1、1.推導Johnson-Meh方程。（已布置，此題不需做）2奧氏體形核時需要過熱度 T,那么金屬熔化時（S-L ,要不要過熱度，為什么？ 答：由熱力學可知，在某種條件下，結晶能否發生，取決于固相的自由度是否低 于液相的自由度，即 ?G =GS-GL；0 只有當溫度低于理論結晶溫度 Tm 時，固態 金屬的自由能才低于液態金屬的自由能，液態金屬才能自發地轉變為固態金屬， 因此金屬結晶時一定要有過冷度。影響過冷度的因素：影響過冷度的因素：1）金屬的本性，金屬不同，過冷度大小不同； 2）金屬的純度，金屬的純度越高， 過冷度越大； 3）冷卻速度，冷卻速度越大，過冷度越大。固態金屬熔化時會出 現過熱度。原

2、因：由熱力學可知，在某種條件下，熔化能否發生，取決于液相自 固態金屬熔化時會出現過熱度。 原因：由度是否低于固相的自由度， 即 ?G = GL-GS；0 只有當溫度高于理論結晶溫度 Tm 時，液態金屬的自由能才低 于固態金屬的自由能， 固態金屬才能自發轉變為液態金屬， 因此金屬熔化時一定 要有過熱度。3. 相變熱力學條件是什么？ 答：金屬固態相變的熱力學條件：（1）相變驅動力：相變熱力學指出，一切系統都有降低自由能以達到穩定狀態 的自發趨勢。 若具備引起自由能降低的條件， 系統將由高能到低能轉變轉變， 稱 為自發轉變。金屬固態相變就是自發轉變，則新相自由能必須低于舊相自由能。 新舊兩相自由能差

3、既為相變的驅動力，也就是所謂的相變熱力學條件。（ 2）相變勢壘： 要使系統有舊相轉變為新相除了驅動力外， 還要克服相變勢壘。 所謂相變勢壘是指相變時改組晶格所必須克服的原子間引力。金屬固態相變的熱力學作用：為相變的發生提供動力；明確相變發生所要克 服的勢壘，即激活能。4. 簡述固態相變的主要特征。答：相界面：根據界面上新舊兩相原子在晶體學上匹配程度的不同，可分為共格界面、半共格界面和非共格界面。位向關系與慣習面：在許多情況下，金屬固態相變時新相與母相之間往往存在一定的位向關系， 而且新相往往在母相一 定的晶面上開始形成，這個晶面稱為慣習面通常以母相的晶面指數來表示。 彈性應變能：金屬固態相變時

4、，因新相和母相的比容不同可能發生體積變化。 但由于受到周圍母相的約束， 新相不能自由膨脹， 因此新相與其周圍母相之間必 將產生彈性應變和應力，使系統額為地增加了一項彈性應變能。 過渡相的形 成：當穩定的新相與母相的晶體結構差異較大時， 母相往往不直接轉變為自由能 最低的穩定新相， 而是先形成晶體結構或成分與母相比較接近， 自由能比母相稍 低些的亞穩定的過渡相。晶體缺陷的影響： 固態晶體中存在著晶界、 亞晶界、 空位及位錯等各種晶體缺 陷，在其周圍點陣發生畸變，儲存有畸變能。一般地說，金屬固態相變時新相晶 核總是優先在晶體缺陷處形成。原子的擴散： 在很多情況下， 由于新相和母相的成分不同， 金屬

5、固態相變必須 通過某些組織的擴散才能進行，這時擴散便成為相變的控制因素。5. 固態相變的阻力是哪幾項？ 答：新相與母相基體間形成界面所增加的界面能 、新相與母相體積差所引起的彈 性應變能 、新相中亞結構的形成所需要的能量6. 什么是共格界面， 根據其共格性界面有哪幾類？請比較它們的界面能和彈性應 變能的大小。答：兩相界面上， 原子成一一對應的完全匹配， 即界面上的原子同時處于兩相晶 格的節點上，為相鄰兩晶體所共有，這種相界稱為共格界面。 完全共格、半完全共格、非共格。7. 綜述奧氏體的主要性能。 （ 200字以內） 答：（1）奧氏體的硬度和屈服強度不高。 （ 2）塑性好，易變形、加工成形性好。

6、 （ 3）具有最密排結構，致密度高，比容最小。 （4）鐵原子自擴散激活能大，擴 散系數小，熱強性好，可用作高溫鋼。 （5）具有順磁性，轉變產物為鐵磁性，可 作為無磁性鋼。（6）線膨脹系數大，可作熱膨脹靈敏儀表元件（ 7）導熱性差， 加熱應采用小熱速度，以免工件變形。8采用哪些方法可以研究奧氏體的等溫轉變？答：9發生奧氏體轉變的熱力學條件是什么？答：10共析鋼的奧氏 a 體化過程中，為什么鐵素體會先消失，而滲碳體會殘留下 來？ 答:首先，奧氏體是由鐵素體轉變而來的，第二，奧氏體的溶解碳能力大大高于 鐵素體，第三，奧氏體中的碳是由碳化物溶解而來的，第四，只有當碳化物完全 溶解后共析鋼奧氏體中的平均

7、碳濃度才是共析成分， 第五，碳化物溶解是一個過 程，需要時間，第六，鐵素體轉變成奧氏體是瞬間轉變的同素異構體轉變。當鋼 加熱到奧氏體化溫度后， 鐵素體瞬間轉變成奧氏體， 而滲碳體的完全溶解還需要 一定的時間，所以共析鋼奧氏體剛形成時必有部分碳化物殘留。 11亞共析鋼的奧氏體化過程與共析鋼的奧氏體化過程有何區別？ 答： 1、亞共析鋼完全奧氏體化過程：超過共析溫度后，珠光體首先轉變為奧氏 體，隨著溫度的升高，鐵素體轉變為奧氏體。2、共析鋼完全奧氏體化過程：超過共析溫度后，珠光體轉變為奧氏體。 12連續加熱時的奧氏體轉變有何特點？答：1.相變是在一個溫度范圍沒完成的：剛在連續加熱是，奧氏體在一個溫度

8、范 圍內完成。加熱速度愈大，各階段轉變溫度范圍均向高溫推移、擴大。2. 奧氏體成分不均勻性隨加熱速度增大而增大：在快速加熱情況下，碳化物 來不及充分溶解， 碳和合金元素的原子來不及充分擴散， 因而， 造成奧氏體中的 碳、金屬元素濃度分布很不均勻。3. 奧氏體起始晶粒隨著加熱速度增大而細化：快速加熱時，相變過熱度大， 奧氏體形核率急劇增大，同時，加熱時間又短，因而，奧氏體晶粒來不及長大， 晶粒較細，甚至獲得超細化奧氏體晶粒。13敘述奧氏體晶粒度測定的方法。答：14奧氏體晶粒長大的驅動力是什么 ? 答：長大方式：通過界面遷移而長大驅動力：來自 A 晶界的界面能。 A 晶粒的長 大將導致界面能降低P

9、= 2 丫 /RP驅動力，R球面晶界曲率半徑，丫 界面能晶粒越小，界面能越大，長大驅 動力越大。15說明奧氏體晶粒異常長大的原因。答：16 根據奧氏體形成規律討論細化奧氏體晶粒的方法。答：1.奧氏體起始晶粒隨著加熱速度增大而細化：快速加熱時，相變過熱度大， 奧氏體形核率急劇增大，同時，加熱時間又短，因而，奧氏體晶粒來不及長大， 晶粒較細，甚至獲得超細化奧氏體晶粒；2. 加入第二相粒子：由于第二相粒子對奧氏體晶界的釘扎作用，阻礙奧氏體 晶粒長大，有利于奧氏體晶粒的細化。3. 縮短保溫時間：保溫時間短，奧氏體晶粒來不及長大，晶粒細小。1. 影響珠光體片層間距的因素有哪些？答：珠光體的片層間距大小主

10、要取決于珠光體的形成溫度。隨著珠光體轉變溫度 下降，片狀珠光體的片層間距 So減小。在連續冷卻條件下，冷卻速度愈大，珠 光體的形成溫度愈低，即過冷度愈大，則片層間距就愈小。此外，鋼中碳含量及 合金元素對片層間距也有一定影響。2. 以共析鋼為例，試述片狀珠光體的形成機制，并根據鐵碳狀態圖用圖解法說 明片狀珠光體形成時碳的擴散行為。答：珠光體轉變是一個形核長大的過程，可分為片狀珠光體和粒狀珠光體。珠光 體是由鐵素體和滲碳體兩相組成的， 因此有領先相的問題，一般認為，過冷度小 的時候滲碳體是領先相，過冷度大時鐵素體是領先相。片狀珠光體的形成是由于均勻的奧氏體冷卻到 A1點以下時，因為能量，成 分和結

11、構起伏，首先在形核功較小的晶界上形成一小片滲碳體晶核， 長大過程中， 縱向長大是滲碳體片和鐵素體片同時連續的向奧氏體中延伸， 而橫向長大是滲碳 體片與鐵素體片交替堆疊增多。3試述粒狀珠光體的形成機制。答：粒狀珠光體是通過片狀珠光體中滲碳體的球化而獲得的。4. 分析影響珠光體轉變動力學的因素。答：1.P轉變的形核率與長大速度。與溫度的關系：隨溫度降低先增后減，550oC達最大值。與時間的關系: 位置達到飽和，1急劇下降到零；晶界上形核2.形核率I隨等溫時間增大而增大，隨時間延長, v與時間無關I = N.(/ L)3exp( - Q)kT:為界面厚度,L晶粒平均直徑，i=0,1,2分別表示界隅,

12、界線，界面，Q為原子擴散激活能,為原子振動頻率 長大速度- G vv exp（Q/kT）k T3）形核率與長大速度與溫度的關系：隨溫度降低先增后減，550oC達最大值與時間的關系：I隨等溫 時間增大而增大，隨時間延長，晶界上形核位置達到飽和，1急劇下降到零；v與時間無關5. 過冷奧氏體在什么條件下形成片狀珠光體？在什么條件下形成粒狀珠光體？ 答：1）共析碳鋼加熱奧氏體化后緩慢冷卻，在稍低于 1A （727度）溫度時奧氏 體將分解成為鐵素體與滲碳體的混合物，即珠光體，其典型形態呈片狀或層狀。 其片層間距主要取決于珠光體的形成溫度，同時也受合金元素的影響。2）將片狀珠光體加熱至略高于1A點的溫度，在此溫度下保溫，即經過球化退火處理， 使片狀滲碳體球狀化就得到粒狀珠光體。6. 相間析出和珠光體共析轉變有什么關系？7. 在實際生產中，細化鐵素體晶粒的方法有哪些？8. 說明先共析相的析出形態對鋼的力學性能的影響。9. 試分析實際生產中影響第二相粒子析出的主要因素，析出的第二相粒子對最 終產品的組織性能有何影響。10. 試分析魏氏組織的形成條件及魏氏組織對鋼