《固态相变理论》作业2..doc

《固态相变理论》作业2 试对珠光体片层间距随温度的降低而减小做出定性的解释。 答：珠光体片层间距S与ΔT成反比，且 ，这一关系可定性解释如下：珠光体型相变为扩散型相变，是受碳、铁原子的扩散控制的。当珠光体的形成温度下下降时，ΔT增加，扩散变得较为困难，从而层片间距必然减小（以缩短原子的扩散距离），所以S与ΔT成反比关系。在一定的过冷度下，若S过大，为了达到相变对成分的要求，原子所需扩散的距离就要增大，这使转变发生困难；若S过小，则由于相界面面积增大，而使表面能增大，这时ΔGV不变，σS 增加，必然使相变驱动力过小，而使相变不易进行。可见，S与ΔT必然存在一定的定量关系，但S与原奥氏体晶粒尺寸无关。 2. 试述粒状珠光体的形成机制。 答：由铁素体和粒状碳化物组成的机械混合物。它由过共析钢经球化退火或马氏体在650℃~A1温度范围内回火形成。其特征是碳化物成颗粒状分布在铁素体上。 片状渗碳体的表面积大，界面能高，球化退火时，将会自发球化。 与渗碳体尖角接壤处的铁素体碳浓度Cα-k大于与平面接壤处的碳浓度，在铁素体内将引起碳原子扩散，结果界面碳浓度平衡被打破，为维持碳浓度平衡，渗碳体尖角处会溶解，而平面处会向外生长，最后形成各处曲率半径相近的粒状渗碳体。 渗碳体片内亚晶界的存在，会产生界面张力，为保持界面张力平衡，在亚晶界处会出现沟槽。由于沟槽两侧曲率半径较小，此处渗碳体将溶解，而使曲率半径增大，破坏了界面张力的平衡，为恢复平衡，沟槽将进一步加深，直至渗碳体溶断。 （4）当奥氏体化不充分时，也会以未溶颗粒状渗碳体作为形核核心，直接形成球状珠光体。 3. 分析影响珠光体转变动力学的因素。 答：（1）Ｐ转变的形核率与长大速度。与温度的关系：随温度降低先增后减，550oC达最大值。与时间的关系：I随等温时间增大而增大，随时间延长，晶界上形核位置达到饱和，Ｉ急剧下降到零；v与时间无关。 （2）形核率 为界面厚度，L晶粒平均直径，i=0,1,2分别表示界隅，界线，界面，Q为原子扩散激活能，v为原子振动频率。 （3）形核率与长大速度 与温度的关系：随温度降低先增后减，550oC达最大值与时间的关系：I随等温时间增大而增大，随时间延长，晶界上形核位置达到饱和，Ｉ急剧下降到零；v与时间无关 4 . 试述马氏体相变的主要特征，并作简要的分析说明。 答：（1）马氏体相变的无扩散性。 钢中马氏体相变时无成分变化，仅发生点阵改组。可以在很低的温度范围内进行，并且相变速度极快。原子以切变方式移动，相邻原子的相对位移不超过原子间距，近邻关系不变。 （2）表面浮凸现象和不变平面应变①表面浮凸现象，如下图 ②惯习面和不变平面：马氏体往往在母相的一定晶面上开始形成，这一定的晶面即称为惯习面。马氏体和母相的相界面，中脊面都可能成为惯习面。钢中：0.5%C，惯习面为{111}γ；0.5～1.4%C，为{225}γ；1.5～1.8%C，为{259}γ。 直线划痕在倾动面处改变方向，但仍保持连续，且不发生扭曲。说明马氏体与母相保持切变共格，惯习面未见宏观可测的应变和转动，即惯习面为不变平面。③不变平面应变： 倾动面一直保持为平面。发生马氏体相变时，虽发生了变形，但原来母相中的任一直线仍为直线，任一平面仍为平面，这种变形即为均匀切变。造成均匀切变且惯习面为不变平面的应变即为不变平面应变。 （3）马氏体和奥氏体具有一定的位向关系 ①K-S 关系：(G.Kurdyumov-G.Sachs) {111}γ∥{110}M；110γ∥111M 1.4％C钢，由于3个奥氏体110γ方向上(每个方向上有2种马氏体取向)可能有6种不同的马氏体取向，而奥氏体的 {111}γ 晶面族中又有4种晶面，从而马氏体共有24种取向（变体）。②西山关系：(Z.Nishiyama){111}γ∥{110}M ； 112γ∥110M Fe-30％Ni合金，按西山关系，在每个{111}γ面上，马氏体可能有3种取向，故马氏体共有12种取向（变体）③G-T关系(Greninger-Troiano)和 K-S关系略有偏差 {111}γ∥{110}M 差10 ；110γ∥111M 差20； Fe-0.8％C-22％Ni合金④K-N-V机制（P.M.Kelly-J.Nutting-J.A.Venables）为了研究奥氏体向马氏体的转变，人们采用了各种金相法和x光衍射法，所得到的结果可以作为反应过程中关于原子迁移的早期理论的基础。但是要对理论加以改进，我们还要求有新的实验方法和得到更多的实验事实。随着薄膜技术的发展，已经运用透射电子显微镜和电子衍射进行了广泛的研究。人们进一步发现，在钴，镍铬不锈钢和高锰钢中，层错可能是马氏体的核心，面心立方的奥氏体(γ)要经过一个六角密集结构的中间