金属学与热处理课后习题答案2.pdf

第一章1.作图表示出立方晶系(12 3)、(0-1-2)、(4 2 1)等晶面和-10 2、-2 11、3 4 6等晶向3.某晶体的原子位于正方晶格的节点上，其晶格常数a=bWc,c=2/3a0今有一晶面在X、Y、Z 坐标轴上的截距分别是5 个原子间距，2 个原子间距和3 个原子间距，求该晶面的晶面参数。解：设 X 方向的截距为5a,Y 方向的截距为2 a,则Z 方向截距为3c=3X2a/3=2a,取截距的倒数，分别为l/5a,l/2a,l/2a化为最小简单整数分别为2,5,5故该晶面的晶面指数为(255)4.体心立方晶格的晶格常数为a,试求出(10 0)、(110)(111)晶面的晶面间距，并指出面间距最大的晶面解(1 0 0)面间距为a/2,(1 1 0)面间距为J2a/2,(1 1 1)面间距为 J3a/3三个晶面晶面中面间距最大的晶面为(1 10)7.证明理想密排六方晶胞中的轴比c/a=L633证明：理想密排六方晶格配位数为1 2,即晶胞上底面中心原子与其下面的3 个位于晶胞内的原子相切，成正四面体，如图所示则 OD=c/2,AB=BC=CA=CD=a因a ABC是等边三角形，所以有O C=2/3 C E由于(B C)2=(C E K+(B E)2则有(CD)2=(OC)2+(1/2C)2,即因 止 匕 c/a=d 8/3=1.6 3 38.试证明面心立方晶格的八面体间隙半径为r=0.414R解：面心立方八面体间隙半径r=a/2-d 2 a/4=0.1 4 6 a面心立方原子半径R=d 2 a/4,则a=4 R/d 2,代入上式有R=0.1 4 6 X 4 R/2=0.4 1 4 R9 .a)设有一刚球模型，球的直径不变，当由面心立方晶格转变为体心立方晶格时，试计算其体积膨胀。b)经X射线测定，在9 1 2 时Y -F e的晶格常数为0.3 6 3 3 nm,a-F e的晶格常数为0.2 8 9 2 nm,当 由丫卡6转化为。Y 时，求其体积膨胀，并与a)比较，说明其差别的原因。解：a)令面心立方晶格与体心立方晶格的体积及晶格常数分别为V面、V踢与a面、a体，钢球的半径为r,由晶体结构可知，对于面心晶胞有4 r=4 2 a 面，a 面=2弋2/2口 V 面=(a1 f)3=(2缶)3对于体心晶胞有4 r=4 3 a 体,a 体=4 4 3/3 r,V 体=(a 体)3=(4-/3 r)3则由面心立方晶胞转变为体心立方晶胞的体积膨胀a v为V=2 X V 体-V 面=2.O lr3B)按照晶格常数计算实际转变体积膨胀4V实，有V 实=2 Z iV 体-V 面=2 x(0.2 8 9 2)3-(0.3 6 3 3)3=0.0 0 0 4 2 5 nm 3实际体积膨胀小于理论体积膨胀的原因在于由Y-F e转化为a-F e时,F e原子的半径发生了变化，原子半径减小了。10.已知铁和铜在室温下的晶格常数分别为0.286nm和0.3607nm,求lcm 3中铁和铜的原子数。解：室温下F e为体心立方晶体结构，一个晶胞中含2个F e原子，Cu为面心立方晶体结构，一个晶胞中含有4个C u原子lc m 3=1 02 lnm 3令lc m 3中含F e的原子数为N F e，含C u的原子数为N。，室温下一个F e的晶胞题解为V F e，一个Cu晶胞的体积为V c u，则N F e=1 027 v F e=1 02 1/(0.2 8 6)3=3.5 xl01 8N C u=1 02 1/V CU=102I/(0.3607)3=2.8X101811.一个位错环能不能各个部分都是螺型位错或者刃型位错，试说明之。解：不能，看混合型位错13.试计算 110晶面的原子密度和 111晶向原子密度。解：以体心立方 1 1 0 晶面为例 110 晶面的面积S=axl2a 110 晶面上计算面积S 内的原子数N=2则 110 晶面的原子密度为P=N/S=111晶向的原子密度P=2/d3a15.有一正方形位错线，其柏式矢量如图所示，试指出图中各段线的性能，并指出任性位错额外串排原子面所在的位置。D 4 CbA B1TAD、BC段为刃型位错；DC、AB段为螺型位错AD段额外半原子面垂直直面向里BC段额外半原子面垂直直面向外第二章1.证明均匀形核时，形成临界晶粒的A G k与其体积V 之间的关系为 A G k=V/2AGv证明：由均匀形核体系自由能的变化(1)可知，形成半径为R 的球状临界晶粒，自由度变化为(2)对（2）进行微分处理，有（3）将（3）带 入（1）,有（4）由于，g|J 3V=rkS（5）将（5）带 入（4）中，则有2 .如果临界晶核是边长为a的正方形，试求其aG k和 a的关系。为什么形成立方晶核的aG k比球形晶核要大？3 .为什么金属结晶时一定要有过冷度，影响过冷度的因素是什么，固态金属融化时是否会出现过热，为什么？答：由热力学可知，在某种条件下，结晶能否发生，取决于固相的自由度是否低于液相的自由度，即?G=GS-GL0；只有当温度低于理论结晶温度T m 时，固态金属的自由能才低于液态金属的自由能，液态金属才能自发地转变为固态金属，因此金属结晶时一定要有过冷度。影响过冷度的因素：影响过冷度的因素：1）金属的本性，金属不同，过冷度大小不同；2）金属的纯度，金属的纯度越高，过冷度越大；3）冷却速度，冷却速度越大，过冷度越大。固态金属熔化时会出现过热度。原因：由热力学可知，在某种条件下，熔化能否发生，取决于液相自固态金属熔化时会出现过热度。原因：由度是否低于固相的自由度，即？G=GL-GS a(727/5)a+Fe3C;室温下相组成物的相对含量：3 c=0.2%,渗碳体相对含量=(020.02)/6.67%，余量铁素体3 c=0.6%,渗碳体相对含量=(0.6-0.02)/6.67%，余量铁素体3 c=1.2%渗碳体相对含量=(120.02)/6.67%，余量铁素体室温下组织组成物的相对含量：3 c=0.2%,珠光体相对含量=(020.02)/0.77%,余量铁素体3 c=0.6%,珠光体相对含量=(0.6-0.02)/0.77%，余量铁素体3 C=1.2%,渗碳体相对含量=(1 2 0.7 7)/6.6 7%，余量珠光体2 .分析3 c=3.5%、3c=4.7%的铁碳合金从液态到室温的平衡结晶过程，画出冷却曲线和组织转变示意图，并计算室温下的组织组成物和相组成物。解:下图表示3 c=3.5%的铁碳合金从液态到室温的平衡结晶过程：下图表示3 c=4.7%的铁碳合金从液态到室温的平衡结晶过程：3 .计算铁碳合金中二次渗碳体和三次渗碳体最大可能含量。答:铁碳合金中二次渗碳体即F e s C u的最大可能含量产生在2 .1 1%C的铁碳合金中，因此(F e3C n)m a x=(2.1 1-0.7 7)/(6.6 9-0.7 7)xl 0 0%=2 2.6 4%三次渗碳体即F e 3 c川的可能最大含量在0.0 2 1 8%C的铁碳合金中,因此(F e3C m)m a x(0.0 2 1 8-0.0 0 6)/(6.6 9-0.0 0 6)xl 0 0%=0.2 4%4.分别计算莱氏体中共晶渗碳体、二次渗碳体、共析渗碳体的含量。解：在莱氏体中，F e 3 c 共 晶 =(4.3-2.1 1)/(6.6 9-2.1 1)*1 0 0%=4 7.8%Fe3Cn%=(6.69-4.3)/(6.69-2.11)*(2.11-0.77)/(6.69-0.77)*100%=11.8%Fe3c 共 析%=(6.69-4.3)/(6.69-2.11)-11.8%*(0.77-0.0218)/(6.69-0.0218)*100%=4.53%5 .为了区分两种弄混的钢，工人分别将A、B 两块碳素钢试样加热至8 5 0 保温后缓冷，金相组织分别为：A 试样的先共析铁素体面积为 4 1.6%,珠光体面积为5 8.4%；B 试样的二次渗碳体面积为7.3%,珠光体面积为92.7%；设铁素体和渗碳体的密度相同,铁素体的含碳量为零，求 A、B 两种碳素钢的含碳量。解：这两个试样处理后都是得到的平衡态组织，首先判断A试样为亚共析钢，根据相图杠杆原理列出方程如下：(0.77-X)/(0.77-0.0218)=41.6%这样得到 X=45.0%,大概是 45 钢的成分范围。同理 B 试样为过共析钢(6.69-X)/(6.69-0.77)=92.7%；X=1.2%,大概是T12钢的范围，当然相应地还可以利用杠杆的另外一端来求了。6 .利用F e-F e C3 相图说明铁碳合金的成分、组织和性能的关系。从相组成物的情况来看，铁碳合金在室温下的平衡组织均由铁素体和渗碳体组成，当碳质量分数为零时，合金全部由铁素体所组成，随着碳质量分数的增加I,铁素体的量呈直线下降，到%为6.69%时降为零，相反渗碳体则由零增至100%o碳质量分数的变化不仅引起铁素体和渗碳体相对量的变化，而且两相相互组合的形态即合金的组织也将发生变化，这是由于成分的变化引起不同性质的结晶过程，从而使相发生变化的结果，由图3-35可见，随碳质量分数的增加，铁碳合金的组织变化顺序为：FF+FeuLF+Pf P f P+Fe3cli fP+Fe3Cn+LeLe-Le+Fe3C%0.0218%时的合金组织全部为铁素体，%=0.77%时全部为珠光体，%=4.3%时全部为莱氏体，片6.69%时全部为渗碳体，在上述碳质量分数之间则为组织组成物的混合物；而且，同一种组成相，由于生成条件不同，虽然相的本质未变，但其形态会有很大的差异。如渗碳体，当叫 3B=50%、3 c=20%)；N(B=10%3 C=60%)合金的位置，然后将5kgp合金、5kgQ合金和lOkgN合金熔合在一起，试问新合金的成分如何？解：设新合金的成分为新A、新B、3 新c，则有3 新A=(5 X G)PA+5X UQA+10X QNA)/(5+5+1 0)=(5X70%+5X30%+10X30%)/20=40.0%;3 新 B=(5 X w PA+5 X 3 qa+10 X w na)/(5+5+l 0)=(5 X 20%+5 X50%+10X10%)/20=22.5%;3 新 c=(5 X w PA+5 X 3 QA+1 0 X 3 na)/(5+5+10)=(5 X 10%+5 X20%+10X60%)/20=37.5%;所以，新合金的成分为：3新A=4 0.0%、a新B=2 2.5%、3 新C=3 7.5%。第 八 早1.屈服载荷/N6202521841481742735256角/()8372.56248.530.51765人角/()25.5263466374.882.5Tk8.688 X1052.132X1062.922 X1063.633 X1063.088 X106计算方法 T k=。s cosXcos 6=F/A cosXcos 6cosXcos60.1100.2700.3700.4600.391-0.2620.1304.试用多晶体的塑性变形过程说明金属晶粒越细强度越高、塑性越好的原因是什么？答：由H all-Petch公式可知，屈服强度o s与晶粒直径平方根的倒 数 呈 线 性 关 系。在多晶体中，滑移能否从先塑性变形的晶粒转移到相邻晶粒主要取决于在已滑移晶粒晶界附近的位错塞积群所产生的应力集中能否激发相邻晶粒滑移系中的位错源，使其开动起来，从而进行协调性的多滑移。由T F T O知，塞积位错数目n越大，应力集中T越大。位错数目n与引起塞积的晶界到位错源的距离成正比。晶粒越大，应力集中越大，晶粒小，应力集中小，在同样外加应力下，小晶粒需要在较大的外加应力下才能使相邻晶粒发生塑性变形。在同样变形量下，晶粒细小，变形能分散在更多晶粒内进行，晶粒内部和晶界附近应变度相差较小，引起的应力集中减小，材料在断裂前能承受较大变形量，故具有较大的延伸率和断面收缩率。另外，晶 粒 细 小，晶界就曲折，不利于裂纹传播，在断裂过程中可吸收更多能量，表现出较高的韧性。6.滑移和李生有何区别，试比较它们在塑性变形过程的作用。答：区别：1）滑移：一部分晶体沿滑移面相对于另一部分晶体作切变，切变时原子移动的距离是滑移方向原区别：区别子间距的整数倍；李生：一部分晶体沿李生面相对于另一部分晶体作切变，切变时原子移动的距离不是挛生方向原子间距的整数倍；2）滑移：滑移面两边晶体的位向不变；李生：李生面两边的晶体的位向不同，成镜面对称；3）滑移：滑移所造成的台阶经抛光后，即使再浸蚀也不会重现;李生：由于李生改变了晶体取向，因此李生经抛光和浸蚀后仍能重现；4）滑移：滑移是一种不均匀的切变，它只集中在某些晶面上大量的进行，而各滑移带之间的晶体并未发生滑移；李生：李生是一种均匀的切变，即在切变区内与学生面平行的每一层原子面均相对于其毗邻晶面沿学生方向位移了一定的距离。作用：晶体塑性变形过程主要依靠滑移机制来完成的；挛生对塑性变形的贡献比滑移小得多，但李生改变了部分晶体的空间取向，使原来处于不利取向的滑移系转变为新的有利取向，激发晶体滑移。7.试述金属塑性变形后组织结构与性能之间的关系，阐明加工硬化在机械零构件生产和服役过程中的重要试述金属塑性变形后组织结构与性能之间的关系，意义。答：关系：随着塑性变形程度的增加，位错密度不断增大，位错运动阻力增加，金属的强度、硬度增加，而 关 系：关 系 塑 性、韧性下降。重要意义：1）提高金属材料的强度；2）是某些工件或半成品能够加工成形的重要因素;3）提高零件或构件在使用过程中的安全性。8.金属材料经塑性变形后为什么会保留残留内应力？研究这部分残留内应力有什么实际意义？金属材料经塑性变形后为什么会保留残留内应力？研究这部分残留内应力有什么实际意义？答：残余内应力存在的原因1）塑性变形使金属工件或材料各部分的变形不均匀，导致宏观变形不均匀；2）塑性变形使晶粒或亚晶粒变形不均匀，导致微观内应力；3）塑性变形使金属内部产生大量的位错或空位，使点阵中的一部分原子偏离其平衡位置，导致点阵畸变内应力。实际意义：可以控制材料或工件的变形、开裂、应力腐蚀；可以利用残留应力提高工件的使用寿命。9.何谓脆性断裂和塑性断裂，若在材料中存在裂纹时，试述裂纹对脆性材料和塑性材料断裂过程中的影响。答：塑性断裂又称为延性断裂，断裂前发生大量的宏观塑性变形,断裂时承受的工程应力大于材料的屈服强度。在塑性和韧性好的金属中，通常以穿晶方式发生塑性断裂，在断口附近会观察到大龄的塑性变形痕迹，如缩颈。金属脆性断裂过程中，极少或没有宏观塑性变形，但在局部区域任然存在着一定的微观塑性变形。断裂时承受的工程应力通常不超过材料的屈服强度，甚至低于按宏观强度理论确定的许用应力，因此又称为低应力断裂。在塑性材料中，断裂是胃口形成、扩大和连接的过程，在打的应力作用下，基体金属产生塑性变形后，在基体和非金属夹杂物、析出相粒子周围产生应力集中，使界面拉开，或使异相颗粒折断形成微孔。微孔扩大和链接也是基体金属塑性变形的结果。当微孔扩大到一定的程度，相邻微孔见的金属产生较大的塑性变形后就发生微观塑性失稳，就像宏观实验产生缩颈一样，此时微孔将迅速扩大，直至细缩成一线，最后由于金属与金属件的连线太少，不足以承载而发生断裂。脆性材料中，由于断裂前既无宏观塑性变形，又无其他预兆，并且一旦开裂后，裂纹扩展迅速，造成整体断裂或河大的裂口，有时还产生很多碎片，容易导致严重事故。10.何谓断裂韧度，它在机械设计中有何作用？答：在弹塑性条件下，当应力场强度因子增大到某一临界值，裂纹便失稳扩展而导致材料断裂，这个临界或失稳扩展的应力场强度因子即断裂韧度。它反映了材料抵抗裂纹失稳扩展即抵抗脆断的能力，是材料的力学性能指标。第七章1.用冷拔铜丝制成导线，冷拔之后应如何处理，为什么？答：冷拔之后应该进行退火处理。因为冷拔是在再结晶温度以下进行加工，因此会引起加工硬化，所以要通过回复再结晶，使金属的强度和硬度下降，提高其塑性。2.一块厚纯金属板经冷弯并再结晶退火后，试画出界面上的显微组织不意图。3.已知W、Fe、Cu的熔点分别为3399C、1538c和 1 0 8 3 C,试估算其再结晶温度。解：T 再=oTm，其中。=0.350.4,取 0=0.4,则 W、Fe、Cu 的再结晶温度分别为 3399X0.4=1 359.6C、1 5 3 8 cx 0.4=615.2和1083X0.4=433.24.说明以下概念的本质区别：1）一次再结晶和二次再结晶；2）再结晶时晶核长大和再结晶后晶粒长大。解：1）再结晶：当退火温度足够高、时间足够长时，在变形金属或合金的显微组织中，产生无应变的新晶粒再结晶核心。新晶粒不断长大，直至原来的变形组织完全消失，金属或合金的性能也发生显著变化，这一过程称为再结晶。过程的驱动力也是来自残存的形变贮能。与金属中的固态相变类似，再结晶也有转变孕育期，但再结晶前后，金属的点阵类型无变化。再结晶完成后，正常的晶粒应是均匀的、连续的。但在某些情况下，晶粒的长大只是少数晶粒突发性地、迅速地粗化，使晶粒之间的尺寸差别越来越大。这种不正常的晶粒长大称为晶粒的反常长大。这种晶粒的不均匀长大就好像在再结晶后均匀细小的等轴晶粒中又重新发生了再结晶，所以称为二次再结晶。其发生的基本条件是正常晶粒长大过程被分散相粒子、织构或表面热蚀等所强烈阻碍，当一次再结晶组织被继续加热时，上述阻碍因素一旦被消除，少数特殊晶界将迅速迁移，导致少数晶粒变大，而大晶粒界面通常是凹向外侧的，因此在晶界能的驱动下，大晶粒将继续长大，直至相互接触形成二次再结晶组织。二次再结晶为非形核过程，不产生新晶核，而是以一次再结晶后的某些特殊晶粒作为基础而长大的。5.分析回复和再结晶阶段空位与位错的变化及其对性能的影响。答：回复可分为低温回复，中温回复以及高温回复。低温回复阶段主要是空位浓度明显降低。原因：低温回复阶段主要是空位浓度明显降低。中温回复阶段由于位错运动会导致异号位错合并而相互抵消，此阶段由于位错运动会导致异号位错合并而相互抵消，位错 密度有所降低，但降幅不大。所以力学性能只有很少恢复。密度有所降低，但降幅不大。所以力学性能只有很少恢复。高温回复的主要机制为多边化。多边化由于同号刃型位错的塞积而导致晶体点阵弯曲，由于同号刃型位错塞积而导致晶体点阵弯曲，在退火过程中通过刃型位错的攀移和滑移，通过刃型位错的攀移和滑移，使同号刃型位错沿垂直于滑移面的方向排列成小角度的亚晶界。此过程称为多边（形）化。多晶体金属塑性变形时，多晶体金属塑性变形时，金属塑性变形时滑移通常是在许多互相交截的滑移面上进行，截的滑移面上进行，产生由缠结位错构成的胞状组织。因此，多边化后不仅所形成的亚晶粒小得多，而且许多亚晶界是由位错网组成的。对性能影响：去除残余应力，使冷变形的金属件在基本保持应变硬化状态的条件下，降低其内应力，以免变形或开裂，保持应变硬化状态的条件下，降低其内应力，以免变形或开裂，并改善工件的耐蚀性。并改善工件的耐蚀性。再结晶是一种形核和长大的过程，靠原子的扩散进行。冷变形金属加热时组织与性能最显著的变化就是在再结晶阶段发生的。特点：1）、组织发生变化，由冷变形的伸长晶粒变为新的等轴晶粒；2）、力学性能发生急剧变化，强度、硬度急剧下降，应变硬化全部消除,恢复到变形前的状态3）、变形储能在再结晶过程中全部释放。三类应 力（点阵畸变）、变形储能在再结晶过程中全部释放。对性能影响：强度迅速下降，强度迅速下降，塑性迅速升高。冷变形金属在加热过程中性能随温度升高而变化，冷变形金属在加热过程中性能随温度升高而变化，在再结晶阶段发生突变。6.何谓临界变形度，在工业生产中有何意义。再结晶后的晶粒大小与冷变形时的变形程度有一定关系，在某个变形程度时再结晶后得到的晶粒特别粗大，对应的冷变形程度称为临界变形度粗大的经历对金属的力学性能十分不利，故在压力加工时，应当避免在临界变形程度范围内进行加工，一面再结晶后产生粗晶。此外,在锻造零件时，如锻造工艺或锻模设计不当，局部区域的变形量可能在临界变形度范围内，则退货后造成局部粗晶区，时零件在这些部位遭到破坏。7.一块纯锡板被枪弹击穿，经再结晶退火后，大孔周围的晶粒大小有何特征，并说明原因。答：晶粒异常长大，因为受子弹击穿后，大孔周围产生了较大的变形度，由于变形度对再结晶晶粒大小有着重大影响，而且在受击穿空洞的周围其变形度呈现梯度变化，因此当变形度达到某一数值的时候，就会得到特别粗大的晶粒了。10.金属材料在热加工时为了获得较小的晶粒组织，应该注意什么问题？答：应该注意其变形度避开金属材料的临界变形度；提高再结晶退火温度；尽量使原始晶粒尺寸较细；一般采用含有较多合金元素或杂志的金属材料，这样不仅增加变形金属的储存能，还能阻碍晶界的运动，从而起到细化晶粒的作用。11.为了获得较小的晶粒组织，应该根据什么原则制定塑性变形以及退火工艺？答：在热轧或锻造过程中：在热轧或锻造过程中：1）控制变形度；控制变形度；控制变形度2）控制热轧或锻造温度。控制热轧或锻造温度。控制热轧或锻造温度细化晶粒方法在热处理过程中：控制加热和冷却工艺参数，控制加热和冷却工艺参数利用相变重结晶来细化晶粒。重结晶来细化晶粒。对冷变形后退火态使用的合金：1）控制变形度；控制变形度;控制变形度2）控制再结晶退火温度和时间。控制再结晶退火温度和时间。控制再结晶退火温度和时间第八章1.何谓扩散，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，是物质传输的一种方式。固态扩散根据扩散过程是否发生浓度变化可以分为自扩散和异扩散；根据扩散是否与浓度梯度的方向相同可分为上坡扩散和下坡扩散；根据扩散过程是否出现新相可分为原子扩散和反应扩散。2.何谓上坡扩散和下坡扩散?试举几个实例说明之。上坡扩散是沿着浓度升高的方向进行扩散，即由低浓度向高浓度方向扩散，使浓度发生两级分化。例如奥氏体向珠光体转变的过程中，碳原子由浓度较低的奥氏体向浓度较高的渗碳体扩散，就是上坡扩散。下坡扩散就是沿着浓度降低的方向进行的扩散，使浓度趋于均匀化，例如铸件的均匀化退火、渗碳等过程都是下坡扩散。3.扩散系数的物理意义是什么?影响因素有哪些？扩散系数口=口(/9.),其物理意义相当于浓度梯度为1 时的扩散通量，D 的值越大，则扩散越快。影响因素:4.固态金属中要发生扩散必须满足哪些条件。固态金属要发生扩散，必须满足:1)扩散要有驱动力2)扩散原子要固溶3)温度要足够高4)时间要足够长5.铸造合金均匀化退火前的冷塑性变形对均匀化过程有何影响?是加速还是减缓？为什么。塑性变形有细化晶粒的作用，使均匀扩散原子迁移的距离缩短，所以应该是加速，因为1)内能提高；2)粗大的枝晶被打碎，扩散距离缩短，扩散过程加快。.6.已知铜在铝中的扩散常数Do=O.84xlO5m2/s,Q=136xlO3J/m o l,试计算在477c和 497c时铜在铝中的扩散系数。解：由扩散系数D=D o e(Q R D及已知条件D o=O.84 X 1 05m2/s,Q=1 3 6 X 1 0 3 J/m o l带入到扩散系数公式中，可得D尸DO-MT 1 0.84 X 1 0-5Xe1 3 6 x lA 3/t8-3 1 x(4 77+2 73)=2.80 2 2X 1 0 1 5 m 2/5D2=D0e(Q/R T)=0.84 X 1 0-5Xe1 3 6 x lA 3/83 1 x(4 97+2 73)=4.93 91 X 1 0 5 m 2/$故在4 77和4 97时铜在铝中的扩散系数分别为2.80 2 2X 1 0,2/5 和 4.93 91 X 1 01 5m2/s o8.可否用铅代替铅锡合金作对铁进行钎焊的材料，试分析说明之。答：不能，因为锡在铁中的扩散速度要比铅快得多，因此用铅锡合金作为钎焊材料，有助于保证焊接接头的强度，若用铅代替，则铅在铁中的扩散速率较低，异扩散速度较慢，因此将使焊接接头性能大大降低。1 0.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）渗碳应当在r-F e 中进行还是应当 在 a-F e 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）温度高时渗碳速度加快。温度是影响扩散系数的最主要因素。随着温度的升高，扩散系数急剧增大。这是由于温度越高，则原子的振动能越大，因此借助于能量起伏而越过势垒进行迁移的原子几率越大。止 匕 外，温度升高，金属内部的空位浓度提高，这也有利于扩散。2）应当在Y-Fe中进行。尽管碳原子在a-Fe中的扩散系数比在Y-Fe中的大，可是渗碳温度仍选在奥氏体区域。其原因一方面是由于奥氏体的溶碳能力远比铁素体大，可以获得较大的渗层深度；另一方面是考虑到温度的影响，温度提高，扩散系数也将大大增加。3）在位错、空位等缺陷处的原子比完整晶格处的原子扩散容易得多。原子沿晶界扩散比晶内快。因此，空位密度、位错密度越大,晶粒越小，则渗碳速度越快。