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固态相变习题与解答课件
1、解释下列名词:
自扩散、化学扩散、间隙扩散、置换扩散、互扩散、晶界扩散、上坡扩散
2、什么叫原子扩散和反应扩散 ?
3、什么叫界面控制和扩散控制?试述扩散的台阶机制 ?
[简要解答] 生长速度基本上与原子的扩散速率无关,这样的生长过程称为界面控制。相的生长或溶解为原子扩散速率所控制的扩散过程称为扩散控制。
如题3图,相和相共格,在DE、FG处,由于是共格关系,原子不易停留,界面活动性低,而在台阶的端面CD、EF处,缺陷比较多,原子比较容易吸附。因此,相的生长是界面间接移动。随着CD、EF的向右移动,一层又一层,在客观上也使相的界面向上方推移,从而使相生长。这就是台阶生长机制,当然这种生长方式要慢得多。
题3图 台阶生长机制
4、扩散的驱动力是什么?什么是扩散热力学因子 ?
5、显微结构的不稳定性主要是由哪些因素造成的 ?
6、什么是Gibbs-Thomson效应?写出其表达式。
7、什么是Ostwald Ripening Process ? 写出描述其过程的表达式,总结其过程规律 ?
8、在500℃时,Al在Cu中的扩散系数为2.6×10-17 m2/s,在1000℃时的扩散系数为1×10-12 m2/s。求:1)这对扩散偶的D0 、Q值;2)750℃时的扩散系数。
9、 当Zn向Cu内扩散时,已知:X点处的Zn含量为2.5×10-17 a/cm3,在离X点2mm处的Y 点,在300℃时每分钟每mm2要扩散60个原子。问:Y点处的Zn浓度是多少 ?
10、将Al扩散到硅单晶中,问:在什么温度下,其扩散系数为10-14 m2/s ? (已知:Q = 73000 cal./mol, D0 = 1.55×10-4 m2/s )
11、在1127℃某碳氢气体被通入到一低碳钢管(管长1m,管内径8 mm,外径12 mm)。管外保持为纯氢气氛,有可能使管外表面的碳活度降低到最低限度。假设在碳氢气体中的碳活度是很高的,以致于在气氛中有固体颗粒碳。已知:在1127℃时,碳的扩散系数为D = 6×10-6 cm2/s。试计算通碳氢气体100小时后,会有多少碳扩散到管的外面来 ?
[简要解答] 该题是二维稳态扩散,可应用公式:
现已知:l=100cm, r1=0.8cm, r2=1.2cm, C2=0, t=36×104 s.
应该注意:左右两边的量纲单位要统一。已知条件中的单位要换算。
由Fe-C相图知,1400K时C在奥氏体中最大固溶度为2%( (C的密度为2.5g/cm3 ,Fe的密度7.8 g/cm3 )M = 2 × 3.1416 × 100 × 6 × 10-6 × ( 0.15 / ln1.5 ) × 36 × 104 ≈ 502 (g)
答:100小时后,将有约5 g的碳扩散到管外来。H无关。
所以有:
扩散物质的流量主要决定于具有最大值的那个相,即这个相对扩散物质具有最大的阻力,所以在只要计算比较两个相的值,就可以知道了。因为,。因为,
对外层低碳钢:
对里层不锈钢:
所以,外层低碳钢/里层不锈钢 =
因此,外层低碳钢对阻止氢气的向外扩散起了决定性作用。
13、某低合金过共析钢(含0.9%C)被加热到800℃,形成了奥氏体组织,然后被快速冷却到A1温度以下保温,直到完全转变成珠光体组织。因为是过共析钢,所以在珠光体转变前有自由渗碳体析出,会沿着晶界析出一层厚的渗碳体,损害钢的性能。已知:在550℃、650℃珠光体转变完成时间分别为10秒和10分钟。试计算在550℃转变的危害性大,还是650℃时转变的危害性大 ?
[简要解答] 用晶界薄膜沉淀公式,在两温度下比较它们的的值:
取公式计算D值。由Fe-C相图查得:650℃时,;550℃时,。
∴
∴
由此可知:650℃时转变要比550℃时转变危害性大。
6.5mm,在以上条件下,试估算其冷却速率。
题14图 铸态球铁珠光体+铁素体+球状石墨(500X)
[简要解答] 用新相在原两旧相间形成长大(书2.30式),根据题目改变符号有:
∴ ,
等温温度取(723+710)/2 = 717等温时间t = ΔT/V = (723710) / 1 = 13min。取:=0.025,=0.85,=0.025。这里分子、分母都有浓度,所以可直接用质量分数代入就可。经计算Dα = ,∴
对于如图所示的牛眼状铁素体,经测量牛眼状铁素体环形厚度为6.5mm,放大500倍,所以实际厚为0.013mm。求冷却速率,先需求得时间t。(图的倍数已不正确了)
,t =
∴ V = ΔT / t = 13 / 37.7 = 0.345 K /
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