材料科学基础张代东习题答案

答：新相晶核中应包含1975个原子

9-9 固态相变均匀形核，设在母相中形成半径为r的新相晶胚，试求临界形核半径和临界形核功。（若已知新相与母相单位体积自由能变化为?GV，单位体积应变能为?，单位面积界面能为?）文档收集自网络，仅用于个人学习 解：根据题设条件，系统自由能变化可写成：?G??V?GV?S??V?

则：?G??V?GV?S??V???434?r?GV?4?r2???r3? 3322对r求导有：?G???4?r?GV?8?r??4?r?

令?G??0求得：r??2?

?GV??16??3代入有：?G? 23(?GV??)?2?16??3?答：临界晶核半径r?，临界形核功?G?

?GV??3(?GV??)2?9-10 若在固溶体中形成第二相圆球状颗粒时体积自由能变化为108J/m3，比表面能为

1J/m2，应变能忽略不计，试求临界形核功。若表面能为1%体积自由能，形核直径是多大？

文档收集自网络，仅用于个人学习 16??316?(1)3?15解：由上题，?G?（J） ??1.66?102823(?GV??)3(10)?若表面能为1%体积自由能，则

4V?GV1%?S?，?r3?108?1%?4?r2?1求得：

3r?3?10?6(m)?3?103(nm)

答：临界形核功为1.66×10-15J。表面能为1%体积自由能，形核直径是3×103nm。 9-11 什么是固态相变动力学？解释扩散型相变的等温冷却转变曲线。

答：相变动力学是从动力学角度研究相变速率。固态相变的转变量取决于形核率、长大速率和转变时间。由于形核率和长大速率都是温度的函数，因此固态相变的相变速率与温度有关。

文档收集自网络，仅用于个人学习 扩散型相变的等温冷却转变曲线呈现“C”字形。当转变温度较高时，过冷度小，形核孕育期长，转变速度慢，完成转变所需时间长；随温度下降，过冷度增大，孕育期缩短，转变速度加快，至某一温度，形核驱动力和扩散因素的共同作用达一极值，孕育期最短，转变速度最快；之后，温度再降低，过冷度进一步增大，对原子扩散的制约成为主要相变阻力，孕育期逐渐加长，转变速度速度变慢，完成转变所需时间逐渐变长；当温度降到很低时，扩散型转变被抑制。文档收集自网络，仅用于个人学习 9-12 什么是过饱和固溶体的分解转变？转变方式包括哪些？各有何特点？

答：对于具有溶解度转变的合金进行固溶处理，即加热到溶解度线以上，得到单相固溶体，

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快冷获得亚稳态的过饱和单相固溶体，在随后放置或受热条件下，将发生新相析出的分解转变，称作过饱和固溶体的分解转变。这种转变伴随有成分变化所以是一种扩散型转变，包括调幅分解和脱溶转变。文档收集自网络，仅用于个人学习 调幅分解—是指过饱和固熔体在一定温度下分解成结构相同、成分不同的两个相的过程。①分解前的自由能高于分解后的自由能，分解无能垒所以无需形核。②新相与母相成分连续变化，母相中溶质原子的扩散属上坡扩散。文档收集自网络，仅用于个人学习 脱熔转变—从过饱和固熔体中析出一个成分不同的新相或形成溶质原子富集的亚稳过渡相的过程。根据脱溶转变过程中母相成分的变化情况可将其分为连续脱溶与不连续脱溶两类。①靠形核方式分解，其形核要满足一定的成分条件，并且有形核功。②新相的长大依靠溶质原子的远距离扩散来实现。③新相往往先形成一系列过渡相，即形成脱溶序列，在一定条件下逐渐转变为自由能最低的稳定相。文档收集自网络，仅用于个人学习 9-13 论述马氏体转变和形状记忆合金的关系。

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