合金中的扩散与相变习题(相变部分)

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a、P、尸、6相的自由能-成分曲线如图所示，从热力学角度判断浓度为C0的y相及d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-Fe3c

2、相图下方，作出“、丫、Fe3c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沉淀相屋呈圆盘状，厚度为2.0nm,其失配度8约为10%。已知弹性模量E=7X1010pa,3 o共格界面因失配而造成的一个原子应变能为sV=-VEd2（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=0.3nm）基固溶体中，空位的平衡浓度（4N）在550c时为2X10-4,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。8Al-2at.%Cu合金进行时效硬化，先从520c淬至27C,3小时后，在此温度形成平均间距为1.5X10-6cm的G.P区。已知27c铜在铝中的扩散系数D=2.3x10-25cm2/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&34x=1-exp（-NGt）3已知形核率N=1000/cm3.s,G=3X10-5cm/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）获得50%转变量所需的时间。

4、10下式表示含n个原子的晶胚形成时的自由能变化：AG=-bn（&Gb一&）+an3仃式中，&Gb为形成单位体积晶胚时的自由能变化；。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AGb、仃、名均为常数，试导出球状晶核的形核功。113相在a相基体上借助于丫相非均匀形核，假设界面能仃3=仃而口，试证明：(1) 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；(2) 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。为%12已知“相中析出3相，其非共格界面能

5、为0.5J/m2,共格界面能为0.05J/m2,两相接触角忽略应变能，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%=0.08,则何处形核率大?13Al-Cu合金相图如右图所示。(1) 指出经固溶处理的合金在、T2温度时效时的脱溶贯序；(2) 解释为什么具有最大相变自由能的稳定相不会首先形成。Cu,%-14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。15假定形成G.P区的

6、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GP区形成速率之比。16脱溶过程中析出相粒子长大可用下式描写d£_D-VmCdt2RTr2式中，r为沉淀粒子的平均半径；仃为界面能；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0.2m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,试求：(1)10

7、00K时，r=0.05Nm和r=0.15以m粒子的界面推移速率；(2)平均半径长大至0.3m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Fr2D二VmC：.)，11、=仁)-trRTrr试回答：(1) 方程中各符号的含意；(2) 以%tr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。,一，,；：2g18已知Fe-0.4%C合金奥氏体(丫)在500c时2>0(G为自由能，X为侬度)，；X2判断此合金在500c时；(1) 发生下列反应的可能性：Yt¥'(富碳)+¥'(贫碳)；(2) 发生先共析铁素体析出反应"Yt口+尸(尸碳浓度比尸高)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