北科大材料擴(kuò)散與相變擴(kuò)散復(fù)習(xí)題

1、材料擴(kuò)散與相變參考解答 Luo LiangJian 整理 2010-3-14- 1 -材料的擴(kuò)散與相變考試參考解答 材料的擴(kuò)散與相變考試參考解答名詞解釋 名詞解釋擴(kuò)散激活能： 擴(kuò)散激活能：在擴(kuò)散過(guò)程中，原子從原始平衡位置跳動(dòng)遷移到新的平衡位置，所必須越過(guò)的能壘值或稱所必須增加的最低能量?？瘴粩U(kuò)散： 空位擴(kuò)散：和空位相鄰的原子比較容易進(jìn)入空位位置而使其原來(lái)占據(jù)的位

2、置變?yōu)榭瘴?，如此不斷就可以?shí)現(xiàn)原子遷移?；瘜W(xué)擴(kuò)散： 化學(xué)擴(kuò)散：由于濃度梯度所引起的擴(kuò)散。擴(kuò)散通量： 擴(kuò)散通量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)垂直于 X 軸的單位平面的原子數(shù)量，單位為 mol/cm2s, 1/cm2s, g/cm2s非均勻形核： 非均勻形核：新相優(yōu)先在母相中存在的異質(zhì)處形核，即依附于液相中的雜質(zhì)或外表面形核。反應(yīng)擴(kuò)散： 反應(yīng)擴(kuò)散：由擴(kuò)散造成的濃度分布以及由合金系統(tǒng)決定的不同相所對(duì)應(yīng)的固溶度勢(shì)必在擴(kuò)散過(guò)程中產(chǎn)生中間相，這種通過(guò)擴(kuò)散而形成新

3、相的現(xiàn)象稱為反應(yīng)擴(kuò)散。慣析面： 慣析面：馬氏體總是在母相的特定的晶面上析出，伴隨著馬氏體相變的切變，一般與此晶面平行，此晶面為基體與馬氏體相所共有，稱為慣析面。TTT 圖： 圖：過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)圖，又稱 C 曲線。溶質(zhì)原子貧化區(qū)： 溶質(zhì)原子貧化區(qū)：由于空位的存在，促使溶質(zhì)原子向晶界遷移的偏聚，輻射或加熱時(shí)產(chǎn)生大量空位在冷卻時(shí)向晶界遷移并消失，同時(shí)拖著溶質(zhì)原子運(yùn)動(dòng)，溶質(zhì)原子富集在晶界。偏聚范圍大，在晶界上形成一定寬度偏聚帶，達(dá)幾微

4、米，偏聚帶兩側(cè)有溶質(zhì)原子貧化區(qū)。解答題：（ 解答題：（27 分） 分）1.在一維穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散情況下，試推導(dǎo)出擴(kuò)散物質(zhì)的濃度與坐標(biāo)的分布函數(shù)。穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散：22 0, 0 C C C D t t x? ? ? ? ? ? ? ? ?從而： , C(x) Ax+B C const A x? ? ? ? ? 積分可得設(shè)：得： 2 1 1 2 11 12 1( ) , ( ) C C C x C C C x B C A C x x C L C C L

5、L? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?2.將一根 Fe-0.4%C-4%Si 合金棒與一根 Fe-0.4%C 合金棒焊接在一起，經(jīng) 1015℃×10 天擴(kuò)散退火會(huì)產(chǎn)生什么現(xiàn)象？并說(shuō)明產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因。見(jiàn)上交材基材料擴(kuò)散與相變參考解答 Luo LiangJian 整理 2010-3-14- 3 -切變型部分共格界面：新相和母相之間晶體結(jié)構(gòu)不同，點(diǎn)

6、陣常數(shù)不同，如果結(jié)構(gòu)中的某些點(diǎn)陣相似則也可以由這些晶面構(gòu)成共格界面。非共格界面：是平衡相的特征，性質(zhì)與大角晶界相似；界面能中的化學(xué)項(xiàng)高而幾何項(xiàng)低，總界面能高。形核共最大6.過(guò)飽和固溶體在時(shí)效處理中，有時(shí)會(huì)在平衡相析出前先析出亞穩(wěn)相，請(qǐng)說(shuō)明出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因。過(guò)飽和固溶體在時(shí)效過(guò)程中通常要經(jīng)過(guò)以下的脫溶過(guò)程：0 1 2 3 GP ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 平衡 區(qū)若只考慮化學(xué)自由能 的變化，

7、則從過(guò)飽和固溶體 直接析出的 相的驅(qū)動(dòng)力最大，應(yīng)該首先析 Gv ? 0 ? ?出。但是過(guò)渡沉淀物在晶體學(xué)上往往具有與基體更接近，二者之間可以形成低能量的共格界面，因此所需的形核功較小，更易于形核和析出，或者說(shuō)，與直接形成平衡相相比，通過(guò)過(guò)渡相合金自由能降低的更快。計(jì)算題 計(jì)算題1.在固態(tài)相變中，如果忽略應(yīng)變能，并假設(shè)相界面為非共格，說(shuō)明為什么新相的形狀常常為球形或橢球形？在上述條件下，新相的核心更容易以均勻形核，還是以非均勻形核的方式形

8、成？為什么？按照經(jīng)典形核理論，金屬固態(tài)相變均勻形核是系統(tǒng)自由能總變化 為： G ?v G V G S V ? ? ? ? ? ? ? ?非均勻形核： G v d G V G S V ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?其中 V 是新相體積， 是兩相體積自由能差，S 為新相表面積， 兩相單位面積自由能， 新相單 v G ? ? ?位基彈性應(yīng)變能。 為相變阻力。按題所說(shuō)，忽略應(yīng)變能，即 ，此時(shí)相變阻力就為界面能 S V ? ? ? V?，

9、非共格的界面能是最大的，那么當(dāng)新相為球形時(shí)所需的界面能最小，相變驅(qū)動(dòng)力最大，就越容易 S?形核。母相中存在著各種晶體缺陷可以作為形核位置，缺陷所儲(chǔ)存的能量可使得形核功降低，容易形核。即為缺陷小時(shí)所降低的能量，缺陷的存在可以促使形核過(guò)程，一般情況下都以非均勻形核方式形 Gd ?成新相。2.一塊含碳量為 0.1 wt%的鋼在 930℃滲碳，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)，在離表面 0.05cm 的地方，碳濃度為0.45wt%，假設(shè)，在 t>0 的