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金属学与热处理课后习题答案8.doc

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金属学与热处理课后习题答案8.doc
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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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