金属学与热处理(第8章)PPT.ppt

合金长时间保温扩散退火时,枝晶偏析的溶质原子从高 浓度区向低浓度区扩散,随退火时间增加, 成分均匀化. 初始条件:t =0时，x=1/2 ? , 3/2 ? ；则C= Cmax , C= Cmin 边界条件:t 0时,x=0，? , 2 ? ,C= Cp 求得正弦解： 当x=1/2 ? , sin(?x/ ?)=1时, C(1/2 ? ,t)= Cp+ * 因为A0= Cmax- Cp，所以有 ：为偏析峰值衰减程度 实际上，想达到完全均匀化（ C=Cp）和偏析峰值衰减程度?0，是不可能的。 * 设铸锭经均匀化退火后，成分偏析的振幅要求降到原来的1%，此时 即 算得，要使偏析峰值衰减程度达到偏析峰值的1%，所需退火时间为： 计算得使偏析衰减程度达到偏析峰值的1% * 看出： 铸锭均匀化退火所需时间t与枝晶间距?的平方成正比，减小原始组织中晶粒尺寸或枝晶间距离，可缩短均匀化扩散时间。 铸锭均匀化退火所需时间t与扩散系数D成反比 应用: 用快速凝固或锻打的方法以使枝晶破碎，均可使枝晶间距减小。 提高均匀化退火温度，温度越高，则扩散系数D越大，均匀化退火所需时间越短。 * 2、金属的粘接 工业粘接金属的方法如焊接、电镀、包金属、浸镀等，都是应用扩散的例子。要使金属粘接，必须发生扩散，否则就不能粘接牢固。 1）钎焊：连接金属的一种方法。 * 钎焊方法： 搭接?放钎料?加热到稍高于钎料熔点的温度?钎料熔化并填满母材间隙?钎料冷却,将零件牢固地连接起来。 钎焊特点： 钎焊时只是钎料熔化，而母材为固态。因此，要求钎料的熔点要低于母材的熔点。 要求钎料和母材不但液态时能互溶，固态时也必须互溶，依靠它们的相互扩散形成牢固的金属结合。 * 钎料与母材的扩散 两种情况:母材→液态钎料和液态钎料→母材 母材向液态钎料中的扩散量，除了与钎料成分有关，主要决定于加热温度和保温时间。 原因：固态金属在液体中的扩散系数远大于在固体中的。加热温度越高，时间越长，溶解量越大。母材溶解量适当，有利于提高接头强度；溶解量过大，将使钎料熔点提高，流动性变差，不能填满母材间隙，会出现熔蚀缺陷，如图。 因此，钎焊时必须严格控制 加热温度和保温时间。 * 钎缝组织可根据相图判断 若钎料与母材在相图上形成固溶体，界面区可能出现固溶组织，具有良好的强度和塑性，对接头性能有利。 如果钎料与母材的相图中存在化合物，则钎焊后的界面区中可能出现化合物，金属间化合物可使接头性能下降。 钎料：B，母材：A。 * 闫健 yanjian@hfut.edu.cn * 第八章 扩散 8.1 概述 扩散的现象 扩散的机制 扩散的条件与分类 8.2 扩散定律 8.3 扩散的影响因素 * 学习要求 1. 掌握扩散现象与机制 2. 区分稳定扩散与非稳定扩散 3. 掌握菲克第一定律，第二定律的表达式 4. 熟悉影响扩散的因素 * 8.1 概述 扩散的概念 物质中原子（分子）的迁移现象称为扩散。 气体和液体中的扩散现象容易被人们察觉，例如水盆中滴一滴墨水，很快就均匀了。在房间角落喷点香水，很快整个房间充满香味。而固态金属中也同样存在着扩散现象，原子依靠热运动不断地从一个位置移动到另一位置。 研究扩散的意义 铸件的均匀化退火、合金中的固态相变、钢的各种化学热处理等都与扩散密切相关。 半导体电子、陶瓷、储能材料等，扩散都发挥着重要作用 了解材料的微观结构变化以及控制这些过程有重要意义 * 应用举例 铸造合金消除枝晶偏析的均匀化退火 钢在加热和冷却时的一些相变 变形金属的回复与再结晶 钢的化学热处理 金属加热过程中的氧化和脱碳 粉末合金的烧结 * 固态扩散是大量原子无序跃迁的统计结果 晶体的周期势场中,原子向各个方向跃迁几率相等,这样,不会产生物质传输的宏观扩散效果. 若晶体周期场的势能曲线倾斜(图),则原子自左向右跃迁的激活能为Q,自右向左的激活能为 Q＋ΔC.那么,原子向右跳动的几率将大于向左跳动的几率.大量原子的无序跃迁造成物质的定向迁移，即发生扩散. 扩散不是原子的定向跃迁,而是原子的随机无序跃迁 * * 温度较高时，晶格扩散起主要作用。进行晶格扩散时，原子的迁移有以下一些方式： 1.空位机制（Vacancy diffusion） ： 温度越高，晶体中的空位越多，处于空位旁边的原