Вторинна кристалізація (перекристалізація) сплавів, технічна література онлайн
У сплавах, так само як і в металах, спостерігається перекрістал-ція, яка пов'язана не тільки з аллотропическими перетворений-нями їх компонентів, але і з розпадом твердих розчинів або з їх упорядкуванням. При розпаді твердих розчинів можуть утворити-ся: новий твердий розчин, хімічна сполука або їх механічні-чна суміш. Перетворення в сплавах в твердому стані, проте-кається зі зміною числа і складу фаз, називають фазовими перетвореннями в твердому стані. Тим-ператури цих перетворень називають температурами фазових перетворень. Багато операцій термічної обробки сплавів чорних і кольорових металів засновані на фазових перетвореннях в твердому стані.
Розрізняють два типи фазових перетворень, що протікають в сплавах в твердому стані:
- перетворення, що супроводжуються появою фаз зі зміненим хімічним складом (дифузійні перетворення);
- перетворення, що протікають без зміни хі-чеського складу фаз (бездіффузіонному перетворення).
До дифузії-онним перетворенням в сплавах можуть бути віднесені:
- розпад твер-дих розчинів з виділенням нових фаз при охолодженні і зворотний процес розчинення їх в твердому розчині при нагріванні;
- упо-рядоченіе (і розупорядкування) твердого розчину.
Дифузія в сплавах має особливості, вивчення яких перед- ставлять великий інтерес.
У сплавах, на відміну від металів, протікає не тільки самодіф-Фузія однорідних атомів розчинника, а й гетеродіффузія, при якій відбувається переміщення сторонніх атомів розчини-мого компонента, а також атомів домішок і добавок. Переміщення атомів може відбуватися на відстані, менші міжатомної і значно перевищують міжатомної (при хіміко-термічної-чеський обробці).
Переміщення атомів речовини визначають за першим уравне-нию дифузії Фіка:
де dm - кількість речовини, продіффундіровавшего через еле-мент поверхні dS на відстань dx при перепаді кон-центраций dc за час dτ.
Величину D. характеризує швидкість дифузії, називають коефіцієнтом дифузії. Коефіцієнт дифузії дорівнює кількості речовини в грамах, продіффундіровавшего че-рез площа в 1 см2 за 1 сек при різниці концентрацій, що дорівнює оди-ниці. Розмірність коефіцієнта дифузії - см² / сек або см² / сут.
На величину коефіцієнта дифузії впливають раз-особисті фактори: температура, тиск і ін. Найбільш вивчена залежність коефіцієнта дифузії від температури, що виражається третім рівнянням дифузії Фіка:
Читайте також: Поняття про діаграми стану трикомпонентних Cплав
де D - твір констант, що передують експоненці-альному множнику;
е - експонентний множник;
Q - енергія активації (теплота дифузії);
R - газова постійна Больцмана;
Т - абсолютна температура.
З рівняння видно, що з підвищенням температури швидкість дифузії збільшується, а енергія активації зменшується.
На дифузію впливають і внутрішні чинники, ос-основними з яких є: фізична природа дифундує-ного елемента і основного металу, хімічний склад сплаву, ве-личина зерен і блоків мозаїки.
Встановлено, що швидкість дифузії в сплаві тим більше, чим менше атомний діаметр розчиненого елемента. Наприклад, атоми неметалічних елементів C, N, O, H, діаметр яких менше атомного діаметра заліза, дифундують в залізо шви-реї, ніж атоми металів. Тому температура, при якій про-тека дифузія атомів неметалічних елементів, значно нижча за температуру дифузії атомів металу; енергія активації при цьому в кілька разів менше. Швидкість дифузії елементу на-ходиться в зворотній залежності від розчинності його в основному металі; вона тим більше, чим далі елементи розташовані в пе-періодичних системі елементів Менделєєва.
Дифузія елемента в розчинниках з різними кристалічними-ськими гратами і, отже, з різною щільністю упаковки атомів, різна: дифузія в розчиннику з кубічної об'ємно-центрованої гратами (з меншою щільністю упаковки атомів), більше, ніж в розчиннику з гранецентрированной гратами. На-приклад, дифузія вуглецю в Feα протікає в кілька разів шви-реї, ніж в Feγ Зміна типу кристалічної решітки раство-розчинника може змінити коефіцієнт дифузії на один-два поряд-ка, а глибину дифузійного шару в кілька разів.
Значення має також тип твердого розчину, утвореного когось компонентами сплаву, що пояснюється відмінністю механізму дифузії в твердих розчинах різного типу. У твердих розчинах впровадження переміщення атомів дифундують елемента відбувається в між- дуузлія решітки. Найбільш вивчений цей механізм дифузії для твердих розчинів, утворених С, N, О і Н з залізом, нікелем і кобальтом. Багато процесів, що протікають в стали в твердому сос-тояніе, такі як цементація, азотування, ціанування і дру-Гії, обумовлюються дифузією атомів С і N по междуузлій ре-шеткі заліза. У твердих розчинах заміщення механізми переме-щення диффундирующего елемента різні, однак найбільш ве-роятно є вакансійних механізм дифузії *. У твердих розчинах віднімання, переміщення атомів відбувається в наявні вакантні місця решітки. Тому швидкість дифузії в твердих розчинах віднімання і впровадження вище, ніж в твердих розчинах заміщення.
Читайте також: Фазові перетворення в сплавах залізо-вуглець. Поняття про термічній обробці
Значний вплив на швидкість дифузії надає струк-тура. Швидкість дифузії в обсязі зерна, по межах зерен і бло-ков мозаїки і на їх поверхні різна. Розрізняють об'ємну, по-граничну і поверхневу дифузію. Швидкість прикордонної диф-фузії вище, ніж об'ємної, а поверхневої - вище, ніж прикордонної. Більш легке переміщення атомів дифундують елемента по межах зерен пояснюється порушеннями кристалічної будови і ослабленням міжатомної зв'язків в цих областях. Дифузія на поверхні зерен протікає швидше внаслідок нали-чия сил міжатомної зв'язку у поверхневих атомів тільки по одну сторону площині. Таким чином, при подрібненні зерен металу і збільшенні протяжності їх кордонів швидкість дифузії, як правило, підвищується.
Перекристалізація в сплавах, підкоряючись загальним законам кристалізації з рідкого стану, має свої особливості, які обумовлені тим, що утворення центрів кристалізації і зростання зародків нової фази відбувається в твердій анізотропному середовищі.
Схема когерентності поверхонь фаз з різними кристалічною будовою
Одна з особливостей полягає в тому, що центри кристалізація виникають переважно на кордонах зерен, де кристалічні-ська решітка особливо сильно спотворена і має велике число дефектів. Крім того, на кордонах зерен зосереджені в найбільшій кількості домішки, які полегшують утворення зародків но-вої фази. Іншою важливою особливістю кристалізації в твердому стані є те, що між новою і початковою фазою протягом деякого часу зберігається когерентність - розмірне і структурний відповідність. Сущ-ність його полягає в орієнтації за-родиша нової фази по відношенню до вихідної фазі, таким чином, що він сполучається з нею кристалографічними площинами, най-більш подібними за структурою і розмірами (рис. 23). Чим більше ця подібність, тим інтенсивніше утворення зародків нової фази; в разі великої різниці перетворення протікає з утворенням проміжних фаз (правило ступенів). Такого роду перетворення мають місце, наприклад, при відпустці стали, термічному старінні дуралюмина і інших процесах, описаних нижче.