Гомогенизация (металлургия)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Гомогенизация феноменология.png

Гомогенизация — растворение избыточных фаз, выравнивание химического состава сплава.

Термодинамика[править | править код]

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

Кинетика[править | править код]

Гомогенизация кинетика.png

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[править | править код]