金属学与热处理崔忠圻课后答案-第八章

金属学与热处理第二版（崔忠圻）答案

第八章扩散

8-1 何为扩散？固态扩散有哪些种类？

答：扩散是物质中原子（或）分子的迁移现象，是位置传输的一种方式。

根据扩散过程是否发生浓度变化可分为：自扩散、互扩散

根据扩散方向是否与浓度梯度的方向相同可分为：下坡扩散、上坡扩散

根据扩散过程是否出现新相可分为：原子扩散、反应扩散

8-2 何为上坡扩散和下坡扩散？举例说明。

答：

下坡扩散：原子或分子沿浓度降低的方向进行扩散，使浓度趋于均匀化。比如铸件的均匀化退火、工件的表面渗碳过程均属于下坡扩散。

上坡扩散：原子或分子沿浓度升高的方向进行扩散，即由低浓度向高浓度方向扩散，使浓度趋于两极分化。例如奥氏体向珠光体转变过程中，碳原子从浓度较低的奥氏体中向浓度较高的渗碳体中扩散。

8-3 扩散系数的物理意义是什么？影响因素有哪些？

答：扩散系数的物理意义：浓度梯度为1时的扩散通量。D越大，扩散速度越快。

影响因素：

1、温度：扩散系数与温度呈指数关系，随温度升高，扩散系数急剧增大。

2、键能和晶体结构：键能高，扩散激活能大，扩散系数减小；不同的晶体结构具有不同的扩散系数：例如从晶体结构来考虑，碳原子在铁素体中的扩散系数比在奥氏体中的大。

3、固溶体类型：不同类型的固溶体，扩散激活能不同，间隙原子的扩散激活能比置换原子的小，扩散系数大。

4、晶体缺陷：晶体缺陷处，自由能较高，扩散激活能变小，扩散易于进行。

5、化学成分：当合金元素提高合金熔点，扩散系数减小；若降低合金熔点，扩散系数增加

8-4 固态合金中要发生扩散必须满足那些条件？为什么？

答：

1、扩散需有驱动力。扩散过程都是在扩散驱动力的作用下进行的，如没有扩散驱动力，也就不能发生扩散。

2、扩散原子要固溶。扩散原子在基体中必须由一定的固溶度，形成固溶体，才能进行固态扩散。

3、温度要足够高。固态扩散是依靠原子热激活而进行的，温度越高，原子的热振动越激烈，原子被激活发生迁移的可能性就越大。

4、时间要足够长。原子在晶体中每跃迁一次最多只能移动0.3-0.5nm的距离，只有经过相当长的时间才能形成物质的宏观定向迁移。

8-5 铸造合金均匀化退火前的冷塑性变形对均匀化过程有和影响？是加速还是减缓？为什么？

答：加速。

原因：铸造合金经非平衡结晶后，会出现不同程度的枝晶偏析。根据扩散第二定律可得知，铸锭均匀化退火所需时间与枝晶间距的平方成正比，与扩散系数成反比。所以在退火前对合金进行冷塑性变形可破碎枝晶，减小枝晶间距，缩短均匀化的时间。

8-6 略（扩散系数计算）

8-7 略（消除枝晶偏析时间计算）

8-8 可否用铅代替铅锡合金做对铁进行钎焊的材料，试分析说明之？

答：不能。

原因：

因为钎焊过程只是钎料熔化，母材仍处於固体状态。因此要求钎料与母材不但液态时能互溶，固态时也必须互溶，依靠他们之间的互扩散形成牢固的金属结合。而铅是不固溶于铁的，因此如果以铅来做钎料，铁做母材，则铅是无法扩散到母材中的，无法起到钎焊的效果。

8-9 略

8-10 渗碳是将零件置于渗碳介质中使碳原子进入工件表面，然后以下坡扩散的方式使碳原子从表层向内部扩散的热处理方法。试问：

1）温度高低对渗碳速度有何影响？

2）渗碳应在奥氏体中还是铁素体中进行？

3）空位密度、位错密度和晶粒大小对渗碳速度有何影响？

答：

1）温度越高，渗碳速度越快。因为扩散系数随温度升高，急剧增大。

2）在奥氏体中进行。虽然碳在铁素体中的扩散系数比在奥氏体中大，但是当把钢加热至奥氏体时，一方面温度升高，扩散系数急剧增加；另一方面，奥氏体的溶碳能力急剧增大，可增加渗层深度。

3）空位密度和位错密度越多，渗碳速度越快。因为缺陷处能量较高，扩散激活能降低，增大扩散系数。晶粒越小，渗碳速度越快。因为晶粒越小，晶界面积越大，而原子沿晶界的扩散速度较快。

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