Гомогенизация (металлургия)

Гомогенизация — растворение избыточных фаз, выравнивание химического состава сплава.

Термодинамика

При гомогенизации главная движущая сила — увеличение энтропии. Понижение энтальпии связано с тем, что растворяются избыточные фазы, имеющие повышенную энергию.

Кинетика

Основной механизм — диффузия, соответственно поток диффузии пропорционален градиенту концентрации:

,

где J — диффузионный поток, c — концентрация примеси. Чем больше градиент концентрации, тем быстрее будет проходить гомогенизация. Все значимые изменения происходят в течение 1-2 часов. Скорость диффузии зависит от коэффициента диффузии:

.

Пути ускорения процесса:

  1. Поднять температуру — не годится, чрезмерный рост зерна, опасность пережога.
  2. D0 (коэффициент самодиффузии) и Q (энергия активации диффузии) — характеристики материала, управлять ими не удастся.

Другой выход: гомогенизация на разные элементы требует разного времени. Чем меньше D0 и больше Q у элемента, тем больше ему времени требуется на гомогенизацию. Углерод по сравнению с железом имеет Q в 2 раза меньше, а D0 больше на 4 порядка. Абсолютное большинство легирующих элементов имеют D0 меньше, а Q — больше. Скорость диффузии углерода на 5 порядков больше, чем скорость диффузии металлических атомов, в результате сталь гомогенизируется по углероду в течение 1-2 секунд при охлаждении. Отсюда 2 следствия:

  1. Углеродистые стали не гомогенизируют.
  2. Гомогенизируют легированные стали на атомы, растворенные по типу замещения (хром, никель, молибден, вольфрам, титан).

Механизм

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.