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1、合金中的扩散与相变习题（相变部分）1.名词解释形核驱动力、相变驱动力，调幅分解、惯析面、连续脱溶、不连续脱溶、热弹性马氏体。2（ 1）如果不考虑畸变能，第二相粒子在晶内析出是何形态？在晶界析出呢？（2）如果不考虑界面能，析出物为何种形态？是否会在晶界优先析出呢？3已知：1、:.相的自由能-成分曲线如图所示，从热力学角度判断浓度为 Co的 相及：相应析出的相，并说明理由，同时指出在所示温度下的平衡相（稳定相）及其浓度。4指出固溶体调幅分解与形核分解两之间的的主要区别。5假设将0.4%C的铁碳合金从高温的单相 丫状态淬到750C时，从过冷丫中析出了一个很小的 a晶核试回答（1）在Fe-FesC相图
2、下方，作出a、Y、FesC在750C的自由能-成分曲线。（2）用作图法求出最先析出晶核的成分，并说明之。6沉淀相0 呈圆盘状，厚度为2.0 nm，其失配度3约为10%。已知弹性模量E=7 x 1010Pa,3共格界面因失配而造成的一个原子应变能为；vVE 2 （V为一个原子所占体积）。今假2设共格破坏后的非共格界面能为0.5J/m2，求共格破坏时0 圆盘的直径。7假定在Al （面心立方，原子间距d=0.3 nm）基固溶体中，空位的平衡浓度（ nN ）在550C时为2X 10-4，而在130C时可以忽略不计：（1）如果所有空位都构成 G.P区的核心，求单位体积中的核心数目；（2）计算这些核心的平
3、均距离。8 AI-2at.%Cu合金进行时效硬化，先从520 C淬至27 C, 3小时后，在此温度形成平均间距为1.5X 10-6cm的G.P区。已知27C铜在铝中的扩散系数D=2.3 x 10-25cm2/s,假定过程为扩散控制，试估计该合金的空位形成能（假设淬火过程中无空位衰减）。9假设在固态相变过程中新相形核率N及长大速率G均为常数，则经t时间后所形成新相的体积分数 x可用Johnson-Mehl方程得到，即心3 4x = 1 -exp（ NG t ）3已知形核率 N=1000/cm 3.s, G=3 x 10-5cm/s,试计算：（1）发生相变速度最快的时间；过程中的最大相变速度；（2
4、）获得50%转变量所需的时间。10下式表示含n个原子的晶胚形成时的自由能变化：G = bn（ ：Gb - ） an 3；式中，Gb为形成单位体积晶胚时的自由能变化；匚为界面能；a、b为系数，其数值由 晶胚的形状决定。试求晶胚形状为球状时的 a、b值（以每个原子所占体积表示）。假定.-：Gb、；、:均为常数，试导出球状晶核的形核功。11 3相在a相基体上借助于丫相非均匀形核，假设界面能=：_,试证明:(1)(2)当形成单球冠形3相核心时(见下图a),所需的临界晶核形核功是均匀形核时 的一半；当形成双球冠形3相晶核时(见下图b),临界晶核形核功是均匀形核时的5/16。at =0.08,则何处形核率
5、大?13(1)(2)Al-Cu合金相图如右图所示。 指出经固溶处理的合金在T1T2温度时效时的脱溶贯序； 解释为什么具有最大相变 自由能的稳定相不会首先形成。141516为什么过饱和固溶体经恰当时效处理后，其强度比它具有室温平衡组织下的强度要高？ 什么样的合金具有明显的时效强化效果？把固溶处理后的合金冷加工一定量后再进行 时效，请讨论冷加工的影响。假定形成G.P区的铝合金中空位形成能为20kcal/mol :淬火时空位不消失；以空位机制进行扩散。试求 200C与500C淬火后室温下 G.P.1区形成速率之比。脱溶过程中析出相粒子长大可用下式描写曰. 定量Y(a)12已知a相中析出3相，其非共格
6、界面能为 0.5J/m2为%，忽略应变能，问：(1) 若在晶粒内及晶界都是非共格形核，则何处形核率大？(2) 若在晶粒内是共格形核，在晶界是非共格形核，核胚为圆盘状，厚度和直径相比dF _ VmC dt 2RTr2式中，r为沉淀粒子的平均半径；匚为界面能；D为溶质原子在基体中的扩散系数；Vm为摩尔体积；C为界面是平面时基体的平衡浓度(质量百分数)；R为气体常数。设在A-B二元系中，成分 A-10%B的合金在1000K时析出平均半径为 0.2卩m的富B 的3相粒子；析出相与母相的界面能为 1.0J/m2，摩尔体积为20cm3/mol ； 1000K时，B在a 相中的扩散系数为 10-11m2/s
7、，试求：(1) 1000K时，r =0.05m和r =0.15m粒子的界 面推移速率；(2)平均半径长大至 0.3卩m所需要的时间。17连续脱溶时，脱溶颗粒聚集长大的动力学方程为2D-VmC：C:)/11、( )-:trRT r r试回答：(1) 方程中各符号的含意；(2) 以 汀：t _r作图，用曲线说明脱溶颗粒的聚集过程；(3) 在指定时间内，颗粒可能达到的平均尺寸。2G18已知Fe-0.4%C合金奥氏体(丫)在500C时.2 . 0 ( G为自由能，X为浓度)，cX2判断此合金在500 C时；(1) 发生下列反应的可能性：丁一； I (富碳)+ (贫碳)；(2) 发生先共析铁素体析出反应；_.(碳浓度比 高)时，碳原子扩散的方式是上坡扩散还是正常扩散，说明理由，并作示意图表示。19若金属B溶入面心立方金属 A中，试问合金有序化的成分更可能是A3B还是A2B ?为什么？20扩散型相变是否伴有材料的应变？这种应变与马氏体相变所发生的应变在大小和方向上有何不同？如何判定扩散型相变是属于界面过程控制型还是扩散过程控制型？
