1、 簡要說明影響溶質(zhì)原子在晶體中擴散的因素。

答： 影響擴散的因素主要有溫度，溫度越高，擴散越快；晶體缺陷如界面、晶界位錯容易擴散；不同致密度的晶體結(jié)構(gòu)溶質(zhì)原子擴散速度不一樣，低致密度的晶體中溶質(zhì)原子擴散快，各向異性也影響溶質(zhì)原子擴散；在間隙固溶體中溶質(zhì)原子擴散容易；擴散原子性質(zhì)與基體金屬性質(zhì)差別越大，擴散越容易；一般溶質(zhì)原子濃度越高，擴散越快；加入其它組元與溶質(zhì)原子形成化合物阻礙其擴散。

2、Ni板與Ta板中有0.05mm厚MgO板作為阻擋層，1400℃時Ni＋通過MgO向Ta中擴散，此時Ni＋在MgO中的擴散系數(shù)為D=9×10－12cm2/s，Ni的點陣常數(shù)為3.6×10－8cm。問每秒鐘通過MgO阻擋層在2×2cm2的面積上擴散的Ni＋數(shù)目，并求出要擴散走1mm厚的Ni層需要的時間。

答：Ni為fcc結(jié)構(gòu)，一個晶胞中的原子個數(shù)為4，依題意有：

在Ni/MgO界面鎳板一側(cè)的Ni的濃度CNi為100%，每cm3中Ni原子個數(shù)為：

NNi/MgO=(4原子/晶胞)/(3.6×10－8cm3)=8.57×1022原子/cm3，

在Ta/MgO界面Ta板一側(cè)的Ni的濃度0%，這種擴散屬于穩(wěn)態(tài)擴散，可以利用菲克第一定律求解。

故濃度梯度為dc/dx＝（0－8.57×1022原子/cm3）/（0.05cm）＝－1.71×1024原子/（cm3.cm），

則Ni原子通過MgO層的擴散通量：

J＝－D（dc/dx）=－9×10－12cm2/s×(－1.71×1024原子/（cm3.cm）)

=1.54×1013Ni原子/（cm2.s)

每秒鐘在2×2cm2的面積上通過MgO層擴散的Ni原子總數(shù)N為

N＝J×面積＝[1.54×1013Ni原子/（cm2.s)]×4cm2=6.16×1013Ni原子/s。

每秒鐘從界面擴散走的Ni原子體積

，故

V＝（6.16×1013Ni原子/s）/（8.57×1022原子/cm3）＝0.72×10－9cm3/s，

用厚度d表示在該面積中每秒擴散的Ni原子為

d＝V/面積＝（0.72×10－9cm3/s）/（2×2cm2）＝1.8×10－10cm/s，

也就是說要將1mm厚的Ni層擴散掉，所需時間t為：

t＝（1mm）/（1.8×10－10cm/s）＝556000秒＝154小時。

3、對含碳0.1％齒輪氣體滲碳強化，滲碳氣氛含碳1.2％，在齒輪表層下0.2cm處碳含量為0.45%時齒輪達到最佳性能。已知鐵為FCC結(jié)構(gòu)，C在Fe中的D0＝0.23，激活能Q＝32900cal/mol，誤差函數(shù)如表10－1。

1）試設計最佳滲碳工藝；

2）在滲碳溫度不變，在1000℃時滲碳，要將滲碳厚度增加1倍，即要求在其表面下0.4cm處滲碳后碳含量為0.45%所需滲碳時間。

編輯切換為居中

編輯切換為居中

編輯切換為居中

4 一塊厚度10毫米，含碳量0.77%的鋼在強脫碳氣氛中加熱到800℃，然后緩慢冷卻，試指出試樣從表面到心部的組織分布。

答：由于反應擴散的原因，試樣中不能出現(xiàn)兩相區(qū)，故試樣從表面到心部的組織最外層為α相，靠里層為γ相，心部不受脫碳影響為α相和γ相。

5 一塊用作承載重物的低碳鋼板，為提高其表面硬度采用表面滲碳，試分析：

1) 滲碳為什么在g-Fe中進行而不在a-Fe中進行，即滲碳溫度選擇要高于727e ，為什么？

滲碳溫度高于1100e 會出現(xiàn)什么問題？

答：1）滲碳在g-Fe中進行而不在a-Fe中進行，滲碳溫度要高于727e ，是因為a-Fe中最大碳溶解度（質(zhì)量分數(shù)）為0.0218％，對于碳含量大于0.0218％的鋼鐵，滲碳時零件中碳濃度梯度為0，滲碳無法進行；而且由于溫度低，擴散系數(shù)小，滲碳緩慢。在g-Fe中進行則可獲得較高的表層碳濃度梯度，溫度也高，可使?jié)B碳順利進行。

2）滲碳溫度高于1100e 會使鋼板的晶粒長大，降低其機械性能。

6 銅-鋅基單相固溶體進行均勻化處理，試討論如下問題：

1) 在有限時間內(nèi)能否使枝晶偏析完全消失？

2) 將此合金均勻化退火前進行冷加工，對均勻化過程是加速還是無影響？說明理由。

答：1）在有限的時間內(nèi)不可能使枝晶偏析完全消失，

2）冷加工可以促進均勻化過程；經(jīng)過冷加工后枝晶被破碎，縮短了枝晶間距。

7 原子擴散在材料中的應用

答： 原子擴散在材料中的影響包括晶體凝固時形核、長大；合金的成分過冷；成分均勻化，包晶反應非平衡凝固時保留高溫組織的特點，固態(tài)相變時的形核，晶界形核、晶界運動、晶界偏聚、高溫蠕變，氧化，焊接，化學熱處理（滲C、N等），粉末冶金，涂層等各方面。

8 何謂上坡擴散，舉兩個實例說明金屬中上坡擴散現(xiàn)象。

答：上坡擴散是擴散過程中擴散元素從低濃度向高濃度出擴散；如各種溶質(zhì)原子氣團的形成和共析反應產(chǎn)物的形成均為上坡擴散。

9、簡述固溶體合金的擴散機制

答：間隙固溶體中溶質(zhì)原子在間隙中發(fā)生間隙擴散，在置換式固溶體中發(fā)生原子與空位交換實現(xiàn)擴散的空位機制。