安徽工業大學固態相變考試知識點整理

2021-03-04 09:35:59 字數 2712 閱讀 6511

在實際的形核過程中形核率的大小不僅取決於形核勢壘的大小,同時也與母相中的可供形核的位置的數目有關。從可供形核的位置考慮,實際材料中的均勻形核位置,介面形核位置,稜邊形核位置和角隅形核位置依次遞減,而且與材料的晶粒尺寸有關。設l為晶粒尺寸, 為晶界的「有效厚度」,晶界形核位置,稜邊形核位置以及角隅形核位置與均勻形核位置的比值分別為( /l),( /l)2,( /l)3。

根據上面的分析,顯然當形核位置的維數降低時,形核功顯著降低,然而同時形核的位置也顯著降低。假設晶粒的尺寸為50微公尺,晶界的厚度為0.5奈米,則上述的比例為1015:

1010:105:1,表現出很大的降低。

因此實際形核過程中新相形核的位置是形核功 g*和可能的形核的位置nv共同作用的結果。當驅動力很大,介面能降低時,形核可以由均勻形核來完成,得到高密度的晶內析出物;當驅動力較小而介面能較高時往往會依附於一切可能的非均勻形核的位置來形核。

5. 當新相在晶界形核時,往往觀察到的結果在兩側新相並不對稱,這又是什麼原因?

實際第二相在晶界形成時,新相的析出往往與一側的母相構成共格或半共格的低能介面,而與另一側的母相形成了非共格的高能介面,這種析出與介面兩側介面的差異不僅對於析出的形核過程非常重要,而且顯著影響析出相的長大過程。

6. 那麼在晶內的形核就是均勻形核嗎?

實際上真正的形核過程除非在過冷度很大,新相與母相又能形成很好的共格介面的條件下,才有可能誘發均勻形核。實際觀察到的晶內的形核往往實際也是在位錯或層錯上的非均勻形核

在均勻形核過程中,由於介面能較大,往往具有較大的形核阻力(形核功),同時一般而言在母相中往往會存在大量的可供非均勻形核的形核位置,因此除非具有很大的驅動力或者在新相與母相的介面能極低的情況下才有可能觀察到均勻形核。典型的實驗觀察的均勻形核發生在gp區的形成和與母相晶體結構完全相同的中間相的形成過程。

7. 生長方式取決於驅動力大小和介面型別

一般而言當相變的驅動力很大超過某乙個臨界的驅動力時,所有型別的介面都可以連續的生長;

非共格的大角度介面,連續生長的臨界驅動力很低,故多連續推進;

共格介面,連續生長的臨界驅動力較高,當相變的驅動力小於這個臨界值,則需要以台階擴充套件的方式實現新相的生長,其生長速度和相變驅動力的關係也相對比較複雜。

8. 請從熱力學角度分析在ostwald粗化過程中第二相粒子的長大表現為大顆粒的長大和小顆粒的溶解

9. 在鋼的組織效能控制中,細化鋼的晶粒尺寸往往可以在保證鋼的高強度水平的條件提高鋼的韌性。因此近年來在超細晶粒鋼的研究開發上進行了大量的工作,例如高等級管線鋼和船板鋼的研究開發(含碳量在0.

03-0.08)。請從固態相變學的基本原理分析對於超細晶粒鋼(熱軋板)開發的合金設計和工藝(加熱和軋制)設計的關鍵技術。

超細晶粒鋼是指通過特殊的冶煉和軋制方法得到的晶粒尺寸在微公尺級或亞微公尺級的新一代超強結構鋼。

超細晶粒鋼的強化思路具有明顯的特點,即通過晶粒的超細化同時實現強韌化,完全不同於傳統的以合金元素新增及熱處理為主要方式的強化思路。其強度與目前相同成分的普通鋼材相比至少要高出一倍左右。

工業上的超細晶粒鋼是指微公尺級的超細晶粒鋼。同等強度的傳統鋼相比,超細晶粒鋼具有低碳和低碳當量以及低的雜質含量,不僅有益於其焊接性,同時也有利於改善鋼的其他效能,如接頭中haz和母材的韌性以及對氫致裂紋(hic)、硫化物應力腐蝕裂紋(sscc)抗力等。超細晶粒鋼中也含有少量的nb、v、ti等微合金元素,其主要目的是為了形成碳、氮化合物,從而有效防止晶粒長大。

由於超細晶粒鋼低的s、p、n元素含量和控制加入的微合金元素,其氮化物形成元素的存在將使自由氮降低,減小了時效影響,有利於韌性的改善。

為獲得超細晶粒鋼,已開發出多種工藝方法:同一快速加熱條件下的熱處理反覆多次作用、金屬粉末機械研磨、控軋、控冷、tmcp、復合tmcp法等。利用生產工藝技術是獲得超細晶粒的主要手段,是超細晶粒鋼具有優良強韌綜合性能的決定因素,因此超細晶粒鋼與傳統鋼所不同的是其化學成分不能用於**鋼種的強度。

10. 外加應力對馬氏體轉變的影響主要表現為(1)外加的應力能夠改變相變的驅動力;(2)外加的應力可能改變馬氏體的形貌使其適應於外加應力的特點。

11. 空位在脫溶過程中的作用

在獲得過飽和固溶體(高溫快速冷卻到室溫)的同時會獲得過飽和濃度的空位。空位加快了原子擴散速度,加速形核過程。

12. trip鋼的成分設計

為了實現殘餘奧氏體在形變過程中隨應變數的增加逐漸轉變為馬氏體,就要求組織中殘餘奧氏體在室溫具有足夠的穩定性,這就需要通過成分設計來滿足組織穩定性的要求。對於低合金高強度trip鋼,其主要的成分範圍為0.1-0.

4%c,1.0-2.0%si和1.

0-2.0%mn,可以根據需要加入其它的合金元素,例如al, cu, p, cr, nb, ni等來調整trip鋼中的組織組成相的相對量以及組織組成相的尺寸和形貌,達到控制鋼的強度和塑性綜合力學效能的目的。

trip鋼中實現殘餘奧氏體向馬氏體轉變的應變水平可以通過鋼的含碳量來進行調整。

對於低碳量水平的trip鋼,殘餘奧氏體向馬氏體的轉變發生在變形的開始階段,從而使鋼板在高強度的水平上得到優異的成形效能和良好的應變分布。

對於高含碳量設計的trip鋼,殘餘奧氏體的穩定性提高,這時奧氏體向馬氏體的轉變所要求的應變水平可能超出鋼在沖壓和成型過程所能得到的應變水平,在這種情況下,轉變可能發生在產品後續的變形過程中,例如在汽車事故碰撞時而使得在事故發生時吸收較大的能量。

合金元素mn可以有效地降低鋼的ms點,從而保證在室溫條件下殘餘奧氏體的穩定性。因此在trip鋼的成分設計中需要加入一定量的mn使鋼的ms點降低到室溫以下。

si可以抑制鋼中滲碳體的形成,加入si之後在貝氏體轉變過程中滲碳體的析出減少,使得為轉變的奧氏體中的含碳量增加而增加了奧氏體的穩定性。

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