Homogenisering (metallurgi)

Homogenisering - upplösning av överskottsfaser, anpassning av legeringens kemiska sammansättning.

Termodynamik

G=H-TS

Vid homogenisering är den främsta drivkraften en ökning av entropin . Minskningen av entalpi beror på att överskottsfaser med ökad energi löses upp.

Kinetik

Huvudmekanismen är diffusion , respektive diffusionsflödet är proportionellt mot koncentrationsgradienten :

J\sim {\frac {\Delta c}{dx}}=grad(c)

där J är diffusionsflödet och c är föroreningskoncentrationen. Ju större koncentrationsgradienten är, desto snabbare kommer homogeniseringen att ske. Alla betydande förändringar sker inom 1-2 timmar. Diffusionshastigheten beror på diffusionskoefficienten :

{\displaystyle D=D_{0}\exp {\Bigl (}{\frac {-Q}{RT}}{\Bigr )))

Sätt att påskynda processen:

Höj temperaturen - inte bra, överdriven korntillväxt, risk för överbränning .
D 0 (självdiffusionskoefficient) och Q (diffusionsaktiveringsenergi) är egenskaper hos materialet, de kan inte kontrolleras.

En annan utväg: homogenisering i olika element kräver olika tider. Ju mindre D 0 och mer Q för ett element, desto mer tid tar det att homogenisera. Jämfört med järn har kol Q 2 gånger mindre, och D 0 är 4 storleksordningar större. De allra flesta legeringselement har D 0 mindre och Q - mer. Diffusionshastigheten för kol är 5 storleksordningar större än diffusionshastigheten för metallatomer, som ett resultat homogeniseras stålet i kol inom 1-2 sekunder efter kylning. Därav 2 konsekvenser:

Kolstål homogeniseras inte.
Legerade stål homogeniseras till atomer lösta beroende på typen av substitution ( krom , nickel , molybden , volfram , titan ).

Mekanism

Inriktningen av den kemiska sammansättningen inuti lösningen sker på grund av gitterdiffusion.
På grund av skillnaden i koncentrationerna av legeringselementet vid gränsen mellan den fasta lösningen och den andra fasen, löses den andra fasen och utflödet av legeringselementet till den fasta lösningen längs koncentrationsgradienten, upp till den fullständiga upplösningen av den andra fasen.
Porer bildas under homogenisering genom kollaps av vakansskivor och efterföljande tillväxt.
Kornen växer genom mekanismen för kollektiv omkristallisation .
En annan variant av homogeniseringsmekanismen är inriktningen av den kemiska sammansättningen inuti lösningen på grund av massöverföring som ett resultat av SPD ( svår plastisk deformation ), till exempel under vinkelpressning med lika kanaler .