相的比容不同可能發(fā)生體積變化。但由于受到周圍(zhuwi)母相的約束，新相不能自由膨脹，因此新相與其周圍母相之間必將產(chǎn)生彈性應(yīng)變和應(yīng)力，使系統(tǒng)額為地增加了一項(xiàng)彈性應(yīng)變能。 過渡相的形成：當(dāng)穩(wěn)定的新相與母相的晶體結(jié)構(gòu)差異較大時(shí)，母相往往不直接轉(zhuǎn)變?yōu)樽?/p>

5、由能最低的穩(wěn)定新相，而是先形成晶體結(jié)構(gòu)或成分與母相比較接近，自由能比母相稍低些的亞穩(wěn)定的過渡相。 晶體缺陷的影響：固態(tài)晶體中存在著晶界、亞晶界、空位及位錯(cuò)等各種晶體缺陷，在其周圍點(diǎn)陣發(fā)生畸變，儲(chǔ)存有畸變能。一般地說，金屬固態(tài)相變時(shí)新相晶核總是優(yōu)先在晶體缺陷處形成。 原子的擴(kuò)散：在很多情況下，由于新相和母相的成分不同，金屬固態(tài)相變必須通過某些組織的擴(kuò)散才能進(jìn)行，這時(shí)擴(kuò)散便成為相變的控制因素。固態(tài)相變的阻力是哪幾項(xiàng)？新相與母相基體間形成界面所增加的界面能 、新相與母相體積差所引起的彈性應(yīng)變能 、新相中亞結(jié)構(gòu)的形成所需要的能量什么是共格界面，根據(jù)其共格性界面有哪幾類？請(qǐng)比較它們的界面能和彈性應(yīng)變能的

6、大小。兩相界面上，原子(yunz)成一一對(duì)應(yīng)的完全匹配，即界面上的原子同時(shí)處于兩相晶格的節(jié)點(diǎn)上，為相鄰兩晶體所共有，這種相界稱為共格界面。完全(wnqun)共格、半完全共格、非共格。界面(jimin)能：完全共格半完全共格半完全共格非共格。綜述奧氏體的主要性能。（200字以內(nèi)）奧氏體的硬度和屈服強(qiáng)度不高。（2）塑性好，易變形、加工成形性好。（3）具有最密排結(jié)構(gòu)，致密度高，比容最小。（4）鐵原子自擴(kuò)散激活能大，擴(kuò)散系數(shù)小，熱強(qiáng)性好，可用作高溫鋼。（5）具有順磁性，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為鐵磁性，可作為無磁性鋼。（6）線膨脹系數(shù)大，可作熱膨脹靈敏儀表元件（7）導(dǎo)熱性差，加熱應(yīng)采用小熱速度，以免工件變形。采用哪些

7、方法可以研究奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變？1.等溫冷卻：將鋼迅速過冷到臨界點(diǎn)Ar1以下某一溫度，并在該溫度下進(jìn)行組織轉(zhuǎn)變。2.連續(xù)冷卻：將鋼以某一固定速度不停頓的冷卻到室溫，使奧氏體在連續(xù)降溫的過程中轉(zhuǎn)變。發(fā)生奧氏體轉(zhuǎn)變的熱力學(xué)條件是什么？S新相表面積；新相單位表面積界面能；V新相體積；新相單位體積的應(yīng)變能；-Gd在晶體缺陷處形核引起的自由能降低。相變必須在一定的過熱度T下，使GV0，才能得到G0，所以相變必須在高于A1的某一溫度下才能發(fā)生。共析鋼的奧氏a體化過程中，為什么鐵素體會(huì)先消失，而滲碳體會(huì)殘留下來？首先，奧氏體是由鐵素體轉(zhuǎn)變而來的，第二，奧氏體的溶解碳能力大大高于鐵素體，第三，奧氏體中的碳是由碳

8、化物溶解而來的，第四，只有當(dāng)碳化物完全溶解后共析鋼奧氏體中的平均碳濃度才是共析成分，第五，碳化物溶解是一個(gè)過程，需要時(shí)間，第六，鐵素體轉(zhuǎn)變成奧氏體是瞬間轉(zhuǎn)變的同素異構(gòu)體轉(zhuǎn)變。當(dāng)鋼加熱到奧氏體化溫度(wnd)后，鐵素體瞬間轉(zhuǎn)變成奧氏體，而滲碳體的完全溶解還需要一定的時(shí)間，所以共析鋼奧氏體剛形成時(shí)必有部分碳化物殘留。亞共析鋼的奧氏體化過程(guchng)與共析鋼的奧氏體化過程有何區(qū)別？亞共析鋼完全奧氏體化過程：超過共析溫度后，珠光體首先轉(zhuǎn)變(zhunbin)為奧氏體，隨著溫度的升高，鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。共析鋼完全奧氏體化過程：超過共析溫度后，珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。連續(xù)加熱時(shí)的奧氏體轉(zhuǎn)變有何特點(diǎn)？相變

9、是在一個(gè)溫度范圍沒完成的：剛在連續(xù)加熱是，奧氏體在一個(gè)溫度范圍內(nèi)完成。加熱速度愈大，各階段轉(zhuǎn)變溫度范圍均向高溫推移、擴(kuò)大。奧氏體成分不均勻性隨加熱速度增大而增大：在快速加熱情況下，碳化物來不及充分溶解，碳和合金元素的原子來不及充分?jǐn)U散，因而，造成奧氏體中的碳、金屬元素濃度分布很不均勻。奧氏體起始晶粒隨著加熱速度增大而細(xì)化：快速加熱時(shí)，相變過熱度大，奧氏體形核率急劇增大，同時(shí)，加熱時(shí)間又短，因而，奧氏體晶粒來不及長大，晶粒較細(xì)，甚至獲得超細(xì)化奧氏體晶粒。敘述奧氏體晶粒度測定的方法。1.比較法。在100倍顯微鏡下直接觀察或投射在毛玻璃上。首先對(duì)試樣作全面觀察，然后選擇其晶粒度具有代表性的視場與標(biāo)準(zhǔn)

10、級(jí)別圖143（YB2764中的第一標(biāo)準(zhǔn)級(jí)別圖）比較，并確定出試樣的晶粒度，與標(biāo)準(zhǔn)級(jí)別圖中哪一級(jí)晶粒大小相同，則后者的級(jí)別即定為試樣的晶粒度號(hào)數(shù)。2.弦計(jì)算法。這種測量方法比較復(fù)雜，只有當(dāng)測量的準(zhǔn)確度要求較高或晶粒為橢圓形時(shí)才使用此種方法。測量等軸晶粒時(shí)，先對(duì)試樣進(jìn)行初步觀察，以確定晶粒的均勻程度。然后選擇具有代表性部位及顯微鏡的放大倍數(shù)。倍數(shù)的選擇，以在80毫米視野直徑內(nèi)不少于50個(gè)晶粒為限。之后將所選部位的組織投影到毛玻璃上，計(jì)算與毛玻璃上每一條直線交截的晶粒數(shù)目，（與每條直線相交截的晶粒應(yīng)不少于50個(gè)）也可在帶有刻度的目鏡上直接進(jìn)行。測量時(shí)，直線端部未被完全相交截的晶粒應(yīng)以一個(gè)晶粒計(jì)算。相

11、同步驟的測量最少應(yīng)在三個(gè)不同部位各進(jìn)行一次。用相截的晶粒總數(shù)除以直線的總長度（實(shí)際長度，以毫米計(jì)算），得出弦的平均長度（毫米）。再根據(jù)弦的平均長度查表即可確定鋼的晶粒度大小。奧氏體晶粒長大(chn d)的驅(qū)動(dòng)力是什么?長大方式：通過界面(jimin)遷移而長大驅(qū)動(dòng)力：來自A晶界的界面能。A晶粒的長大將導(dǎo)致界面能降低P2/RP驅(qū)動(dòng)力，R球面晶界曲率(ql)半徑，界面能晶粒越小，界面能越大，長大驅(qū)動(dòng)力越大。說明奧氏體晶粒異常長大的原因。影響奧氏體晶粒長大因素：加熱溫度、保溫時(shí)間、加熱速度和化學(xué)成分。沉淀析出粒子的分布不均勻是造成奧氏體晶粒異常長大的原因。根據(jù)奧氏體形成規(guī)律討論細(xì)化奧氏體晶粒的方法。奧氏體起始晶粒隨著加熱速度增大而細(xì)化：快速加熱時(shí)，相變過熱度大，奧氏體形核率急劇增大，同時(shí)，加熱時(shí)間又短，因而，奧氏體晶粒來不及長大，晶粒較細(xì)，甚至獲得超細(xì)化奧氏體晶粒；加入第二相粒子：由于第二相粒子對(duì)奧氏體晶界的釘扎作用，阻礙奧氏體晶粒長大，有利于奧氏體晶粒的細(xì)化。3.縮短保溫時(shí)間：保溫時(shí)間短，奧氏體晶粒來不及長大，晶粒細(xì)小。內(nèi)容總結(jié)（1）