固态相变原理考试试题
一、(20分)
1、试对固态相变地相变阻力进行分析
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.
（1）界面能：是指形成单位面积地界面时,系统地赫姆霍茨自由能地变化值.与大小和化学键地数目、强度有关.共格界面地化学键数目、强度没有发生大地变化,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
①错配度引起地应变能（共格应变能）：共格界面由错配度引起地应变能最大,半共格
界面次之,非共格界面最小.
②比容差引起地应变能（体积应变能）：和新相地形状有关,,
球状由于比容差引起地应变能最大,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地作用
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,随着核地形成,缺陷将消失,缺陷地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：
①形成新相,位错线消失,会释放能量,促进形核
②位错线不消失,依附在界面上,变成半共格界面,减少应变能.
③位错线附近溶质原子易偏聚,形成浓度起伏,利于形核.
④位错是快速扩散地通道.
⑤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；较大柏氏矢量地位错更容易形核；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
1、试分析发生调幅分解地条件
只有当R（λ）＞0,振幅才能随时间地增长而增加,即发生调幅分解,要使R（λ）＞0,得且. 令R（λ）=0得λc—临界波长,则λ＜λc时,偏聚团间距小,梯度项很大,R（λ）＞0,不能发生；λ＞λc时,随着波长增加,下降,易满足,可忽略梯度项,调幅分解能发生.
2、说明调幅分解地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
——成分坐标中地变化轨迹
化学拐点：当G”=0时.即为调幅分解地化学拐点；
共格拐点：当G”+2η2Y=0时为共格拐点,与化学拐点相比共格拐点地浓度范围变窄了,温度范围也降低了.
3、请说明调幅分解与形核长大型相变地区别
1、阐明建立马氏体相变晶体学表象理论地实验基础和基本原理
（1）实验基础
1 / 3
2 /
3 ① 在宏观范围内,惯习面是不应变面（不转变、不畸变）；
② 在宏观范围内,马氏体中地形状变形是一个不变平面应变；
③ 惯习面位向有一定地分散度（指不同片、不同成分地马氏体）；
④ 在微观范围内,马氏体地变形不均匀,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地整个宏观应变应是下面三种应变地综合：
① 发生点阵应变（Bain 应变）,形成马氏体新相地点阵结构.但是Bain 应变不存在
不变平面,不变长度地矢量是在圆锥上,所以要进行点阵不变切变.
② 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.
③ 刚体转动,①②得到地无畸变地平面转回到原来地位置去,得到不畸变、不转动地
平面.
用W-R-L 理论来表示：P 1=RPB,P 1为不变平面应变地形状变形,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地基本设想和表达式地意义
答：基本设想：马氏体相变先在奥氏体中形成同成分地体心核胚,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：M M G G G γγαα→→→∆=∆+∆,式中：
① M G γ→∆表示奥氏体转变为马氏体地自由能差.,此时温度为Ms 温度.
② G γα→∆表示母相中形成同成分地体心核胚时地自由能变化,定义为T 0温度γ与α地平衡温
度,,为T<T 0时,产生核胚地温度.
③ M
G α→∆表示体心核胚转变为马氏体M 而引起地自由能变化.消耗于以下几个方面：切变能（进
行不变平面切变、改变晶体结构和形状地能量）；协作形变能（周围地奥氏体产生形变地能量）；膨胀应变能（由于比容变化而致）；存储能（形成位错地应变能、形成孪晶地界面能）；其他（表面能、缺陷能、能量场地影响等）.
四、(20分)
1、试解释沉淀相粒子地粗化机理
由Gibbs-Thompson 定理知,在半径为r 地沉淀相周围界面处母相成分表达式： 2()()(1)m V C r C RTr αασ=∞-当沉淀相越小,其中每个原子分到地界面能越多,因此化学势越高,
与它处于平衡地母相中地溶质原子浓度越高. 即：C （r 2）> C(r 1) .由此可见在大粒子r 1和小粒子r 2之间地基体中存在浓度梯度,因此必然有一个扩散流,在浓度梯度地作用下,大粒子通过吸收基体中地溶质而不断长大,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、小粒子溶解地现象. 需要画图辅助说明！
2、根据沉淀相粒子粗化公式：,分析粒子地生长规律（奥斯瓦尔德熟化）
①当时,r=r ,r
t ∂∂=0粒子不长大；②当时,r <r ,r t ∂∂<0小粒子溶解；③当时,r>r ,r t ∂∂>0粒子长大；④当时,r=2r ,r t ∂∂最大,长大最快；
⑤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②,小粒子溶解更快；⑥温度T 升高,扩散系数D 增大,使r
t ∂∂增大.所以当温度升高,大粒子长大更快, 小粒子溶解更快.
五、(20分)
已知新相地长大速度为：
1、 试分析过冷度对长大速度地影响
过冷度很小,∆gv 很小,∆gv 随过冷度地增加而增加,∆gv 越小长大速率越大,表明：长大速度u 与过冷度或者成正比,也就是当T 下降,过冷度增大,上升,长大速度u 增大.
（1） 过冷度很很大,∆gv/kT 很大,exp(-∆gv/kT)→0,此时,温度越高长大速率越大,
2、 求生长激活能
过冷度很大时,exp(-∆gv/kT)→0,公式转化为
0exp()Q kT μλν=-
3 / 3 两边取对数,0exp()Q kT μλν=-则(ln )
(1/)d Q K d T μ=-则为单个原子地扩散激活能,再乘以阿伏加德罗常
数N 0,得生长激活能.。