中南大学材基课后题答案

也就是说要将1mm厚的Ni层扩散掉,所需时间t为: t=(1mm)/(1.8×10-10cm/s)=556000秒=154小时。

3 解答:1)渗碳情况符合菲克第二定律的特殊解的应用条件,可以利用菲克第二定律进行解决。

菲克第二定律特殊解公式:

其中依题意有Cs=1.2,C0=0.1,Cx=0.45,x=0.2。

带入上式,则有,即:

从表10-1可以得出误差函数值,有,Dt=(0.1/0.71)2=0.0198cm2。

任何满足Dt=0.0198cm2关系的工艺均可,由于扩散与温度、时间有关, D=D0exp(-Q/RT),带入C在Fe中的D0=0.23,激活能Q=32900cal/mol, D=0.23exp(-32900cal/mol/1.987(cal/mol.K)T)=0.23exp(-16558/T), 因此由Dt=(0.1/0.71)2=0.0198cm2,渗碳时间与渗碳温度的关系为:

故可以列出一些典型的渗碳温度与时间如下: T=900℃=1173K,则t=116174s=32.3h; T=1000℃=1273K,则t=36360s=10.7h; T=1100℃=1373K,则t=14880s=4.13h; T=1200℃=1473K,则t=6560s=1.82h。

可以根据上述温度与时间的关系,考虑合金相变和加热炉、生产效率进行合理选择,一般以1000℃左右较为合适。

2)在渗碳温度和其它条件不变的情况下,要求渗碳深度增加一倍,由1)可知有关系

4 简答:由于反应扩散的原因,试样中不能出现两相区,故试样从表面到心部的组织最外层为α相,靠里层为γ相,心部不受脱碳影响为α相和γ相。

5 简答:1)渗碳在?-Fe中进行而不在?-Fe中进行,渗碳温度要高于727e ,是因为?-Fe中最大碳溶解度(质量分数)为0.0218%,对于碳含量大于0.0218%的钢铁,渗碳时零件中碳浓度梯度为0,渗碳无法进行;而且由于温度低,扩散系数小,渗碳缓慢。在?-Fe中进行则可获得较高的表层碳浓度梯度,温度也高,可使渗碳顺利进行。

2)渗碳温度高于1100e 会使钢板的晶粒长大,降低其机械性能。

6 简答:1)在有限的时间内不可能使枝晶偏析完全消失,

2)冷加工可以促进均匀化过程;经过冷加工后枝晶被破碎,缩短了枝晶间距。

7 简答: 原子扩散在材料中的影响包括晶体凝固时形核、长大;合金的成分过冷;成分均匀化,包晶反应非平衡凝固时保留高温组织的特点,固态相变时的形核,晶界形核、晶界运动、晶界偏聚、高温蠕变,氧化,焊接,化学热处理(渗C、N等),粉末冶金,涂层等各方面。

8 解答:上坡扩散是扩散过程中扩散元素从低浓度向高浓度出扩散;如各种溶质原子气团的形成和共析反应产物的形成均为上坡扩散。

9 简答:间隙固溶体中溶质原子在间隙中发生间隙扩散,在置换式固溶体中发生原子与空位交换实现扩散的空位机制。

存在,可以解得t=42.7h;

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