10 扩散通量J的单位是____________________。

2 判断

1 金属的自扩散激活能等于（ ）

A空位形成能和迁移激活能的总和 B 空位的形成能 C空位的迁移能 2 晶界扩散比晶内扩散速率（ ）

A 大 B 小 C 相等

3 固溶体中扩散的驱动力是___________。

A温度梯度 B组元的浓度梯度 C组元的化学势剃度 4 扩散通量J的大小，是指单位时间内通过任何截面的流量。（ ） 5 氮在奥氏体中溶解度大，表明氮在奥氏体中扩散速度比铁素体中快。（ ） 6 如图1（AB二元相图），有一合金III ，从T1温度淬火至室温，然后再加热至T2温度时效，在时效时所产生的扩散过程，其( )

A ?2G/?C2>0 B ?2G/?C2=0 C ?2G/?C2<0

T1

图1

T2

III

7 上坡扩散J与dc/dx方向（ ）：A一致， B相反， C垂直 8 扩散系数D只决定于晶体结构。（ ）

9 氮在奥氏体中溶解度大，表明氮在奥氏体中扩散速度比在铁素体中快。（ ） 10 扩散永远是由高浓度向低浓度方向进行。（ ） 11 反应扩散只受反应速度控制。（ ） 12 可以说扩散定律实际上只有一个。（ ）

13 扩散通量J的大小，是指单位时间内通过任何截面的流量。（ ） 14 扩散第一定律仅适用于稳态扩散。（ ） 15 扩散激活能越大，扩散速度越快。（ ）

16 只要合金中存在浓度梯度就一定会发生扩散。（ ）

17 纯铁在渗碳过程的扩散中，铁原子的扩散是不可忽略的。（ ） 18 间隙溶质原子的扩散系数，低于置换溶质原子的扩散系数。（ ） 3 名词

扩散通道，反应扩散，克肯达尔效应，间隙扩散，扩散激活能

化学势梯度，扩散通量，上坡扩散和下坡扩散，扩散系数

4 问答

1 简要说明影响扩散系数的因素。

2 已知碳在奥氏体中扩散系数D=2×10-5exp(-140×103/RT)m2/s，问

1 计算在927℃时碳在奥氏体中的扩散系数。

2 在９２７? 时使试样1mm处深度处碳浓度达到０.５％所需时间。

已知试样为纯铁，R=8.314J/mol.k，由相图知在９２７? 时碳在奥氏体中最大溶解度为１.３％，误差函数如表

X/2√Dt与erf(x/2√Dt)的对应值 X/2√Dt 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 erf(x/2√Dt) 0.0000 0.1125 0.2227 0.3286 0.4284 0.5205 0.6039 X/2√Dt 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 erf(x/2√Dt) 0.6778 0.7421 0.7969 0.8247 0.8802 0.9103 0.9340 X/2√Dt 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 erf(x/2√Dt) 0.9523 0.9661 0.9763 0.9838 0.9891 0.9928 0.9953

3 铜-锌基单相固溶体进行均匀化处理，试讨论如下问题：

1 在有限时间内能否使枝晶偏析完全消失？为什么？

2 将此合金均匀化退火前进行冷加工，对均匀化过程是加速还是无影响？说明理由。

4 原子扩散在材料中的应用

（晶体凝固时形核、长大；合金的成分过冷；成分均匀化，包晶组织的特点，固态相变时的形核（晶界形核、晶界运动、晶界平直、晶界偏聚、马氏体转变、高温蠕变），氧化，焊接，化学热处理（渗C、N等），粉末冶金，涂层。）

5 对0.1%C的钢进行渗碳，渗碳时钢件表面碳浓度保持为1.2%C，若要求在其表面下2mm处渗碳后碳含量为0.45%，已知D=2×10-11m2/s，R=8.314J/mol.k，求

（1） 渗碳所需时间

（2） 要将渗碳厚度增加1倍，问渗碳时间需延长多少？

X/2√Dt与erf(x/2√Dt)的对应值 X/2√Dt 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 erf(x/2√Dt) 0.0000 0.1125 0.2227 0.3286 0.4284 0.5205 0.6039 X/2√Dt 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 erf(x/2√Dt) 0.6778 0.7421 0.7969 0.8247 0.8802 0.9103 0.9340 X/2√Dt 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 erf(x/2√Dt) 0.9523 0.9661 0.9763 0.9838 0.9891 0.9928 0.9953 6. 如Fe-O相图（图2）所示，将纯Fe置于炉内加热将被氧化，由图试回答：试画出画出示意图，

1 铁—氧于1000? 反应扩散后可生成哪些相？

2 绘出纯Fe板由外向里在温度1000℃扩散过程中扩散层的组织与氧浓度分布曲线。 3如要氧化层中不出现FeO，其加热温度控制在多少度。 4. 预测其显微组织图中有几种不同相及界面。

图2

图3

7 纯铁于850℃渗碳时，在渗碳层组织中为何不形成?+?两相区？

8 碳在? -Fe中扩散时，Do=2.0×10-5cm2/sec，Q=140×103J/mol，R=8.314J/mol.k，试计算出927℃时碳在铁中的扩散系数。

9 把一块纯铁放在N（氮）原子供应充分的炉中，加热到T1温度进行渗N，经长时间保温后出炉冷却。试根据Fe-N相图（见图3）绘出铁的表层组织和N的浓度分布示意图。

10 Ni溶于?-Fe，Pb不溶于?-Fe，铁制品能否在较高温度下镀Ni或镀Pb？为什么？

11 碳在? -Fe中的扩散系数D927? =16.1×10-12m2/s，D870? =7.99×10-12m2/s，渗碳层的厚度和浓度一定，在927? 渗碳时需要10小时，试计算在870? 时渗碳时需要多少时间？

12 一块厚度为d的薄板，在T1温度下两侧的浓度分别保持为C1和C0（C1>C0）当扩散达到平衡后绘出a，b，c三条件下的C-X曲线，并回答问题d

a 扩散系数为常数；b 扩散系数随浓度增加而增加；c 扩散系数随浓度增加而减小； d 求情况a距离高浓度一侧d/3处的浓度。

14 讨论锌在铜中形成的固溶体的均匀化

1 已知Zn在Cu中扩散时D0=2.1x10-5m2/s，Q=171x103J/mol，求815? 时Zn在Cu中的扩散系数；

2 若最大成分偏差为５％Zn，含Zn最低区与最高区的距离为0.1mm，试用方程式C=Cmsin(?Z/l)exp(?2Dt/l2)计算815? 均匀化退火使最大成分偏差降至１％Zn所需时间；

3 铸造Cu-Zn均匀化退火前冷加工对均匀化过程有无影响？为什么？

15 试举出材料扩散的途径有哪些？

16 提出一种测定扩散系数D的方法。

17 将一块纯铁和一块共析钢(C=0.77%)对接固紧置于真空电炉740? 下长时保温，试绘出成分变化曲线及组织图，并解释之。

18 将钢板浸入450? 熔融锌中进行镀锌。

1 根据Fe-Zn相图指出450? 下镀层由外至里包括哪几个单相区，画出Zn%-距离曲线。 2 450? 时镀层中是否存在两相区？为什么？

20 在互扩散实验中，已知扩散时间t_200小时，标界移动量?l_0.0144cm，互扩散系数D=10-7cm2/s，成分---距离曲线在标界面上斜率=2.0。A组元的原子百分浓度NA=0.4，求A和B两组元的扩散系数。

21 说明扩散规律在冶金生产过程及热处理工艺中具体应用。

22 渗碳为什么在?-Fe中进行而不在?-Fe中进行。

23 在870? 和927? ，两种温度渗碳时，试解决如下问题：

1． 计算碳在两种温度下在奥氏体中扩散系数的差值。

2． 870? 渗碳需用多长时间才能获得927? 渗碳10小时的渗碳厚度。

24 一块用作承载重物的低碳钢板，为提高其表面硬度采用表面渗碳，试分析： 1． 渗碳温度选择低于727? 行否？为什么？ 2． 渗碳温度高于1100? 会出现什么问题？

25 一置换式固溶体合金其空位迁移能为11KJ/mol，空位形成能为6KJ/mol，问：（1）在1100K的扩散系数与从1100K急冷却到800K时的扩散系数的比值是多大？（2）从1100K缓慢冷却到800K的扩散系数的比值多大。

26 何谓上坡扩散，举两个实例说明金属中上坡扩散现象。

27 已知铜在铝中扩散时DO=0.8×10-5m2/s，其扩散激活能Q=136×103J/mol.K，试计算27? 和527? 时扩散系数，并用所得数据讨论温度对扩散系数的影响。

28 纯Fe装入渗碳炉内进行渗碳

1 加热至740? 保温一定时间后，画出渗碳层碳含量的分布曲线。

2 将该渗件取出放入真空炉内重新加热至740? 并长时保温，达到平衡，画出其碳含量分布曲线。

3 在真空炉中升温至? ，长时保温，试画出达到平衡时碳含量分布曲线。

29 碳在奥氏体中扩散系数，可近似的用下式计算：

D=-2×10-5exp[-140×103/RT]m2/s，R=8.31J/mol.K

1． 2． 求927? 下渗碳层深度（由表面含碳量为0.5%处）由1mm增至2mm，时间需要增加多少倍？

若给定时间要使渗碳层深度由1mm增加至2mm，需从927? 增加多高温度？

30 一块存在枝晶偏析的合金锭，锯成尺寸相同的两块试样，其中一块经塑性变形后，厚度为原来的6/10，随后两试样同时加热均匀化处理，试分析：

（1）均匀化前冷变形对均匀化过程有无影响，理由何在？

（2）如果由影响，当经塑性变形试样浓度波动振幅下降为原来的1/10时，计算另一试样深度振幅下降了多少？

31 有一置换式固溶体合金，其扩散激活能为11KJ/mol，空位形成能为6KJ/mol，问：

1 在1100K的扩散系数与从1100急剧冷却到800K的瞬时扩散系数的比值多大？ 2 在1100K扩散系数与从1100缓慢冷却到800K后的扩散系数的比值多大？

32 一钢锭，其中存在锰偏析，为使其成分偏析振幅降低到1%，所需均匀化退火时间为l=0.467?2/d，为缩短均匀化时间，试问：

（1）铸造过程

（2）均匀化前的变形

（3）均匀化温度等方面，分析如何缩短均匀化时间。

33 根据Fe-C相图问：

1 画出纯Fe在800? 渗碳时渗碳铁棒成分—距离示意曲线。 2 若渗碳温度低于727? 能否达到渗碳目的，为什么？

33 一块厚度10毫米，含碳量0.77%的钢在强脱碳气氛中加热到800℃，然后缓慢冷

却，试画出试样从表面到心部的组织示意图。