Homogenisering (metallurgi)

Homogenisering - opløsning af overskydende faser, justering af den kemiske sammensætning af legeringen.

Termodynamik

G=H-TS

Ved homogenisering er den vigtigste drivkraft en stigning i entropi . Faldet i entalpi skyldes, at overskydende faser med øget energi opløses.

Kinetik

Hovedmekanismen er henholdsvis diffusion , diffusionsfluxen er proportional med koncentrationsgradienten :

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

hvor J er diffusionsfluxen og c er urenhedskoncentrationen. Jo større koncentrationsgradienten er, jo hurtigere vil homogeniseringen finde sted. Alle væsentlige ændringer sker inden for 1-2 timer. Diffusionshastigheden afhænger af diffusionskoefficienten:

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

Måder at fremskynde processen:

Hæv temperaturen - ikke godt, overdreven kornvækst, risiko for overbrænding .
D 0 (selvdiffusionskoefficient) og Q (diffusionsaktiveringsenergi) er karakteristika for materialet, de kan ikke kontrolleres.

En anden udvej: homogenisering i forskellige elementer kræver forskellige tidspunkter. Jo mindre D 0 og mere Q af et grundstof, jo længere tid tager det at homogenisere. Sammenlignet med jern har kulstof Q 2 gange mindre, og D 0 er 4 størrelsesordener større. Langt de fleste legeringselementer har D 0 mindre og Q - mere. Diffusionshastigheden af carbon er 5 størrelsesordener større end diffusionshastigheden af metalatomer, som følge heraf homogeniseres stålet i carbon inden for 1-2 sekunder efter afkøling. Derfor 2 konsekvenser:

Kulstofstål homogeniseres ikke.
Legeret stål homogeniseres til atomer opløst i henhold til typen af substitution ( chrom , nikkel , molybdæn , wolfram , titanium ).

Mekanisme

Justeringen af den kemiske sammensætning inde i opløsningen sker på grund af gitterdiffusion.
På grund af forskellen i koncentrationerne af legeringselementet ved grænsen af den faste opløsning og den anden fase, opløses den anden fase, og udstrømningen af legeringselementet til den faste opløsning langs koncentrationsgradienten, op til den fuldstændige opløsning af anden fase.
Porer dannes under homogenisering ved kollaps af ledige skiver og efterfølgende vækst.
Kornene vokser ved mekanismen af kollektiv omkrystallisation .
En anden variant af homogeniseringsmekanismen er justeringen af den kemiske sammensætning inde i opløsningen på grund af masseoverførsel som følge af SPD ( svær plastisk deformation ), for eksempel under lige-kanals vinkelpresning .