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第2页，共 19页 1.常用扩散第二定律误差解 2. 数值解 误差解条件：扩散过程中表面浓度不变 3.1 扩散理论: (一)纯扩散理论（渗碳基础） 扩散过程中基体材料仅有浓度变化,不发生相变 渗碳技术设计的基础. 第2页，共 19页 问题1:影响渗入速度(或渗层深度)最重要因素? 问题2:可否应用尽量提高温度方法提高渗碳速度? 问题3:温度一定条件下,可否通过延长时间方法大 幅度增加渗层深度?渗层深度定义？ 讨论问题-平方根定律 平方根定律: H=K(t)1/2 渗碳为例证明 渗层深度---从表面到规定硬度HV550处的距离 第2页，共 19页 分析：工业纯铁800℃渗碳，表面1.0%C。分析渗碳过程中获得的组织 (二)反应扩散理论 反应扩散--扩散进行过程中,基体材料发生相变,形成新相的扩散过程。 第2页，共 19页 证明逆否命题？ 二元合金中如果出现两种相共存区,扩散就不能进行 注意：用纯扩散理论分析有误: 反应扩散出现新的特点.不能用纯扩散规律分析浓度变化与组织变化. 反应扩散的基本特点: 扩散进行过程中(恒温)二元合金中不出现两种相共存 第2页，共 19页 推论1:浓度随距离变化曲线不连续(突变) 推论2:由于反应扩散时成分突变导致组织突变 证明规律与重要推论： 扩散能否进行的判据是:恒温扩散时成分是否变化?成分(浓度)不变化扩散停止. 第2页，共 19页 证明规律与重要推论： 推论3:有时产生“蛋壳效应”材料心部很软,表面硬脆,渗层薄;受较大应力作用,表面压碎 利用反应扩散在材料表面形成一层与基体组织完全不同的化合物强化表面（并非马氏体）的思路，开发许多表面改性技术 推论4:不能利用常规硬度测定方法测定表面硬度.采用显微硬度方法测定硬度HV0.05再换算成其他硬度值 第2页，共 19页 (一) 工艺过程 气体法 ;液体法; 固体法 (提供渗入元素的介质)最重要表面技术 3.2渗碳技术分析:(carburizing) : 设计基本思想：选低碳钢或低碳合金钢 表面获高碳M，心部获低碳板条M;（利用M相变原理） 第2页，共 19页 炉内气体反应 通入煤油与酒精；碳氢化合物 渗碳过程中有CO2与H2O气体，可以发生脱碳 2CO——CO2+[C] CH4——2H2+[C] 碳原子吸附工件表面，高温下发生扩散，渗入工件内部 第2页，共 19页 渗碳温度选择？渗碳时间选择？ 组织粗化？ 3.2渗碳工艺分析 工艺路线： 锻造→正火→粗加工→渗碳、淬火+回火→精加工 930℃×8-12h 渗层深度 0.8-1.2mm 表面硬度HRC58-62 奥氏体状态高温长时间保温；粗化 第2页，共 19页 控制组织粗化方法？ 金相组织分析的特殊性？ 材料：专门的渗碳钢、低碳、含细化晶粒元素（Ti、Nb等）提高淬透性元素；典型牌号：20CrMnTi 有时也用20钢（课堂试验表明韧性影响最大，一些表面要求韧性不高件） 美国重要发展方向：1100℃高温渗碳；发展特殊渗碳钢。 1）表面与心部M不同 2）心部淬透与没有淬透？ 第2页，共 19页 金相组织分析 没有淬透情况下：心部一定有扩散型相变后得到的组织（P类型） 注意晶界 渗碳钢，渗碳后心部组织如图；何种组织？ 第2页，共 19页 白区特征：2种形貌 很白的块；界面清晰： 模糊白区：内有小黑点 金相组织分析 黑区特征：晶界模糊；内有小白点； 黑区组织：碳化物析出较多的马氏体（回火马氏体） 残余奥氏体；碳化物析出较少的马氏体；（残奥问题） 第2页，共 19页 热应力分析： 冷却初期 表层变化 表层收缩 心部变化 基本不变 表面应力 拉应力 心部应力 压应力 冷却后期 表层变化 基本不变 心部变化 心部收缩 表面应力 拉应力 心部应力 压应力 冷却初期应力往往引起变形；后期应力称为残余应力 模型回顾：1.表面与心部两部分、热应力与组织应力。