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化學(xué)熱處理的基本原理
滲劑分解:
1. 滲劑發(fā)生分解反應(yīng),反應(yīng)物提供欲滲元素的活性原子過(guò)程
2. 一般中性原子或分子,因化學(xué)活動(dòng)力不夠或體積太大無(wú)法滲入工件表面
3. 只有具有較大能量的新生態(tài)活性原子,才能與金屬表面的原子發(fā)生相互作用滲入工件表面,例如滲碳時(shí)2CO→CO2+〔C〕
4. 分解反應(yīng)的速度與外界的溫度及催化劑作用有關(guān)
       CH4→2H2+〔C〕    2NH3→3H2+2〔N〕
活性原子吸收:
1. 活性原子先被吸附在工件表面,然后溶入金屬基本的晶格中,并向內(nèi)部擴(kuò)散,即吸附擴(kuò)散
2. 活性原子首先與金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成化合物,然后化合物溶解,滲入元素向金屬內(nèi)部擴(kuò)散,即反應(yīng)擴(kuò)散
3. 關(guān)鍵是具有活性原子
滲入元素?cái)U(kuò)散:
1. 鋼表面吸收活性原子后滲入元素的濃度大大提高,使表面和內(nèi)部形成濃度差
2. 在溫度下,原子沿著濃度梯度下降的方向往工件內(nèi)部擴(kuò)散,形成擴(kuò)散層
3. 擴(kuò)散層的特點(diǎn)是滲入元素在表面層的濃度高,離開(kāi)表層越遠(yuǎn),濃度越低
間隙式擴(kuò)散:
1. 原子在晶格點(diǎn)隈的間隙位置間躍遷,形成間隙固溶體。例如C、N、B在鐵中按此方式擴(kuò)散
2. 間隙式擴(kuò)散的另一種形式是Cr、Al、Si、V等原子滲入奧氏體中形成置換式固溶體
空位式擴(kuò)散:
晶體中的空位存在使原子遷移,產(chǎn)生連續(xù)的空位運(yùn)動(dòng),同時(shí)空位的遷移產(chǎn)生了原子擴(kuò)散
溫度對(duì)擴(kuò)散的影響:
1. 擴(kuò)散系數(shù)隨溫度升高而急劇增大,溫度升高,原子熱振動(dòng)能量大,同時(shí),晶格空位密度增大,使擴(kuò)散速度增加
C在奧氏體中擴(kuò)散速度從850oC→925 oC,提高1.5倍;N在鐵不體中擴(kuò)散速度從500~550 oC提高1倍
2. 滲層濃度和溫度成指數(shù)關(guān)系
濃度對(duì)擴(kuò)散的影響:
1. 滲入元素的濃度越高,表層與內(nèi)部間的濃度差越大,濃度梯度則越大,使擴(kuò)散系數(shù)增加,在相同擴(kuò)散時(shí)間條件下,滲層深度越深
2. 氣體滲碳強(qiáng)滲階段的大滴量或高碳勢(shì)就是增加里外濃度差,有利擴(kuò)散。該工藝比原工藝時(shí)間縮短30%~50%
對(duì)擴(kuò)散時(shí)間影響:
擴(kuò)散時(shí)間長(zhǎng),滲層深度加大,擴(kuò)散時(shí)間和滲層深度是拋物線關(guān)系
晶體結(jié)構(gòu)對(duì)擴(kuò)散的影響:
1. 若金屬有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變(Fe、Ti),則同一元素在不同結(jié)構(gòu)固溶體中擴(kuò)散系數(shù)不同
2. 在910oC時(shí),碳在γ- Fe中擴(kuò)散比在α- Fe中擴(kuò)散快得多
3. 在600oC時(shí),氮在α- Fe中擴(kuò)散系數(shù)是γ- Fe的2000倍
4. 擴(kuò)散與晶體中原子密排程度有關(guān),γ- Fe原子密排系數(shù)為0.74,α- Fe為0.68
固溶體類型對(duì)擴(kuò)散的影響:
碳、氮等原子在間隙式固溶體中擴(kuò)散經(jīng)在置換式固溶體中擴(kuò)散快得多
合金元素對(duì)擴(kuò)散的影響:
1. 滲碳時(shí),強(qiáng)碳化物形成元素W、Mo、Cr、V使擴(kuò)散激活能提高,擴(kuò)散系數(shù)減少,并增加表面碳濃度
2. Ni、Co等元素使碳在奧氏體中的擴(kuò)散激光器活能降低,擴(kuò)散系數(shù)增加,降低表面碳濃度
3. 滲氮時(shí),鋼中碳和大多數(shù)合金元素(鋁除外)均降低氮擴(kuò)散系數(shù)
4. 800oC以上碳、氮共滲時(shí),氮的存在,使碳擴(kuò)散加速顯著
晶界對(duì)擴(kuò)散影響:
1. 晶界上晶體缺陷多,原子沿晶界擴(kuò)散所需激活能量少,擴(kuò)散速度比晶內(nèi)快。合金鋼滲碳時(shí),碳化物首先沿奧氏體晶界或晶粒交界處成核,并沿晶界長(zhǎng)大。滲碳后緩冷常沿奧氏體晶界析出網(wǎng)絡(luò)狀碳化物
2. 晶粒粗大,在晶界上優(yōu)先成核。晶粒細(xì)小時(shí),晶界上的元素迅速向晶內(nèi)溶解,晶界優(yōu)先擴(kuò)散不易覺(jué)察
變形及應(yīng)力對(duì)擴(kuò)散的影響:
塑性變形及應(yīng)力,增加晶體結(jié)構(gòu)缺陷,造成點(diǎn)陣畸變使擴(kuò)散系數(shù)增大
催滲劑對(duì)擴(kuò)散的影響:
1. 滲碳時(shí)加NH4Cl、CCl4,使?jié)B速加快
2. 加海綿鈦,加氧使?jié)B氮速度加快

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