金屬學與熱處理第8章

1、擴散；物質(zhì)由熱運動引起的原子（分子）遷移（傳輸）現(xiàn)象。擴散是溶質(zhì)在母相中的一種遷移現(xiàn)象（從高濃度區(qū)向低濃度區(qū)遷移）。擴散的結(jié)果是溶質(zhì)在母相中分布均勻化?？驴线_爾效應原子克服能壘所必須的能量稱為激活能原子間的結(jié)合力越大，排列的越緊密，則能壘越高，激活能越大，原子依靠能量起伏實現(xiàn)躍 遷換位越困難擴散不是原子的定向躍遷過程，擴散原子的這種隨機躍遷過程，被稱為原子的隨機行走 擴散不僅由原子的熱運動所控制，而且還要受具體的晶體結(jié)構(gòu)所制約 原子擴散機制2種空位擴散機制：在自擴散和涉及置換原子的擴散過程中，原子可以離開其點陣位置，跳入 鄰近的空位，這樣就會在原來的點陣位置產(chǎn)生一個新的空位。當擴散繼續(xù)，就產(chǎn)生

2、原子與空 位兩個相反的遷移流向，稱為空氣擴散。自擴散和置換擴散程度取決于空位的數(shù)目。溫度越高，空位濃度越大，金屬中的原子擴散越 容易間隙擴散機制當間隙原子存在于晶體結(jié)構(gòu)中，可從一個間隙位置移動到另一個間隙位置。 當間隙原子尺寸越小，擴散越快。由于間隙位置比空位位置多，間隙擴散比空位擴散更容易 發(fā)生。間隙擴散的激活能比空位擴散的激活能低間隙原子由一個間隙位置跳到另一個（臨近）間隙位置，實現(xiàn)原子的遷移，通常是晶體中八 面體間隙空位擴散以空位為媒介，通過點陣原子和空位不斷的交換位置，實現(xiàn)點陣原子的遷移?？?位擴散時存在兩種無規(guī)跳動：擴散原子和空位。實現(xiàn)空位擴散同時必須滿足兩個條件：（1）擴散原子旁恰

3、好有空位存在；（2）擴散原子具有越過能壘的自由能固態(tài)金屬擴散的條件固態(tài)擴散是晶體點陣中進行的原子躍遷過程擴散要驅(qū)動力；擴散的驅(qū)動力不是濃度梯度，而是化學位梯度擴散原子要固溶：擴散原子在基體金屬中必須有一定的固溶度，能夠溶基體晶格，形成固 溶體，這樣才能進行固態(tài)擴散溫度要足夠高；固態(tài)擴散是依靠熱激活而進行的過程，金屬晶體中的原子始終以其針點為 中心進行著熱振動，溫度越高，原子熱激活而進行遷移的幾率就越大時間足夠長；例如在熱加工剛剛完成時，迅速將金屬材料冷卻到室溫，抑制擴散過程，避 免發(fā)生靜態(tài)再結(jié)晶，可把動態(tài)回復或動態(tài)再結(jié)晶的組織保留下來，以達到提高金屬材料性能 的目的自擴散：就是不伴有濃度變化的

4、擴散，他與濃度梯度無關(guān)。自擴散只發(fā)生在純金屬和均勻固 溶體中。擴散的驅(qū)動力是表面能的降低互（異）擴散；伴有濃度變化的擴散，他與異類原子的濃度差有關(guān)下坡擴散：下坡擴散是沿著濃度梯度降低的方向進行的擴散，使?jié)舛扔诰鶆蚧Ｈ玷T件的均 與化退火，滲碳等過程上坡擴散是沿著濃度升高的方向進行的擴散。由低濃度向高濃度方向進行的擴散，使?jié)舛忍?度發(fā)生兩極化。如奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變的過程中，碳原子從濃度梯度低的奧氏體向濃度較高的滲碳體擴散化學位梯度是其擴散的驅(qū)動力/ _廠）dC新相產(chǎn)生，這種擴散就稱為原子擴散 前溶度極限而形成新相的過程稱為反應擴原子擴散：在擴散過程中晶格類型始多不變，反應擴散;通過擴散使固溶體的

5、溶質(zhì)組元濃度超散或相變擴散，反應擴散所形成的新相，即可以是新的固溶體，也可以是各種化合物 反應擴散的特點是相界面處產(chǎn)生濃度突變擴散第一定律定義:物質(zhì)在單位時間內(nèi)通過垂直于擴散方向的單位截面的擴散通量與此處 的濃度梯度成正比第一定律僅適用于穩(wěn)定態(tài)擴散，即擴散過程中合金各處的濃度梯度及濃度梯度都不隨時間改 變的情況擴散第二定律：在擴散過程中，各處的濃度不僅隨距離變化，而且還隨時間發(fā)生變化擴散運用舉例1.鑄件的均勻化退火固溶體合金在非平衡結(jié)晶時，往往出現(xiàn)不同程度的枝晶偏析。這種偏析可以采用高溫長時間 均勻化退火工藝，使合金中的溶質(zhì)原子通過擴散以減輕偏析程度鑄件均勻化退火所需時間與枝晶間距的平方呈正比

6、，與擴散系數(shù)呈反比如果采取措施，減少枝晶間距，就可以顯著減少均勻化退火時間。用快速凝固或采用鍛打的 方法以使枝晶破碎，均可以使枝晶間距減小。增加擴散系數(shù)D的方法，通常提高均勻化退 火溫度，溫度越高，則D越大，則所需退火時間越短金屬的粘接釬焊：是連接金屬的一種方法，釬焊時，先將零件搭接好，將釬料安放在母材的間隙內(nèi)或間 隙旁，然后將他們一起加熱到稍高于釬料熔點的溫度，此時釬料熔化并填滿母材間隙，冷卻 之后將零件牢固連接起來釬焊要求釬料的熔化溫度一定要低于母材的熔點影響擴散的因素溫度、溫度是影響擴散習俗最主要的因素。隨著溫度的升高，擴散系數(shù)急劇增大，這是由于 溫度越高，則原子的振動能越大。此外，溫度

7、越高，金屬內(nèi)部的空位濃度提高，也有利于 擴散固溶體類型、不同類型的固溶體，溶質(zhì)原子的擴散激活能不同，間隙原子的擴散激活能都比置換原子的小， 所以擴散速度比較大在鑄件均勻化退火時，間隙原子C，N等易于均勻化，而置換型溶質(zhì)原子必須加熱到更高的 溫度才能區(qū)域均勻化晶體結(jié)構(gòu)、高熔點純金屬的擴散激活能較高應當指出，盡管碳原子在1中的擴散習俗比r-fe中的大，可是滲碳溫度仍選在奧氏體區(qū)域。 其原因一方面由于奧氏體的溶碳能力遠比鐵素體大，可以獲得交大的滲碳層深度，另一方面 考慮到溫度的影響，溫度提高，擴散系數(shù)也將大大增加濃度、晶體缺陷、對于一定晶體結(jié)構(gòu)來時，表面擴散最快，晶界次之，亞晶界有次之，晶內(nèi)擴散最慢。在位錯， 空位等缺陷處的原子比完整晶格處的原子擴散容易的多原子沿晶界擴散比晶內(nèi)擴散速度快的原因是由于晶界處的晶格畸變較大，能量較高，所以其 擴散激活能要比晶內(nèi)小，原子易于擴散遷移。位錯密度增加，會使晶體中的擴散速度增加合金元素當加入的合金元素使合金的熔點或使合金的液相線溫度降