固态相变原理考试试题
一、(20分)
1、试对固态相变的相变阻力进行分析
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：是指形成单位面积的界面时，系统的赫姆霍茨自由能的变化值。与大小和化
学键的数目、强度有关。共格界面的化学键数目、强度没有发生大的变化，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 错配度引起的应变能（共格应变能）：共格界面由错配度引起的应变能最大，半共
格界面次之，非共格界面最小。 ② 比容差引起的应变能（体积应变能）：和新相的形状有关，,
球状由于比容差引起的应变能最大，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的作用
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，
随着核的形成，缺陷将消失，缺陷的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：
错误！未找到引用源。形成新相，位错线消失，会释放能量，促进形核
错误！未找到引用源。位错线不消失，依附在界面上，变成半共格界面，减少应变能。 错误！未找到引用源。位错线附近溶质原子易偏聚，形成浓度起伏，利于形核。 ④位错是快速扩散的通道。
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；较大柏氏矢量的位错更容易形核；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的条件
只有当R（λ）＞0，振幅才能随时间的增长而增加，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、说明调幅分解的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
——成分坐标中的变化轨迹
化学拐点：当G”=0时。即为调幅分解的化学拐点；
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的浓度范围变窄了，温度范围也降低了。
3、请说明调幅分解与形核长大型相变的区别
调幅分解与形核长大型相变的区别 调幅分解 形核长大型变形 成分 连续变化，最后达到平衡 始终保持平衡，不随时间变化 相界面 开始无明显相界面，最后才变明显 始终都有明显的相界面 组织形态 结构 两相大小分布规则，组织均匀，不呈球状 结构与母相一致，成分与母相不同 大小不一，分布混乱，常呈球状，组织均匀性差 结构、成分均不同 三、(20分)
1、阐明建立马氏体相变晶体学表象理论的实验基础和基本原理 （1）实验基础
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，马氏体中的形状变形是一个不变平面应变； ③ 惯习面位向有一定的分散度（指不同片、不同成分的马氏体）；
④ 在微观范围内，马氏体的变形不均匀，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的整个宏观应变应是下面三种应变的综合：
① 发生点阵应变（Bain应变），形成马氏体新相的点阵结构。但是Bain应变不存在
不变平面，不变长度的矢量是在圆锥上，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得到的无畸变的平面转回到原来的位置去，得到不畸变、不转动
的平面。
用W-R-L理论来表示：P1=RPB，P1为不变平面应变的形状变形，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的基本设想和表达式的意义
答：基本设想：马氏体相变先在奥氏体中形成同成分的体心核胚，然后体心核胚再转变为马氏体M。
??G????G?所以马氏体相变自由能表达式为：?G?，式中：
① ?G表示奥氏体转变为马氏体的自由能差。，此时温度为Ms温度。
② ?G表示母相中形成同成分的体心核胚时的自由能变化，定义为T0温度γ与α的平衡温
度，,为T ③ ?G表示体心核胚转变为马氏体M而引起的自由能变化。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的能量）；协作形变能（周围的奥氏体产生形变的能量）；膨胀应变能（由于比容变化而致）；存储能（形成位错的应变能、形成孪晶的界面能）；其他（表面能、缺陷能、能量场的影响等）。 四、(20分) 1、试解释沉淀相粒子的粗化机理 由Gibbs-Thompson定理知，在半径为r的沉淀相周围界面处母相成分表达式： ?M??M??M?????M当沉淀相越小，其中每个原子分到的界面能越多，因此化学势越 高，与它处于平衡的母相中的溶质原子浓度越高。 即：C（r2）> C(r1) 。由此可见在大粒子r1和小粒子r2之间的基体中存在浓度梯度，因此必然有一个扩散流，在浓度梯度的作用下，大粒子通过吸收基体中的溶质而不断长大，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、小粒子溶解的现象。 需要画图辅助说明！ 2、根据沉淀相粒子粗化公式：,分析粒子的生长规律（奥斯瓦尔德熟化） ?r错误！未找到引用源。当时,r=r，?tC?(r)?C?(?)(1?2?Vm)RTr=0 ?r粒子不长大；错误！未找到引用源。当时，r 小粒子溶解；错误！未找到引用源。当时，r>r ?r时，r=2r,?t>0粒子长大；错误！未找到引用源。当 最大，长大最快； 错误！未找到引用源。长大过程中，小粒子溶解，大粒子长大，粒子总数减小，r增加，更容易满足错误！未找到引用源。，小粒子溶解更快；错误！未找到引用源。温度T升高，扩散系 数D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) 已知新相的长大速度为： 1、 试分析过冷度对长大速度的影响 过冷度很小，?gv很小，?gv随过冷度的增加而增加，?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?(QkT?r增大，使?t )两边取对数，????0exp(?Q)kT则 Q??Kd(ln?)d(1/T)则为单个原子的扩散激活能,再乘以阿伏加德罗 常数N0，得生长激活能.