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化學(xué)熱處理的基本原理

查看：1778 　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)部擴散，即吸附擴散
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)部擴散，即反應(yīng)擴散
3．關(guān)鍵是具有高能量的活性原子
滲入元素擴散：
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)部擴散，形成擴散層
3．擴散層的特點是滲入元素在表面層的濃度高，離開表層越遠(yuǎn)，濃度越低
間隙式擴散：
1．原子在晶格點隈的間隙位置間躍遷，形成間隙固溶體。例如C、N、B在鐵中按此方式擴散
2．間隙式擴散的另一種形式是Cr、Al、Si、V等原子滲入奧氏體中形成置換式固溶體
空位式擴散：
晶體中的空位存在使原子遷移，產(chǎn)生連續(xù)的空位運動，同時空位的遷移產(chǎn)生了原子擴散
溫度對擴散的影響：
1．擴散系數(shù)隨溫度升高而急劇增大，溫度升高，原子熱振動能量大，同時，晶格空位密度增大，使擴散速度增加
C在奧氏體中擴散速度從850oC→925 oC，提高1.5倍；N在鐵不體中擴散速度從500~550 oC提高1倍
2．滲層濃度和溫度成指數(shù)關(guān)系
濃度對擴散的影響：
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，使擴散系數(shù)增加，在相同擴散時間條件下，滲層深度越深
2．氣體滲碳強滲階段的大滴量或高碳勢就是增加里外濃度差，有利擴散。該工藝比原工藝時間縮短30%~50%
對擴散時間影響：
擴散時間長，滲層深度加大，擴散時間和滲層深度是拋物線關(guān)系
晶體結(jié)構(gòu)對擴散的影響：
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)固溶體中擴散系數(shù)不同
2．在910oC時，碳在γ- Fe中擴散比在α- Fe中擴散快得多
3．在600oC時，氮在α- Fe中擴散系數(shù)是γ- Fe的2000倍
4．擴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
固溶體類型對擴散的影響：
碳、氮等原子在間隙式固溶體中擴散經(jīng)在置換式固溶體中擴散快得多
合金元素對擴散的影響：
1．滲碳時，強碳化物形成元素W、Mo、Cr、V使擴散激活能提高，擴散系數(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散激光器活能降低，擴散系數(shù)增加，降低表面碳濃度
3．滲氮時，鋼中碳和大多數(shù)合金元素（鋁除外）均降低氮擴散系數(shù)
4． 800oC以上碳、氮共滲時，氮的存在，使碳擴散加速顯著
晶界對擴散影響：
1．晶界上晶體缺陷多，原子沿晶界擴散所需激活能量少，擴散速度比晶內(nèi)快。合金鋼滲碳時，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，晶界上的元素迅速向晶內(nèi)溶解，晶界優(yōu)先擴散不易覺察
變形及應(yīng)力對擴散的影響：
塑性變形及應(yīng)力，增加晶體結(jié)構(gòu)缺陷，造成點陣畸變使擴散系數(shù)增大
催滲劑對擴散的影響：
1．滲碳時加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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