3.为什么钢铁零件渗碳温度一般要选择在y相区中进行?若不在y相区进行会有什么结果?[西安理工大学-|||-2009研]

考查要点：本题主要考查渗碳工艺中温度选择的原理，涉及铁碳相图中不同铁相（γ-Fe、α-Fe）的溶碳能力及扩散特性。

解题核心思路：

1. γ-Fe的特性：γ-Fe（奥氏体）具有高溶碳能力（2.11%），且扩散系数大，适合渗碳。
2. 温度与扩散关系：高温下原子扩散速度快，γ-Fe相存在的温度区间（A3~Acm以上）更有利于渗碳。
3. 非γ区的局限性：α-Fe（低温相）溶碳能力极低（0.0218%），无法形成有效渗碳层。

破题关键：明确不同铁相的物理化学特性与渗碳工艺目标的关联。

渗碳温度选择γ相区的原因

1. 溶碳能力差异

   • γ-Fe：在γ相区，奥氏体的溶碳量最高可达$2.11\%$，形成较大的浓度梯度，促进碳扩散。
   • α-Fe：在α相区，铁素体仅能溶解$0.0218\%$碳，浓度梯度小，扩散效率低。

2. 扩散系数与温度

   • γ-Fe为高温相，原子热运动剧烈，扩散系数$D$大，加速渗碳过程。
   • 若温度低于A3点（γ相消失），α-Fe的扩散系数骤降，渗碳速率显著降低。

不在γ区进行渗碳的后果

• 碳浓度不足：即使扩散时间足够，α-Fe的低溶碳能力导致渗碳层碳含量极低（$<0.0218\%$），无法满足性能要求。
• 工艺失效：无法形成有效渗碳层，零件表面硬度和耐磨性不达标。