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1、11、在1127C某碳氢气体被通入到一低碳钢管（管长lm,管内径8 mm,外径12 mm）。管外保持为纯氢气氛， 有可能使管外表面的碳活度降低到最低限度。假设在碳氢气体中的碳活度是很高的，以致于在气氛中有固体颗粒碳。 已知：在1127C时，碳的扩散系数为D = 6X10-6 cm2/s。试计算通碳氢气体100小时后，会有多少碳扩散到管的外 面来 ? （ 2）12、有一容器，其外层是低碳钢，里层为不锈钢。里层的厚度是外层的 1/100。现容器内充有氢气。已知：在 试验温度下，低碳钢为a相，不锈钢为Y相；在这温度下氢气在a、Y两相界面处的重量百分浓度分别为 Ca =0.00028%, Cy =0.
2、00045% ；并假设在试验温度下，D =100 Dy。试问哪一层对阻止氢气的向外扩散起了决定性作 用 ? （ 2 ）13、某低合金过共析钢（含0.9%C）被加热到800C，形成了奥氏体组织，然后被快速冷却到兔温度以下保温， 直到完全转变成珠光体组织。因为是过共析钢，所以在珠光体转变前有自由渗碳体析出，会沿着晶界析出一层厚的 渗碳体，损害钢的性能。已知：在550C、650C珠光体转变完成时间分别为10秒和10分钟。试计算在550C转变 的危害性大，还是650C时转变的危害性大？（3）14、一种没有合金化的具有粗大片状石墨的灰口铸铁，以相当缓慢的冷却速率通过A1温度。发现其组织特点 为：金属基体
3、相主要是珠光体，但是每一片石墨都被一层先共析铁素体包围。假设通过试验已经知道，需要作为珠 光体形核核心的渗碳体，直到710C还不可能形成，另一方面，铁素体却很容易形核，如果冷却速率为1K/min。 取C的扩散系数为Da =0.02exp（-Q / RT），Q=83600 J / mol。计算一下会形成多厚的铁素体层。作为近似计算，可认为是在中间温度区间的一个等温反应过程。如果是球状石墨周围形成了所谓的牛眼状铁素体（如题14图），在放大500倍条件下， 经测量铁素体平均厚度为6.5mm,在以上条件下，试估算其冷却速率。（3）15、为避免镍和钽直接反应，在镍和钽片中间插入一层厚0.05cm的MgO
4、，如题15图所示。在1400C时，Ni 离子将通过MgO层向钽片扩散，试计算Ni离子每秒的扩散量。已知Ni离子在MgO中的扩散系数为9X10-12 cm2 / s,在1400C时，Ni的点阵常数是3.6X10-8 cm。（4）16、直径 3cm、长 10cm 管子，一端装有浓度为 0.5X 1020atoms/cm3 的氮（N）和 0.5X 1020atoms/cm3 的氢（H）, 另一端装有1.0X 1018atoms/cm3的氮和1.0X 1018atoms/cm3的氢，中间用一体心立方结构的铁膜片隔开，如题16图 所示。气体不断地引入这管子以保证氮和氢的浓度为常数。整个系统都是在700
5、C下进行。系统设计要求每小时扩 散通过该膜片的氮不超过1%,而允许90%的氢通过该膜片。试设计该膜片的厚度。已知：在700C的体心立方晶 体铁中，N原子的扩散系数D=3.64x10-7 cm2/s,氢原子的扩散系数D=1.86x10-4 cm2/s。（5）17、设计一厚度为2cm储存氢气的球罐。要求每年由于扩散损失的氢气小于50kg，球罐的温度保持在500Co 球罐可用镍、铝、铜、铁金属来制造，氢气在这些金属中的扩散参数和用镍、铝、铜、铁金属来制造球罐的成本如 表所示（ 6）18、一共析碳素钢在 A1 温度于湿氢中进行脱碳处理，在钢的表面会形成一铁素体层。该铁素体层将以一定速 率增厚，增厚的速
6、度由通过表面铁素体层的碳扩散速率来控制的。取扩散系数Da = 3.6X10-7 cm2/s。试分别用稳态 近似法和Wagner方法计算，表面铁素体层长到1mm厚需要多长时间？（8）19、含有0.3%C和1%A1的钢，淬火后进行回火，然后在550C氮化处理25小时。如果氮在a -Fe中的溶解度 为ln（%N） = 1.009 -1580/T。问氮化层有多厚？ （8）20、在缓慢冷却过程中，亚共析钢中已产生了铁素体和珠光体交替隔开的带状组织，为消除这种带状组织，需 要进行扩散退火。由实验知，厚度为25mm的钢板在900C进行扩散处理，大约两天就够了。如果把这种钢板进一 步轧制成5mm厚的钢板，并在
7、1200C进行扩散，问：需要处理多长时间才能得到与前面同样的效果？（9）21、碳素钢的魏氏组织是在较快冷却速度下得到的组织。但是这种组织首先是在含有10%Ni的陨石中发现的， 陨石中片状组织的厚度可达到5mm,估算一下陨石必须具有多快的冷却速度，才能形成这种组织？计算时使用以 下数据：如碳素钢以100K/S的冷速，可以得到2卩m厚度的铁素体。（9）22、在银的表面已经沉积了一层银的放射性元素，然后将整个系统进行退火，放射性元素将要扩散进入内部。为了使深度为L的地方得到最高的放射性元素，必须中止退火工艺。如在试样表面沉积了 m居里/cm2的放射性元 素，计算在 L 处的最高浓度是多少 ?(9)2
8、3、在奥氏体中硼(B)的含量对钢的淬透性有很大的影响，即使只有0.001%的含量，对奥氏体转变还有明显 的作用。假定在钢的表面涂了一层硼，其量为1mg/cm2。把钢加热到900C，保温15分钟进行奥氏体化，这时硼要 向里面扩散。已知：硼的密度为2.34g/cm3,硼在y -Fe中的扩散系数尚未测定，假设硼是碳在Y -Fe中扩散系数的 1/10，设碳在Y -Fe中扩散系数为Dy = D0exp( - Q/RT),其中D = 0.372 cm2/s, Q=148000 J/mol。问硼对奥氏体转 变发生影响的表面层有多厚?(10)24、通过把一块相当薄的A板夹在两块厚的B板中热轧，制成一种复合板。
9、如果在A板表面染上了一种物质C， 因此，在复合板以后的退火工艺中，C物质将扩散进入A和B板复合板。设C物质在A和B板中有相同的溶解度与 扩散系数。试计算：在什么时候在A层中心将会得到最高的C含量？这个数值有多高？(10)25、含0.5%C的碳素钢不幸在750C脱碳了，因此在钢的表面形成了一层铁素体，经测定，它的厚度为0.1mm。 如将此材料在保护气氛中加热到1000C进行热处理，碳将会由内向外表面扩散。为了使表面的碳含量达到0.2%, 问需要热处理多长时间 ?已知：Dy = 0.372exp( - 148000/RT) cm2/s(11)26、含0.85%C的钢制模具在空气炉中加热到900C，
10、保温1小时，模具表面脱碳后的表面浓度为0%。模具技 术条件要求模具表面最低含碳量为0.80%C。已知在900C时碳的扩散系数为D二D exp(-Q/RT) , D =0.21cm2/s,00Q =142x103 J/mol。试计算热处理后模具的最小切削余量。(11)27、用一层薄的奥氏体不锈钢和一层厚的结构钢轧制在一起，制造复合钢板。在热轧时结构钢中的碳将会向 不锈钢中扩散，因而有可能在不锈钢晶界上发生碳化铬的沉淀，从而影响复合板的性能。如果热轧本身是很快的， 而后的冷却过程却很慢，假设相当于在850C等温处理30分钟，试计算一下这种危害有多大？假定轧制后的不锈钢 厚度为0.1mm,原来的碳量
11、为0.03%，结构钢的碳量为0.4%。假定在不锈钢外表面层中的碳量达到0.1%时将会发 生危险。同时还假定在两种钢的奥氏体中的碳活度系数相同(当然不是很好的近似)。已知：Dy = D0exp( - Q/RT)， 其中D0 = 0.372 cm2/s, Q=148X103 J/mol。如果要使不锈钢的含C量控制在0.1以下，工艺措施上如何改进?(12)28、18-8型奥氏体不锈钢如果被加热到一临界温度范围内，则对晶界腐蚀很敏感。在热处理过程中，碳化铬(主 要是Cr23C6型)会在晶界上沉淀析出，沿着晶界产生一层贫铬的奥氏体，从而失去了耐蚀性。(12)1) 假设：在W12%Cr时，不锈钢的耐蚀性就
12、消失；热处理过程为在600C保温10分钟；在600C时立即形 成碳化铬核心，而且吸收铬是非常有效，以致在碳化铬和奥氏体界面上的铬全部消失；碳化铬的厚度可忽略。已知： 铬在600C时在奥氏体中的扩散系数为DCr= 5X10-17 cm2/s,试计算贫铬层的厚度？2) 假设该不锈钢经600C保温10分钟的处理后，碳化铬析出已经稳定，即以后不再析出碳化铬了。如果要 消除这已经产生的晶界贫铬层，需要在这温度下保温多长时间?29、假定有一含0.2%C的碳素钢，其中C主要存在于宽度为10微米(卩m )的带状珠光体组织中。有人企图 直接用高频感应加热淬火方法来硬化表面，假设高频感应加热淬火温度为1000 C
13、 ，时间为1秒。为了使奥氏体中碳 含量的变化范围控制在土 0.01%c，估算一下这样的加热是否足够？(13)30、某试样原来不含B元素，在其表面涂了一层B元素，其量为M g /cm2。然后在合适的温度下保温t时间。 试写出浓度分布式C( y , t )。为了使深度为L的地方获得最高的B元素含量，必须保温合适的时间。试求：在L处 获得最高浓度所需的时间是多少？ L处的最高浓度值是多少？ (14)31、有一块含30%Zn的黄铜，其成分分布不均匀，在宽度为0.03mm的平行带中的Zn含量为40%。设平行带 是等距离分布的，在平行带中间的Zn含量为29%，如题31图所示。为了使其成分均匀，加热到815
14、C退火，退火 后允许Zn含量的最大偏差为土0.01%，问需要退火多长时间？已知：在815C时，Zn的扩散系数为D = 6.86X10-1。Zncm2/s 。 (14)32、一奥氏体不锈钢试样在1000C进行热处理，不幸在开始1.5分钟内，保护气氛失效，以致在表面发生了渗 碳。设气氛为恒定碳势，渗碳时不锈钢表面的碳含量可达到1.0%C。但在不锈钢中允许的碳含量应0.04%，设碳 在1000C时的扩散系数为D = 3X10-7 cm2/s。(15)1）由于碳的有害作用是由表向里扩展的，设原不锈钢试样中含碳量为0，试求渗碳1.5 分钟后，使试样表面层 的性能受到损害的深度是多少?2）在1.5分钟后，
15、保护气氛恢复了作用。保护气氛与不锈钢之间没有碳的交换。在1000长期保温后，开始 1.5分钟所吸收的碳会扩散到钢的内部，在保温期间，使钢表层内含碳量达到的最大有害深度是多少?3）如果使碳在表层中的有害作用完全消除，问至少要保温多长时间才可消除碳的有害影响?33、某一含质量分数0.2%C的Cr-Mo钢件在510C下暴露于强脱碳条件下达一年之久。已知510C下该钢（铁 素体）中碳的扩散系数为1.0X10-9 cm2/s。钢件为两相混合物（a +Fe3C）,试计算其脱碳层厚度。（16）34、考虑铜合金固溶体的均匀化问题.（17）1）设某铜-锌合金的最高含锌（Zn）量与平均含Zn量之差为5%Zn,最高
16、含Zn量区与最小含Zn量区之间的 距离为0.1mm。请使用公式C = C exp（4兀2Dt/12） - sin（2兀y/1）计算使上述含Zn量之差降低到1%Zn所需的时0间。已知：均匀化温度为 815C, D0 = 2.1X10-5 m2 / s, Q=171X103 J/mol。2）如果是铜-镍合金，情况同上，则需要多少时间？已知：在815C时，镍（Ni）在Cu中的扩散系数为D = 7X 10-11 cm2 / s。为加快Cu-Ni合金的均匀化速度，缩短均匀化时间，可采用什么有效措施？35、有一块含0.5%C的钢，已经在A1以下温度发生了脱碳。脱碳层厚度为1mm。而后将这块钢在保护气氛中 加热到910C进行很长时间的热处理。由于内部的扩散，脱碳层的碳含量又会增加。如果要求表面碳含量增加到 0.1%C，问需要热处理多长的时间？已知：在91
