固态相变习题与解答

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1、实用文档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

2、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OstwaldRipeningProcess?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2.6×10-17m2/s，在1000℃时的扩散系数为1×10-12m2/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

3、处的Zn含量为2.5×10-17a/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10-14m2/s?(已知：Q=73000cal./mol,D0=1.55×10-4m2/s)实用文档11、在1127℃某碳氢气体被通入到一低碳钢管（管长1m，管内径8mm，外径12mm）。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

4、系数为D=6×10-6cm2/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=36×104s.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%（质量分数），∴（C的密度为2.5g/cm3,Fe的密度7.8g/cm3）将已知条件代入公式得到：M=2×3.1416×100×6×10-6×(0.15/ln1.5)×36×104≈502(g)答

5、：100小时后，将有约502g的碳扩散到管外来。12、有一容器，其外层是低碳钢，里层为不锈钢。里层的厚度是外层的1/100。现容器内充有氢气。已知：在试验温度下，低碳钢为α相，不锈钢为γ相；在这温度下氢气在α、γ两相界面处的重量百分浓度分别为Cα=0.00028%，Cγ=0.00045%；并假设在试验温度下，Dα=100Dγ。试问哪一层对阻止氢气的向外扩散起了决定性作用?[简要解答]这是两相系统中的稳态扩散问题，且该两层厚度与扩散物质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

6、要计算比较两个相的值，就可以知道了。因为，。因为，实用文档对外层低碳钢：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]

7、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。14、一种没有合金化的具有粗大片状石墨的灰口铸铁，以相当缓慢的冷却速率通过A1温度。发现其组织特点为：金属基体相主要是珠光体，但是每一片石墨都被一层先共析铁素体包围。假设通过试验已经知道，需要作为珠光体形核核心的渗碳体，直到710℃还不可能形成，另一方面，铁素体却很容易形核，如果冷却速率为1K/min。取C的扩散系数为：Dα=0.02exp(–Q/RT)，Q=83600

8、J/mol。计算一下会形成多厚的铁素体层。作为近似计算，可认为是在中间温度区间的一个等温反应过程。如果是球状石墨周围形成了所谓的牛眼状铁素体（如题14图），在放大500倍条件下，经测量铁素体平均厚度为6.5mm,在以上条