合金中的扩散与相变题库

合金中的扩散与相变习题（相变部分）

1. 名词解释

形核驱动力、相变驱动力，调幅分解、惯析面、连续脱溶、不连续脱溶、热弹性马氏体。

2（1）如果不考虑畸变能，第二相粒子在晶内析出是何形态？在晶界析出呢？（2）如果不

考虑界面能，析出物为何种形态？是否会在晶界优先析出呢？

3 已知?、?、?、?相的自由能-成分曲线如图所示，

G γ 从热力学角度判断浓度为C0的?相及?相应析出的相，

δ

并说明理由，同时指出在所示温度下的平衡相（稳定相） α

β 及其浓度。

4 指出固溶体调幅分解与形核分解两之间的的主要区别。

C0 B A

5 假设将0.4%C的铁碳合金从高温的单相γ状态淬到

750℃时，从过冷γ中析出了一个很小的α晶核.试回答:

(1) 在Fe-Fe3C相图下方,作出α、γ、Fe3C在750℃的自由能-成分曲线。 (2) 用作图法求出最先析出晶核的成分，并说明之。

‘’

6 沉淀相θ呈圆盘状，厚度为2.0 nm，其失配度δ约为10%。已知弹性模量E=7×1010Pa，共格界面因失配而造成的一个原子应变能为?V?3VE?2（V为一个原子所占体积）。今假2‘’

设共格破坏后的非共格界面能为0.5J/m2，求共格破坏时θ

圆盘的直径。

合金中的扩散与相变习题（相变部分）

1. 名词解释

形核驱动力、相变驱动力，调幅分解、惯析面、连续脱溶、不连续脱溶、热弹性马氏体。

2（1）如果不考虑畸变能，第二相粒子在晶内析出是何形态？在晶界析出呢？（2）如果不

考虑界面能，析出物为何种形态？是否会在晶界优先析出呢？

3 已知?、?、?、?相的自由能-成分曲线如图所示，

G γ 从热力学角度判断浓度为C0的?相及?相应析出的相，

δ

并说明理由，同时指出在所示温度下的平衡相（稳定相） α

β 及其浓度。

4 指出固溶体调幅分解与形核分解两之间的的主要区别。

C0 B A

5 假设将0.4%C的铁碳合金从高温的单相γ状态淬到

750℃时，从过冷γ中析出了一个很小的α晶核.试回答:

(1) 在Fe-Fe3C相图下方,作出α、γ、Fe3C在750℃的自由能-成分曲线。 (2) 用作图法求出最先析出晶核的成分，并说明之。

‘’

6 沉淀相θ呈圆盘状，厚度为2.0 nm，其失配度δ约为10%。已知弹性模量E=7×1010Pa，共格界面因失配而造成的一个原子应变能为?V?3VE?2（V为一个原子所占体积）。今假2‘’

设共格破坏后的非共格界面能为0.5J/m2，求共格破坏时θ

圆盘的直径。

钛合金钎缝中元素的扩散行为研究Ξ

郭万林　李天文

(北京航空材料研究院,北京100095)

摘　要:　采用钛基钎料钎焊T C4板材,在钎焊接头组织和力学性能分析的基础上,确定合理的工艺规范,并从理论上对T C4板材钎缝中元素扩散行为进行了分析,总结出了较为普遍的规律。

关键词:　钛合金　钎焊　扩散

中图分类号:14612+3　　文献标识码:A　　文章编号:0258-7076(2001)05-0345-04

　　钛及其合金是一种重要的金属结构材料。由于其比强度高、中温性能好和良好的耐蚀性,被广泛应用在宇航工业中,成为宇航业中不可缺少的结构材料,对其连接方法的研究成为其应用发展的一个重要方面。本文针对TC4材料采用不同的钎焊工艺进行试验,借助于扫描电镜对不同钎焊工艺条件下的钎焊接头组织进行对比分析,找出理想的钎焊方法及工艺。并在试验分析的基础上,通过对元素扩散的计算与分析,找出对这种钛合金钎焊具有指导性的理论模型。

1　实验用材料及设备

基体材料为TC4板材,厚115mm;所用钎焊材料成分为T i222.5Cu212.5Zr29Ni及钎焊温度910～930℃。钎焊设备用ZKH21型真空扩散焊炉;组织分析设备用J E O L J K S25600LV扫描电子显微镜

固态相变课程复习思考题2012-5-17

1.说明金属固态相变的主要分类及其形式 2.说明金属固态相变的主要特点

3.说明金属固态相变的热力学条件与作用 4.说明金属固态相变的晶核长大条件和机制 5.说明奥氏体的组织特征和性能 6.说明奥氏体的形成机制

7.简要说明珠光体的组织特征 8.简要说明珠光体的转变体制

9.简要说明珠光体转变产物的机械性能 10.简要说明马氏体相变的主要特点

11.简要说明马氏体相变的形核理论和切边模型

12.说明马氏体的机械性能，例如硬度、强度和韧性 13.简要说明贝氏体的基本特征和组织形态 14.说明恩金贝氏体相变假说 15.说明钢中贝氏体的机械性能

16.说明钢中贝氏体的组织形态

17.分析合金脱溶过程和脱溶物的结构 18.分析合金脱溶后的显微组织 19.说明合金脱溶时效的性能变化

20.说明合金的调幅分解的结构、组织和性能

21.试计算碳含量为2.11%（质量分数）奥氏体中，平均几个晶胞有一个碳原子？

一、名词解释

1、扩散 2、短路扩散 3、上坡扩散 4、自扩散

二、计算题

1、一含碳量为0.10%低碳钢零件，在930℃下渗碳3h后，距离表面0.05cm处的碳浓度达到0.45%。若在相同渗碳气氛中，在T温度下渗相同时间，能使距表面0.10cm处的碳浓度为0.45%，求T为多少（已知碳的扩散激活能Q=145000J/mol。R=8.314J/mol·K，并假定D0不变）。

2、Cu-Zn合金的构件在900℃加热10min后表面因Zn蒸发而脱Zn，导致距表面1mm深处的性能有一定程度的变化。问该合金构件在800℃放置多少时间，在距表面0.5mm处将发生上述同样程度的性能变化？（设Zn的扩散激活能Q=20000R，R为气体常数，假定D0不变）。

3、870℃渗碳与927℃渗碳相比较，优点是热处理后产品晶粒细小。 （1）计算上述两个温度下碳在γ-铁中的扩散系数。已知D0=2.0×10-5m2·s-1，Q=140×103J·mol-1，R=8.314J/mol·K。

（2）870℃渗碳需要用多长时间才能获得与927℃渗碳10h相同的渗层厚度（不同温度下碳在γ-铁中的溶解度差别可忽略不计）。

4、碳质量分数为

扩散与固相反应

7-1 试分析碳原子在面心立方和体心立方铁八面体空隙间跳跃情况，并以D＝γr2Γ形式写出其扩散系数（设点阵常数为a）。（式中r为跃迁自由程；γ为几何因子；Γ为跃迁频率。）

7-2 设有一种由等直径的A、B原子组成的置换型固溶体。该固溶体具有简单立方的晶体结构，点阵常数A＝0.3nm，且A原子在固溶体中分布成直线变化，在0.12mm距离内原子百分数由0.15增至0.63。又设A原子跃迁频率Γ＝10-6s-1，试求每秒内通过单位截面的A原子数？

7-3 制造晶体管的方法之一是将杂质原子扩散进入半导体材料如硅中。假如硅片厚度是0.1cm，在其中每107个硅原子中含有一个磷原子，而在表面上是涂有每107个硅原子中有400个磷原子，计算浓度梯度（a）每cm上原子百分数，（b）每cm上单位体积的原子百分数。硅晶格常数为0.5431nm。

7-4 已知MgO多晶材料中Mg2+离子本征扩散系数（Din）和非本征扩散系数（Dex）由下式给出

（a） 分别求出25℃和1000℃时，Mg2+的（Din）和（Dex）。

（b） 试求在Mg2+的lnD～1/T图中，由非本征扩散转变为本征扩散的转折点温度？ 7-5 从7-4题所给出的Din和De

高温合金材料的金属间化合物

(Inter-metallic compound phase of super-alloy)

过渡族金属元素之间形成的化合物。按晶体结构可分两类，一类称几何密排相(GCP相)，另一类称拓扑密排相(TCP相)。

1. 几何密排相为有序结构，高温合金中常见的有如下几种相:

γ’相

化学式是Ni3A1，是Cu3Au型面心立方有序结构。铁基高温合金中γ’与γ基体的点阵错配度一般较小，镍基高温合金中错配度在0.05％～1％之间，随着使用温度升高，错配度减小。由于γ’与γ基体的结构相似，所以γ’相在时效析出时具有弥散均匀形核、共格、质点细而间距小、相界面能低而稳定性高等特点。

γ’相本身具有较高的强度并且在一定温度范围内随温度上升而提高，同时具有一定的塑性。这些基本特点使γ’相成为高温合金最主要的强化相。时效析出的γ’相常为方形和球形，个别情况呈片状和胞状，主要取决于析出温度和点阵错配度。错配度较小或析出温度较低时易成球形，错配度大或析出温度高时易成方形，错配度很大而析出温度又较低时可成为片状和胞状。高温时效时，γ’相不仅在晶内弥散析出，还可以在晶界析出链状的方形γ’相。在长期时效和使用过程中，γ’相会聚集长大。

铸态的一次

相变蓄热技术在热泵中的应用

汪南，杨硕，朱冬生

（华南理工大学化学与化工学院传热强化与过程节能教育部重点实验室，广州， 510640）

摘要：本文综述了蓄热技术的研究进展及其在热泵中的应用，并重点介绍了一种相变蓄热式热泵热水器，最后对这种技术的发展进行了展望。 关键词：蓄热 相变 热泵热水器

0 前言

能源是一个国家经济增长和社会发展的重要物质基础，随着人类对能源的需求量不断增大，能源问题越来越引起人们的重视。但是，大多数能源存在间断性和不稳定性的特点，导致大量热能在时间与空间匹配上的不平衡性，从而使得一方面能源短缺，另一方面又有大量余热被白白浪费。因此，合理利用能源、提高能源利用率是当务之急。

蓄能技术就是采用适当的方式，利用特定的装置，将暂时不用的或者多余的热能通过一定的储能材料储存起来，等到需要时再利用的方法，是提高能源利用效率和保护环境的重要技术。相变蓄热技术在太阳能、工业余热、废热利用以及电力调峰等方面具有很大的潜在应用优势，近年来引起了众多科研工作者的重视。

1 蓄热技术的研究进展

1983年，美国Telkes博士在蓄热技术方面做了大量工作[1]。她对水合盐，尤其是十水硫酸

扩散与固相反应

7-1 试分析碳原子在面心立方和体心立方铁八面体空隙间跳跃情况，并以D＝γr2Γ形式写出其扩散系数（设点阵常数为a）。（式中r为跃迁自由程；γ为几何因子；Γ为跃迁频率。）

7-2 设有一种由等直径的A、B原子组成的置换型固溶体。该固溶体具有简单立方的晶体结构，点阵常数A＝0.3nm，且A原子在固溶体中分布成直线变化，在0.12mm距离内原子百分数由0.15增至0.63。又设A原子跃迁频率Γ＝10-6s-1，试求每秒内通过单位截面的A原子数？

7-3 制造晶体管的方法之一是将杂质原子扩散进入半导体材料如硅中。假如硅片厚度是0.1cm，在其中每107个硅原子中含有一个磷原子，而在表面上是涂有每107个硅原子中有400个磷原子，计算浓度梯度（a）每cm上原子百分数，（b）每cm上单位体积的原子百分数。硅晶格常数为0.5431nm。

7-4 已知MgO多晶材料中Mg2+离子本征扩散系数（Din）和非本征扩散系数（Dex）由下式给出

（a） 分别求出25℃和1000℃时，Mg2+的（Din）和（Dex）。

（b） 试求在Mg2+的lnD～1/T图中，由非本征扩散转变为本征扩散的转折点温度？ 7-5 从7-4题所给出的Din和De

载流子的扩散运动

2010-03-09 09:19:17| 分类： 微电子物理 | 标签： |字号大中小 订阅

(什么是扩散系数？什么是扩散长度？) 作者：Xie M. X. (UESTC，成都市)

扩散是粒子在混乱热运动（布朗运动）基础之上的、在浓度梯度驱动之下的一种定向运动。半导体中载流子的扩散与原子的扩散不同；少数载流子与多数载流子的扩散也不相同。

（1）载流子扩散与原子扩散的区别： 半导体中载流子的扩散与原子的扩散，都是依靠浓度梯度所产生的一种定向运动；扩散流密度与浓度梯度成正比，其比例系数就是扩散系数（表征着扩散的快慢，单位是cm2/s）。但是载流子扩散与原子扩散的机理不同。

载流子扩散是在不断遭受散射的情况下所产生的定向运动；而原子扩散是在晶体热缺陷的帮助下所产生的定向运动。一般来说，温度越高，载流子遭受晶格振动的散射就越厉害，则扩散越慢；只有在低温下，晶格振动散射不大时，扩散才是随着温度的升高而加快（因为载流子的动能增加所致）。

而对于原子的扩散，温度越高，晶体热缺陷就越多（有指数关系），则扩散就越快；在低温下，几乎不产生热缺陷，则扩散也就慢得几乎无法进行。在热扩散技术中，就是通过高温来进行掺杂的（掺入施主或者受主杂质