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1、 .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：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=+idnidA 为表面张力，i为偏摩尔自由能，dnidA为由于界面面积改变而引起的晶粒内部自由能变化（1） 共格界面的化学键数目、强度没有发生大的变化，最小；半共格界面产生错配位错，化学键发生变化，次之；非共格界面化学键破坏最厉害，最大。（2） 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
2、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=23M2fca,球状由于比容差引起的应变能最大，针状次之，片状最小。 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。（1） 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。（2） 位错：形成新相，位错线消失，会释放能量，促进形核位错线不消失，依附在界面上，变成半共格界面，减少应变能。位错线附近溶质原子易偏聚，形成浓度起伏，
3、利于形核。位错是快速扩散的通道。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=eR()tcos2z，其中：R=-M42G+22Y+82K2 1、试分析发生调幅分解的条件 只有当R（）0，振幅才能随时间的增长而增加，即发生调幅分解，要使R（）0，得G”0且| G”|22Y+82k/2令R（）=0得c临界波长，则c时，偏聚团间距小，
4、梯度项82k/2很大，R（）0，不能发生；c时，随着波长增加，82k/2下降，易满足| G”|22Y+82k/2，可忽略梯度项，调幅分解能发生。 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”+22Y=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
5、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
6、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，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中形
7、成同成分的体心核胚，然后体心核胚再转变为马氏体M。所以马氏体相变自由能表达式为GM=G+GM式中： G表示奥氏体转变为马氏体的自由能差。G=0，此时温度为Ms温度。 GM 表示母相中形成同成分的体心核胚时的自由能变化，GM =0定义为T0温度与的平衡温度，GM 0,为T C(r1) 。由此可见在大粒子r1和小粒子r2之间的基体中存在浓度梯度，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，小粒子则要不断溶解、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。 需要画图辅助说明！ 2、根据沉淀相粒子粗化公式：rt=2DMC()RTr1r-
8、1r,分析粒子的生长规律当r=r时，rt=0，粒子不长大；当rr时，rtr时，rt0 ，小粒子长大；当r=2r时，rt最大，长大最快；长大过程中，小粒子溶解，大粒子长大，粒子总数减小，r增加，更容易满足，小粒子溶解更快；温度T升高，扩散系数D增大，使rt（rr）或者rt（rr）。所以当温度升高，大粒子长大更快， 小粒子溶解更快。五、(20分)已知新相的长大速度为：u=v0exp-QkT1-exp-gvkT1、 试分析过冷度对长大速度的影响（1） 过冷度很小，gv随过冷度的增加而增加，此时gv很小，此时 1-exp(-gv/kT)gv/kT ，即 u=V0gv/kTexp(-Q/kT)，表明：长
9、大速度u与过冷度或者gv成正比，也就gv/kT是起主导作用，当T下降，过冷度T增大，gv上升，长大速度u增大。（2） 过冷度很很大，gv很大，exp-gvkT0，1-exp(-gv/kT)1此时u=V0 exp(-Q/kT)，表明：长大速度随着温度的下降而下降。2、 求生长激活能Qg过冷度很大时，exp-gvkT0，u=v0exp-QkT=Cexp-QkTlnu=-QkTlnCdlnu=-QKd1T则Q=-Kd(lnu)d(1T)为单个原子的扩散激活能，乘以阿伏加德罗常数N0，得生长激活能Qg=QN0补充求激活能：根据u求Q，u为长大速度过冷度很大时，则根据求Q过冷度大时=生长激活能+孕育期所
10、需激活能则全激活能在v=0.5 求斜率，再由求由N求Q u不随时间改变过冷度很大，则，1.相变分类 按热力学分类，相变可分为一级相变和二级相变其中，一级相变指相变时，两相的自由能相等，化学位相等，但化学位的一阶偏导数不相等，即G1=G2，1=2，（1T）P（2T）P，（1P）T（2P）T又（T)P=-S, （P)T=V即为S1S2, V1V2所以一级相变有体积和熵的突变、有相变潜热的释放、有热滞产生。二级相变是指相变时，两相的自由能、化学位相等，化学位的一阶偏导数相等，但二阶偏导数不等。即：G1=G2，1=2，（1T）P=（2T）P，（1P）T=（2P）T（21T2）P（22T2）P，（21P
11、2）T（22P2）T, （2T2）P=-(ST)P=-CPT（2P2）T=(vp)T=VV(vp)T=V.K ， K=1V(vp)T压缩系数2TP=(vT)P=VV(vT)P=V. ， =1V(vT)P膨胀系数故CP1CP2K1K212，二级相变无相变潜热、无热滞、无体积效应，热容、膨胀系数、压缩系数不连续。.按原子迁移特征分类扩散型相变 包括：原子离子发生长程扩散，造成近邻关系的破坏，对固溶体而言，成分发生变化；块状相变，也属于扩散型相变，但只是近距离扩散，近邻关系破坏，不改变固溶体成分。无扩散型相变原子和离子也要发生移动，但是相邻原子的移动距离不超过一个原子间距，不破坏近邻关系，不改变固溶
12、体成分。相变方式分类（动力学机制分类）不连续相变（也叫非均匀相变）（有核相变）形核长大型，形核形成就有一个明确的相界面，在相界面的两侧。新相和母相的成分不一样，结构不一样。连续相变（也叫均匀相变）（无核相变）在整个体系内，成分发生小起伏，小起伏放大，开始没有明确的相界面。结构分类重构型相变大量的化学键被破坏，新母相之间无位向关系，近邻关系破坏，相变势垒较大，相变潜热大，相变速率慢。位移型相变相应的化学键不破坏，有明显位向关系，原子位移小，近邻关系不破坏，相变势垒较小，相变潜热小，甚至可能消失。包括第一类位移型相变：晶胞中原子发生了少量的相对位移为主，晶格畸变为辅；第二类位移型相变：以晶格畸变为主，也有晶胞内原子的少量位移。2.掌握相变的特点，esp.相变阻力相变特点：相变阻力大，形成新界面，比容不同，消耗能量具有某些晶体学
