Homogenizace (metalurgie)

Homogenizace - rozpuštění přebytečných fází, vyrovnání chemického složení slitiny.

Termodynamika

G=H-TS

Při homogenizaci je hlavní hnací silou zvýšení entropie . Pokles entalpie je způsoben tím, že se rozpouštějí přebytečné fáze se zvýšenou energií.

Kinetika

Hlavním mechanismem je difúze , respektive difúzní tok je úměrný koncentračnímu gradientu :

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

kde J je difúzní tok a c je koncentrace nečistot. Čím větší je koncentrační gradient, tím rychleji proběhne homogenizace. Všechny významné změny nastanou během 1-2 hodin. Rychlost difúze závisí na koeficientu difúze:

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

Způsoby, jak urychlit proces:

Zvyšte teplotu - není dobré, nadměrný růst zrna, nebezpečí přepálení .
D 0 (koeficient samodifúze) a Q (aktivační energie difúze) jsou vlastnosti materiálu, nelze je řídit.

Další východisko: homogenizace do různých prvků vyžaduje různé časy. Čím menší D 0 a více Q prvku, tím více času trvá homogenizace. Ve srovnání se železem má uhlík Q 2krát méně a D 0 je o 4 řády větší. Naprostá většina legujících prvků má D 0 méně a Q - více. Rychlost difúze uhlíku je o 5 řádů vyšší než rychlost difúze atomů kovu, v důsledku toho je ocel homogenizována v uhlíku během 1-2 sekund po ochlazení. Proto 2 důsledky:

Uhlíkové oceli se nehomogenizují.
Legované oceli jsou homogenizovány na atomy rozpuštěné podle typu substituce ( chrom , nikl , molybden , wolfram , titan ).

Mechanismus

K vyrovnání chemického složení uvnitř roztoku dochází v důsledku mřížkové difúze.
V důsledku rozdílu koncentrací legujícího prvku na hranici tuhého roztoku a druhé fáze dochází k rozpuštění druhé fáze a výtoku legujícího prvku do tuhého roztoku po koncentračním gradientu, až do úplného rozpuštění druhá fáze.
Póry se tvoří během homogenizace kolapsem vakančních disků a následným růstem.
Zrna rostou mechanismem kolektivní rekrystalizace .
Další variantou homogenizačního mechanismu je vyrovnání chemického složení uvnitř roztoku vlivem přenosu hmoty v důsledku SPD ( těžká plastická deformace ), např. při rovnokanálovém úhlovém lisování .