金屬學(xué)及熱處理第八章-擴(kuò)散

第八章材料中的擴(kuò)散r擴(kuò)散:物質(zhì)中原子（或分子）的遷移現(xiàn)象，它是物質(zhì)傳輸?shù)囊环N方式.?原子的微觀運(yùn)動(dòng)會(huì)引起物質(zhì)的宏觀流動(dòng),氣體和液體的擴(kuò)散易察覺(jué).?固態(tài)金屬中同樣存在擴(kuò)散現(xiàn)象,且擴(kuò)散是固體中物質(zhì)傳遞的唯一方式.?擴(kuò)散是金屬中的一個(gè)重要現(xiàn)象，是金屬學(xué)的一個(gè) 重要領(lǐng)域，它與金屬的加工、使用性能間存在密 切關(guān)系.材料中的擴(kuò)散r應(yīng)用舉例u鑄造合金消除枝晶偏析的均勻化退火u鋼在加熱和冷卻時(shí)的一些相變u變形金屬的回復(fù)與再結(jié)晶u鋼的化學(xué)熱處理第一節(jié)概述一、擴(kuò)散現(xiàn)象?氣體和液體中的擴(kuò)散現(xiàn)象?例如：鮮花的芬芳，糖水的甜味?由物質(zhì)的原子或分子遷移造成,是物質(zhì)傳輸?shù)慕Y(jié)果。擴(kuò) 散方向是自濃度高的方向向濃度低的方向進(jìn)行，直至 各處濃度均勻?yàn)橹??固態(tài)物質(zhì)中的擴(kuò)散現(xiàn)象?金屬結(jié)晶時(shí),液態(tài)金屬原子向固態(tài)晶核的遷移,再結(jié)晶 晶粒長(zhǎng)大,鋼的滲碳,金屬的焊接等?固體中的擴(kuò)散速率十分緩慢，但確實(shí)存在。r固態(tài)擴(kuò)散的實(shí)驗(yàn)(柯肯達(dá)爾效應(yīng))?把Cu、Ni棒對(duì)焊，在焊接面上鑲嵌上鎢絲作為 界面標(biāo)志。加熱到高溫并保溫，界面標(biāo)志鎢絲 向純Ni一側(cè)移動(dòng)了一段距離.?柯肯達(dá)爾效應(yīng):置換互溶組元所構(gòu)成的擴(kuò)散偶中, 由于兩種原子以不同速度相對(duì)擴(kuò)散,擴(kuò)散通量不 相等造成標(biāo)記面漂移的現(xiàn)象.r固態(tài)金屬中原子的躍遷?金屬晶體中的原子按一定規(guī)律呈周期性重復(fù)排列，每個(gè) 原子都處于周期性規(guī)律變化的結(jié)合能曲線的勢(shì)能谷中， 相鄰原子間都隔著一個(gè)勢(shì)壘Q,因此它們不會(huì)合并，也很 難換位。?但是，原子時(shí)刻進(jìn)行著熱振動(dòng)，振動(dòng)能量與溫度有關(guān)。當(dāng)溫度不變時(shí)，存在著能量起伏。?能量起伏的存在使部分原子具有足夠高的能量,跨越勢(shì)壘,由原來(lái)平衡位置躍遷到相鄰平衡位置。?只要熱力學(xué)溫度不是零度，原子就有熱振動(dòng)，依靠能量

起伏被熱激活，以進(jìn)行擴(kuò)散遷移。?溫度越高，原子遷移的幾率越大。r固態(tài)擴(kuò)散是大量原子無(wú)序躍遷的統(tǒng)計(jì)結(jié)果?晶體的周期勢(shì)場(chǎng)中,原子向各個(gè)方向躍遷幾率相等,這樣,不會(huì)產(chǎn)生物質(zhì)傳輸?shù)暮暧^擴(kuò)散效果.?若晶體周期場(chǎng)的勢(shì)能曲線傾斜(圖),則原子自左向右躍 遷的激活能為Q,自右向左的激活能為Q＋ΔC.那么,原 子向右跳動(dòng)的幾率將大于向左跳動(dòng)的幾率.大量原子的 無(wú)序躍遷造成物質(zhì)的定向遷移，即發(fā)生擴(kuò)散.?擴(kuò)散不是原子的定向躍遷,而是原子的隨機(jī)無(wú)序躍遷二、擴(kuò)散機(jī)理?對(duì)于不同晶體結(jié)構(gòu)的金屬材料，原子的跳動(dòng)方式不同，故擴(kuò)散機(jī)理隨晶體結(jié)構(gòu)的不同而變化。原因:擴(kuò)散不僅由原子的熱運(yùn)動(dòng)所控制，還受具體的晶體結(jié)構(gòu)制約。?擴(kuò)散需具備的條件:能量條件與結(jié)構(gòu)條件?擴(kuò)散模型(按照單原子的跳動(dòng)方式分)?空位擴(kuò)散機(jī)理?間隙擴(kuò)散機(jī)理1空位擴(kuò)散機(jī)理r定義：通過(guò)擴(kuò)散原子與空位交換位置來(lái)實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的宏觀遷移。r空位的存在，使周?chē)徑悠x平衡位置，勢(shì)能 升高，從而使原子跳入空位所需跨越的勢(shì)壘高度降 低，相鄰原子就易于向空位跳動(dòng)。溫度越高，空位 越多，金屬中原子的擴(kuò)散越容易。r空位擴(kuò)散是固態(tài)金屬最可能采取的擴(kuò)散機(jī)制?基于柯肯達(dá)爾效應(yīng)，以及實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中存在著一定數(shù)量點(diǎn)陣空位的事實(shí)，空位擴(kuò)散可能是置換固溶體的互擴(kuò)散和純金屬的自擴(kuò)散唯一采取的方式。2.間隙擴(kuò)散機(jī)理r定義：擴(kuò)散原子在點(diǎn)陣間隙位置間躍遷導(dǎo)致的擴(kuò)散。?間隙固溶體中,溶質(zhì)原子從其所占間隙位置跳到鄰近另一個(gè)空著的間隙位置?置換固溶體中,溶質(zhì)或溶劑原子從原來(lái)所占據(jù)的平衡位置跳到間隙位置，再跳到鄰近其他間隙位置.r實(shí)現(xiàn)間隙擴(kuò)散的條件:?結(jié)構(gòu)條件:擴(kuò)散原子周?chē)邆鋷缀伍g隙位置?能量條件:克服跳動(dòng)時(shí)周?chē)圏c(diǎn)原子的阻力r間隙固溶體中,溶質(zhì)原子占據(jù)的間隙位置很少,大部分是空的,可供間隙原子跳動(dòng),間隙擴(kuò)散可能性大.r對(duì)置換固溶體,原子尺寸大,間隙很小,處于平衡位置的原子要跳入很小的間隙位置,且還要通過(guò)兩個(gè)原子之間更小的間隙跳到另一個(gè)間隙位置，很難.1、擴(kuò)散要有驅(qū)動(dòng)力u擴(kuò)散過(guò)程是在驅(qū)動(dòng)力作用下進(jìn)行的，擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力不是濃度梯度,而是化學(xué)位梯度。原因：一些擴(kuò)散過(guò)程沿著濃度降低的方向進(jìn)行，使?jié)舛融呌诰鶆蚧?，而另一些擴(kuò)散過(guò)程是沿著濃度升高的方向進(jìn)行。因此，濃度梯度并不是導(dǎo)致擴(kuò)散的本質(zhì)原因。u從熱力學(xué)來(lái)看，等溫等壓條件下，不管濃度梯度 如何，組元原子總是從化學(xué)位高處自發(fā)轉(zhuǎn)移到化 學(xué)位低處，當(dāng)每種組元的化學(xué)位在系統(tǒng)中各點(diǎn)都 相等時(shí)，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。三、固態(tài)金屬擴(kuò)散的條件2、擴(kuò)散原子要固溶u擴(kuò)散原子在基體金屬中必須有一定固溶度，溶入基體晶格形成固溶體，才能進(jìn)行固態(tài)擴(kuò)散。u例1：在水中滴墨水，可很快擴(kuò)散均勻.但在水中滴油，放置多久也不擴(kuò)散均勻。u例2：鉛不能固溶于鐵，故鋼可以在鉛浴中加熱， 獲得光亮清潔表面，不用擔(dān)心鉛粘附鋼材表面。3、溫度要足夠高u固態(tài)擴(kuò)散依靠原子熱激活而進(jìn)行。溫度越高，原子熱振動(dòng)越激烈，被激活而遷移的幾率越大。u只要熱力學(xué)溫度不是零，總有部分原子被激活而遷移。 溫度低時(shí)，原子被激活的幾率很低，表現(xiàn)不出物質(zhì)輸 送的宏觀效果，好象擴(kuò)散過(guò)程被“凍結(jié)”，不同物質(zhì)擴(kuò)散

“凍結(jié)”的溫度不同。u如,碳原子在室溫下的擴(kuò)散極其微弱，100℃以上時(shí)較顯著，而鐵原子須在500℃以上才能擴(kuò)散。4、時(shí)間要足夠長(zhǎng)u原子在晶體中躍遷一次最多移動(dòng)0.3-0.5nm的距離，擴(kuò)散1mm的距離須躍遷億萬(wàn)次。且原子躍遷的過(guò)程是隨機(jī)的，所以，只有經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間才能造成物質(zhì)的宏觀定向遷移。u應(yīng)用:快速冷卻到低溫，原子來(lái)不及被激活，使擴(kuò)散過(guò)程“凍結(jié)”，就可以保持高溫下的狀態(tài)。u舉例四、固態(tài)擴(kuò)散的分類(lèi)1、根據(jù)擴(kuò)散過(guò)程中是否發(fā)生濃度變化分類(lèi)r自擴(kuò)散：不伴有濃度變化的擴(kuò)散，與濃度梯度無(wú)關(guān)，只發(fā)生在純金屬和均勻固溶體中。u例:純金屬的晶粒長(zhǎng)大是大晶粒吞并小晶粒。晶界移

動(dòng)，原子由小晶粒向大晶粒遷移，無(wú)濃度變化。u例:均勻固溶體的晶粒長(zhǎng)大,也不發(fā)生濃度的變化.r互擴(kuò)散：伴有濃度變化的擴(kuò)散，與異類(lèi)原子的濃度差 有關(guān)。擴(kuò)散過(guò)程中，異類(lèi)原子相對(duì)擴(kuò)散，互相滲透， 故又稱(chēng)“異擴(kuò)散”或“化學(xué)擴(kuò)散”。2、根據(jù)擴(kuò)散方向與濃度梯度方向相同與否分類(lèi)r下坡擴(kuò)散u沿著濃度降低的方向進(jìn)行的擴(kuò)散，使?jié)舛融呌诰鶆蚧?。u例:鑄錠的均勻化退火、滲碳、滲金屬等。r上坡擴(kuò)散u沿著濃度升高的方向進(jìn)行的擴(kuò)散，即由低濃度向高濃度方向擴(kuò)散，使?jié)舛劝l(fā)生兩極分化。u例:將含碳量相近的碳鋼與硅鋼對(duì)焊，高溫加熱，發(fā) 現(xiàn)：碳由低濃度一側(cè)向高濃度一側(cè)擴(kuò)散，發(fā)生上坡 擴(kuò)散，擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力為化學(xué)位梯度。r上坡擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力也可以是彈性應(yīng)力梯度、電位梯度或溫度梯度。?如圖,將均勻的單相固溶體Al-Cu合金方棒加以彈性彎曲，在一定溫度下加熱后,發(fā)生上坡擴(kuò)散。?上坡擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力:應(yīng)力梯度3、根據(jù)擴(kuò)散過(guò)程中是否出現(xiàn)新相進(jìn)行分類(lèi)r原子擴(kuò)散?定義：在擴(kuò)散過(guò)程中基體晶格始終不變,沒(méi)有新相產(chǎn)生，稱(chēng)為原子擴(kuò)散。r反應(yīng)擴(kuò)散?定義：通過(guò)擴(kuò)散，使固溶體內(nèi)溶質(zhì)組元濃度超過(guò) 固溶度極限而不斷形成新相的過(guò)程.(屬于一種相 變擴(kuò)散)?反應(yīng)擴(kuò)散形成的新相，可以是新的固溶體,也可以是各種化合物。r參考相圖對(duì)新相進(jìn)行分析例如:鐵在1000℃加熱時(shí)被氧化，氧化層組織如圖，由表向內(nèi)依次為：Fe2O3、Fe3O4、FeO、Fer反應(yīng)擴(kuò)散的特點(diǎn):?在相界面處產(chǎn)生濃度突變，濃度正好對(duì)應(yīng)于相圖中相的極限溶解度。?原因：（可用相律F=C-P+1解釋?zhuān)?擴(kuò)散溫度一定，F(xiàn)=C-P，在單相區(qū)，F(xiàn)=2-1=1，自由度為1，即單相區(qū)濃度可變，存在濃度梯度?在兩相區(qū)，F(xiàn)=2-2=0，即各相的濃度不能改變，其大小分別相當(dāng)于與其相鄰的單相區(qū)濃度。?每個(gè)組元的化學(xué)位在兩相區(qū)中的各點(diǎn)都相等，不存 在化學(xué)位梯度，擴(kuò)散失去了驅(qū)動(dòng)力，因此，二元系 的擴(kuò)散層中不可能存在兩相區(qū)。第二節(jié)擴(kuò)散定律?一、菲克第一定律（研究擴(kuò)散現(xiàn)象的宏觀規(guī)律）

r將兩根不同溶質(zhì)濃度的固溶體合金棒對(duì)焊，加熱 到高溫，則溶質(zhì)原子將從濃度較高一端向濃度較低 一端擴(kuò)散，并沿長(zhǎng)度方向形成濃度梯度.r如在擴(kuò)散過(guò)程中各處濃度C只隨距離X變化，不隨時(shí)間t變化，則單位時(shí)間通過(guò)單位垂直截面的擴(kuò)散流量J對(duì)于各處都相等。r即：每一時(shí)刻從左邊擴(kuò)散來(lái)多少原子，就向右邊擴(kuò)散走多少原子，沒(méi)有盈虧，濃度不隨時(shí)間變化，這種擴(kuò)散稱(chēng)穩(wěn)定態(tài)擴(kuò)散。?1885年，菲克進(jìn)行了固態(tài)原子從高濃度向低濃度的擴(kuò) 散實(shí)驗(yàn)，表明：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)垂直于擴(kuò)散方向的單 位截面積的擴(kuò)散流量與該截面處的濃度梯度成正比。?稱(chēng)菲克第一定律，其數(shù)學(xué)表達(dá)式稱(chēng)擴(kuò)散第一方程：?J：擴(kuò)散流量，擴(kuò)散物質(zhì)流過(guò)單位截面速度；?D：擴(kuò)散系數(shù),反映擴(kuò)散速度的物理量,是單位濃度梯度時(shí)的擴(kuò)散流量，D值越大,擴(kuò)散越快。?負(fù)號(hào)：表示擴(kuò)散流方向與濃度梯度方向相反dx?dC：體積濃度梯度，r擴(kuò)散第一定律的說(shuō)明:u描述溶質(zhì)原子的宏觀移動(dòng)與其濃度梯度的關(guān)系u將金屬看作連續(xù)介質(zhì)，建立微分方程求解，不涉及金屬內(nèi)部的原子過(guò)程.r適用范圍:u穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散，即在一定區(qū)域內(nèi)，濃度和濃度梯度不

隨時(shí)間變化，不考慮時(shí)間因素對(duì)擴(kuò)散的影響.u但實(shí)際上穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散的情況很少，大部分屬于非穩(wěn)定態(tài)擴(kuò)散，需要應(yīng)用菲克擴(kuò)散第二定律。?二、菲克第二定律?非穩(wěn)定態(tài)擴(kuò)散:在擴(kuò)散過(guò)程中，各處的濃度梯度不僅隨距離x變化，而且隨時(shí)間t變化。?描述非穩(wěn)定態(tài)擴(kuò)散中各截面濃度梯度與距離x和時(shí)間t間的關(guān)系，要建立偏微分方程。?方法:在擴(kuò)散通道中取相距dx的兩個(gè)垂直于X軸的平面,割取一微小體積進(jìn)行質(zhì)量平衡運(yùn)算,即該微小體積中的物質(zhì)增加率等于流入和流出該體積的流量差。?故物質(zhì)的積存速率=?而物質(zhì)的積存速率也可用體積濃度C的變化率表 示,則微小體積Adx內(nèi)物質(zhì)積存速率為(2)(3)Adx?C

?t=?(CAdx)

?t

r(微小體積中積存物質(zhì)量)=(流入-流出)物質(zhì)量r設(shè)兩平面截面積均為A，在某一時(shí)間間隔內(nèi)流入 和流出微小體積的物質(zhì)擴(kuò)散流量為J1和J2。J=?DdC/dx?x?（2）式與（3）式聯(lián)立，得到將即為菲克第二定律.若擴(kuò)散系數(shù)D與濃度無(wú)關(guān),為常數(shù),則(4)?J

?x=??C

?t代入（4）式,(6)?2C

2=D寫(xiě)為：?C

?t=D?t?x(6)三、擴(kuò)散應(yīng)用舉例r擴(kuò)散第二定律普遍適用于一般的擴(kuò)散過(guò)程。r擴(kuò)散方程是偏微分方程，不能直接應(yīng)用，必須 結(jié)合實(shí)際的擴(kuò)散過(guò)程，運(yùn)用具體的起始條件和 邊界條件，求解后才能應(yīng)用。二定律是以濃度C為因變量，以距離x和時(shí)間t為自變量得偏微分方程，方程的解由解析式C＝f（x，t）給出.2r從?C?2

C式可知,擴(kuò)散第?1、鑄錠（件）的均勻化退火r鑄態(tài)下固溶體合金由于非平衡結(jié)晶,出現(xiàn)枝晶偏析，采用高溫長(zhǎng)時(shí)間均勻化擴(kuò)散退火,使成分均勻化.r溶質(zhì)原子沿x方向的分布，可用正弦曲線方程表示：(7)πx

λCx=Cp+A0sinCmax：溶質(zhì)原子濃度最高值，CP：溶質(zhì)濃度平均值Cmin：溶質(zhì)原子濃度最低值A(chǔ)0:鑄態(tài)合金中成分偏析的振幅.A0=Cmax-CP=CP-Cmin.λ：溶質(zhì)原子濃度最高點(diǎn)與最低點(diǎn)之距離，即枝晶間距（偏析波波長(zhǎng)）的一半。r合金長(zhǎng)時(shí)間保溫?cái)U(kuò)散退火時(shí),枝晶偏析的溶質(zhì)原子從高濃度區(qū)向低濃度區(qū)擴(kuò)散,隨退火時(shí)間增加,成分均勻化.r初始條件:t=0時(shí)，x=1/2λ,3/2λ；則C=Cmax,C=Cminr邊界條件:t>0時(shí),x=0，λ,2λ,C=Cpr求得正弦解：r當(dāng)x=1/2λ,sin(πx/λ)=1時(shí),C(1/2λ,t)=Cp+r因?yàn)锳0=Cmax-Cp，所以有：為偏析峰值衰減程度r實(shí)際上，想達(dá)到完全均勻化（C=Cp）和偏析峰值衰減程度→0，是不可能的。設(shè)鑄錠經(jīng)均勻化退火后，成分偏析的振幅要求降到原來(lái)的1%，此時(shí)即算得，要使偏析峰值衰減程度達(dá)到偏析峰值的1%，所需退火時(shí)間為：計(jì)算得使偏析衰減程度達(dá)到偏析峰值的1%r看出：u鑄錠均勻化退火所需時(shí)間t與枝晶間距λ的平方成正比，減小原始組織中晶粒尺寸或枝晶間距離，可縮短均勻化擴(kuò)散時(shí)間。u鑄錠均勻化退火所需時(shí)間t與擴(kuò)散系數(shù)D成反比r應(yīng)用:u用快速凝固或鍛打的方法以使枝晶破碎，均可使枝晶間距減小。u提高均勻化退火溫度，溫度越高，則擴(kuò)散系數(shù)D越大，均勻化退火所需時(shí)間越短。?2、金屬的粘接?工業(yè)粘接金屬的方法如焊接、電鍍、包金屬、浸鍍 等，都是應(yīng)用擴(kuò)散的例子。要使金屬粘接，必須發(fā) 生擴(kuò)散，否則就不能粘接牢固。?1）釬焊：連接金屬的一種方法。r釬焊方法：搭接→放釬料→加熱到稍高于釬料熔點(diǎn)的溫度→釬料熔化并填滿母材間隙→釬料冷卻,將零件牢固地連接起來(lái)。r釬焊特點(diǎn)：u釬焊時(shí)只是釬料熔化，而母材為固態(tài)。因此，要求釬料的熔點(diǎn)要低于母材的熔點(diǎn)。u要求釬料和母材不但液態(tài)時(shí)能互溶，固態(tài)時(shí)也 必須互溶，依靠它們的相互擴(kuò)散形成牢固的金 屬結(jié)合。r釬料與母材的擴(kuò)散u兩種情況:母材→液態(tài)釬料和液態(tài)釬料→母材u母材向液態(tài)釬料中的擴(kuò)散量，除了與釬料成分有關(guān)，主要決定于加熱溫度和保溫時(shí)間。u原因：固態(tài)金屬在液體中的擴(kuò)散系數(shù)遠(yuǎn)大于在固 體中的。加熱溫度越高，時(shí)間越長(zhǎng)，溶解量越大。 母材溶解量適當(dāng)，有利于提高接頭強(qiáng)度；溶解量 過(guò)大，將使釬料熔點(diǎn)提高，流動(dòng)性變差，不能填 滿母材間隙，會(huì)出現(xiàn)熔蝕缺陷，如圖。u因此，釬焊時(shí)必須嚴(yán)格控制加熱溫度和保溫時(shí)間。第三節(jié)影響擴(kuò)散的因素r由擴(kuò)散第一定律可知: 單位時(shí)間內(nèi)的擴(kuò)散流量J取決于擴(kuò)散系數(shù)D和濃度梯 度dC/dx。r其中，濃度梯度決定于有關(guān)條件，在一定條件下， 擴(kuò)散快慢由擴(kuò)散系數(shù)D決定。?D0：擴(kuò)散常數(shù)，Q：擴(kuò)散激活能，R：氣體常數(shù)，T： 熱力學(xué)溫度。r可見(jiàn)，溫度、D0和Q影響擴(kuò)散過(guò)程。 它們與溫度、應(yīng)力、壓力、介質(zhì)等外部條件有關(guān)， 又與組織、結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分等內(nèi)部因素有關(guān)。一、溫度r溫度是影響擴(kuò)散系數(shù)的最主要因素。由可看出，D與T呈指數(shù)關(guān)系變化，隨溫度升高，擴(kuò)散系數(shù)急劇增大。r原因：?溫度越高，原子振動(dòng)能越大，借助能量起伏而越過(guò)勢(shì)壘遷移的原子幾率越大。?溫度升高，金屬內(nèi)部空位濃度提高，有利于擴(kuò)散。r任何元素的擴(kuò)散，只要測(cè)出D0和Q值，便可計(jì)算出任一溫度下的D值。查表，碳在γ-Fe中擴(kuò)散時(shí)，D0=2.0X10-5m2/s， Q=140X103J/mol，已知R＝8.31J/(mol·K），算 出，927℃和1027℃時(shí)碳的擴(kuò)散系數(shù)分別為：擴(kuò)散系數(shù)增大3倍。

140×1038.31×1200 140×1038.31×1300??D1200=2.0×10?5

eD1300=2.0×10?5

em2/s=1.6×10?11m2/sm2/s=4.8×10?11m2/sr例題自擴(kuò)散系數(shù)為：239×10?5Dα=19×10e8.31×11853

270×1038.31×1185??

Dα/Dγ≈245即:α-Fe的自擴(kuò)散系數(shù)大約是γ-Fe的245倍。Dγ=1.8×10?5

em2/s=2.22×10?17

m2/sm2/s=5.47×10?15

m2/s

二、晶體結(jié)構(gòu)?不同晶體結(jié)構(gòu)具有不同擴(kuò)散系數(shù)(同素異構(gòu)性金屬) 例如,Fe在912℃發(fā)生α-Fe→γ-Fe轉(zhuǎn)變，鐵的r所有元素在α-Fe的擴(kuò)散系數(shù)>γ-Fe中的擴(kuò)散系數(shù)?例:900℃時(shí),置換原子Ni在α-Fe中的擴(kuò)散系數(shù)比在γ-Fe中約大1400倍;527℃時(shí),間隙原子N在α-Fe中的擴(kuò)散系數(shù)比在γ-Fe中約大1500倍。?表明：致密度大，擴(kuò)散系數(shù)小.?原因:在密堆積點(diǎn)陣中的擴(kuò)散比在非密堆積點(diǎn)陣中的慢.原子排列密度大的點(diǎn)陣,原子移動(dòng)需要克服的原子結(jié)合力大,所需的擴(kuò)散激活能大,因此,擴(kuò)散系數(shù)小.?應(yīng)用:滲氮溫度盡量選在共析轉(zhuǎn)變溫度以下（590℃）,可以縮短工藝周期。????盡管碳原子在α-Fe中的擴(kuò)散系數(shù)比在γ-Fe中的大，可是滲碳溫度仍選在奧氏體區(qū)域。原因：1）奧氏體的溶碳能力遠(yuǎn)比鐵素體大，可以獲得較大的滲層深度；2）考慮溫度的影響。晶體結(jié)構(gòu)異向型:在某些晶體結(jié)構(gòu)中，原子擴(kuò)散還具有各向異性的特點(diǎn)。如密排六方結(jié)構(gòu)的鋅，在340--410℃范圍內(nèi)加熱時(shí)，垂直于Z軸方向的擴(kuò)散系數(shù)要比平行Z軸方向的擴(kuò)散系數(shù)大200倍，但在立方晶系金屬中，卻看不到擴(kuò)散的各向異性。?三、固溶體類(lèi)型r固溶體類(lèi)型不同，溶質(zhì)原子的擴(kuò)散激活能不同。 間隙原子的擴(kuò)散激活能都比置換原子的小，所 以擴(kuò)散速度比較大。rQ間隙〈Q置換，D間隙〉D置換例：C、N等溶質(zhì)原子在Fe中的間隙擴(kuò)散激活能比Cr、Al等溶質(zhì)原子在Fe中的空位擴(kuò)散激活能小得多，因此，鋼化學(xué)熱處理時(shí)，滲碳、滲氮要比滲金屬易于進(jìn)行。r例：鑄錠均勻化退火，C、N間隙原子易均勻 化，置換型溶質(zhì)原子須加熱到更高溫度才能均 勻化。?D1200=2.0×10?5

e8.31×1200D1200=4.4×10?5

e

283×1038.31×1200?

CNi?表明:間隙原子C的擴(kuò)散系數(shù)遠(yuǎn)大于置換原子Ni的.Ni?其擴(kuò)散系數(shù)D分別為:

140×103

Cm2

/s=2.0