固態(tài)相變習(xí)題與參考解答-wenkub
2023-04-08 23:52:50 本頁面
【正文】 氣的向外擴(kuò)散起了決定性作用 ?[簡(jiǎn)要解答] 這是兩相系統(tǒng)中的穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散問題，且該兩層厚度與擴(kuò)散物質(zhì)H無關(guān)。有一容器，其外層是低碳鋼，里層為不銹鋼。已知：在1127℃時(shí)，碳的擴(kuò)散系數(shù)為D = 6106 cm2/s。⑦體系過程剛開始時(shí)。當(dāng)r2r時(shí)，質(zhì)點(diǎn)的長(zhǎng)大速率dr/dt逐漸降低。什么是GibbsThomson效應(yīng)?寫出其表達(dá)式。擴(kuò)散熱力學(xué)因子顯微結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性主要是由哪些因素造成的 ?顯微組織結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是在一定條件下相對(duì)穩(wěn)定的程度。在實(shí)際情況中，有些狀態(tài)是包含了各種自由能，是難以完全分開的。隨著CD、EF的向右移動(dòng)，一層又一層，在客觀上也使相的界面向上方推移，從而使相生長(zhǎng)。什么叫界面控制和擴(kuò)散控制?試述擴(kuò)散的臺(tái)階機(jī)制 ?[簡(jiǎn)要解答] 生長(zhǎng)速度基本上與原子的擴(kuò)散速率無關(guān)，這樣的生長(zhǎng)過程稱為界面控制。在擴(kuò)散過程中并不產(chǎn)生新相，也稱為固溶體擴(kuò)散。而且，越是晶界多的金屬，越易于焊接，焊接的機(jī)械強(qiáng)度也就越高?；U(kuò)散：是溶質(zhì)原子和溶劑原子同時(shí)存在遷移的擴(kuò)散?；瘜W(xué)擴(kuò)散：間隙擴(kuò)散：間隙擴(kuò)散是擴(kuò)散原子在點(diǎn)陣的間隙位置之間跳遷而導(dǎo)致的擴(kuò)散。間隙固溶體中溶質(zhì)原子半徑較小，間隙位置數(shù)目較多，易發(fā)生間隙擴(kuò)散。嚴(yán)格來講，大部分合金系統(tǒng)的原子擴(kuò)散都是互擴(kuò)散。上坡擴(kuò)散：原子擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力是化學(xué)位。擴(kuò)散物質(zhì)在溶劑中的最大濃度不超過固溶體在擴(kuò)散溫度下的極限濃度，原子擴(kuò)散有自擴(kuò)散，異擴(kuò)散和互擴(kuò)散三類。相的生長(zhǎng)或溶解為原子擴(kuò)散速率所控制的擴(kuò)散過程稱為擴(kuò)散控制。這就是臺(tái)階生長(zhǎng)機(jī)制，當(dāng)然這種生長(zhǎng)方式要慢得多。自然界事物變化都遵循最小自由能原理，其途徑都遵循最小耗能原理。顯微組織的不穩(wěn)定性需要有激活能和驅(qū)動(dòng)力，這激活能可由熱起伏和能量起伏提供；驅(qū)動(dòng)力的類型主要由化學(xué)自由能、應(yīng)變自由能和界面自由能。在第二相析出量基本達(dá)到平衡態(tài)后，將發(fā)生第二相的長(zhǎng)大粗化和釋放過剩界面能的物理過程，該過程是由于小質(zhì)點(diǎn)具有較高溶解度引起的。⑤在長(zhǎng)大過程中，當(dāng)r增大時(shí)，所有析出粒子的長(zhǎng)大速率dr/dt均降低。r稍大于r的質(zhì)點(diǎn)，它們的長(zhǎng)大速率小于體系中粒子的平均長(zhǎng)大速率，所以這樣的質(zhì)點(diǎn)在1127℃某碳?xì)錃怏w被通入到一低碳鋼管（管長(zhǎng)1m，管內(nèi)徑8 mm，外徑12 mm）。試計(jì)算通碳?xì)錃怏w100小時(shí)后，會(huì)有多少碳擴(kuò)散到管的外面來 ? [簡(jiǎn)要解答] 該題是二維穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散，可應(yīng)用公式：現(xiàn)已知：l=100cm, r1=, r2=, C2=0, t=36104 s.應(yīng)該注意：左右兩邊的量綱單位要統(tǒng)一。里層的厚度是外層的1/100。所以有：擴(kuò)散物質(zhì)的流量主要決定于具有最大值的那個(gè)相，即這個(gè)相對(duì)擴(kuò)散物質(zhì)具有最大的阻力，所以在只要計(jì)算比較兩個(gè)相的值，就可以知道了。因?yàn)槭沁^共析鋼，所以在珠光體轉(zhuǎn)變前有自由滲碳體析出，會(huì)沿著晶界析出一層厚的滲碳體，損害鋼的性能。∴ , ∴ 由此可知：650℃時(shí)轉(zhuǎn)變要比550℃時(shí)轉(zhuǎn)變危害性大。取C的擴(kuò)散系數(shù)為：Dα=(–Q / RT)， Q=20000 cal / mol。題11圖 鑄態(tài)球鐵珠光體+鐵素體+球狀石墨（500X）[簡(jiǎn)要解答] 用新相在原兩舊相間形成長(zhǎng)大（），根據(jù)題目改變符號(hào)有： ∴ ， 等溫溫度T取（723+710）/2 = 717；因?yàn)樗俣萔為1K / min，所以等溫時(shí)間t = ΔT/V = (723710) / 1 = 13min。將有關(guān)數(shù)據(jù)代入公式得： ，∴對(duì)于如圖所示的牛眼狀鐵素體，,放大500倍。已知Ni離子在MgO中的擴(kuò)散系數(shù)為91012 cm2 / s，在1400℃時(shí)，108 cm。整個(gè)系統(tǒng)都是在700℃下進(jìn)行。s)]N原子在700℃在體心立方晶體中的擴(kuò)散系數(shù)經(jīng)計(jì)算為：D=107 cm2/s∴ [N原子/cm3 ] (最小的厚度)允許90%的氫通過的最大厚度，用同樣的方法可得到。該鐵素體層將以一定速率增厚，增厚的速度由通過表面鐵素體層的碳擴(kuò)散速率來控制的。1%C和1%Al的鋼，淬火后進(jìn)行回火，然后在550℃氮化處理25小時(shí)。N在αFe中的溶解度取決于氣體中N的活度，近似用表示。基本上是屬于穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散問題，經(jīng)質(zhì)量平衡原理可得到： , 或 （質(zhì)量分?jǐn)?shù)）式中，和分別為Al和N在鋼中的含量，Al原子量27，N原子量14。如果把這種鋼板進(jìn)一步軋制成5mm厚的鋼板，并在1200℃進(jìn)行擴(kuò)散，問：需要處理多長(zhǎng)時(shí)間才能得到與前面同樣的效果 ? 假設(shè)Q=20000R。為了使深度為L(zhǎng)的地方得到最高的放射性元素，必須中止退火工藝。已知：, 硼在γFe中的擴(kuò)散系數(shù)尚未測(cè)定，假設(shè)硼是碳在γFe中擴(kuò)散系數(shù)的1/10，設(shè)碳在γFe中擴(kuò)散系數(shù)為Dγ = D0exp(–Q/RT)，其中D0 = cm2/s，Q=148000 J/mol。設(shè)C物質(zhì)在A和B板中有相同的溶解度與擴(kuò)散系數(shù)。如將此材料在保護(hù)氣氛中加熱到1000℃進(jìn)行熱處理，碳將會(huì)由內(nèi)向外表面擴(kuò)散。初始條件和邊界條件為：t = 0, yh , =ABC； t = 0, hyh , 0=A+BC ； t = 0, yh , =A+B+C∴ A = ，B = ，C = 。%C。這里，C0 % ， ，t = 3600s , 經(jīng)計(jì)算D=107 cm2/ s 。1）假設(shè)：在≤12%Cr時(shí)，不銹鋼的耐蝕性就消失；熱處理過程為在600℃保溫10分鐘；在600℃時(shí)立即形成碳化鉻核心，而且吸收鉻是非常有效，以致在碳化鉻和奧氏體界面上的鉻全部消失；碳化鉻的厚度可忽略。當(dāng)y=l時(shí)，C=12, ∴∴ 因?yàn)橹挥?jì)算了晶界的半邊，(2) 近似地簡(jiǎn)化晶界處貧化區(qū)的濃度分布，如圖。2%C的碳素鋼，其中C主要存在于寬度為10微米（）的帶狀珠光體組織中。可應(yīng)用正弦解方法估算。%C。%，問需要退火多長(zhǎng)時(shí)間 ?已知：在815℃時(shí)，Zn的擴(kuò)散系數(shù)為DZn = 1010 cm2/s ?！? ，其中===∴ 其基波的振幅將隨時(shí)間而衰減，即：∴ 105 s ≈ 計(jì)算結(jié)果：%Zn，需要退火15小時(shí)左右。1）由于碳的有害作用是由表向里擴(kuò)展的，設(shè)原不銹鋼試樣中含碳量為0，使試樣表面層的性能受到損害的深度是多少 ?2），保護(hù)氣氛恢復(fù)了作用。2）長(zhǎng)期保溫時(shí)，表面吸收的碳
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