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化學(xué)熱處理的基本原理

查看：1452 　發(fā)稿日期：2016-01-13 17:08:33

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)鍵是具有高能量的活性原子
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．在一定溫度下，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，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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