Homogeneización (metalurgia)
Homogeneización : disolución del exceso de fases, alineación de la composición química de la aleación.
Termodinámica
En la homogeneización, la principal fuerza motriz es un aumento de la entropía . La disminución de la entalpía se debe al hecho de que se disuelven las fases en exceso con mayor energía.
Cinética
El mecanismo principal es la difusión , respectivamente, el flujo de difusión es proporcional al gradiente de concentración :
,
donde J es el flujo de difusión y c es la concentración de impurezas. Cuanto mayor sea el gradiente de concentración, más rápida será la homogeneización. Todos los cambios significativos ocurren dentro de 1-2 horas. La velocidad de difusión depende del coeficiente de difusión:
.
Maneras de acelerar el proceso:
- Elevar la temperatura: no es bueno, crecimiento excesivo de granos, riesgo de sobrequemado .
- D 0 (coeficiente de autodifusión) y Q (energía de activación de difusión) son características del material, no se pueden controlar.
Otra salida: la homogeneización en diferentes elementos requiere diferentes tiempos. Cuanto menor D 0 y más Q de un elemento, más tiempo tarda en homogeneizarse. En comparación con el hierro , el carbono tiene Q 2 veces menos y D 0 es 4 órdenes de magnitud mayor. La gran mayoría de los elementos de aleación tienen D 0 menos y Q - más. La velocidad de difusión del carbono es 5 órdenes de magnitud mayor que la velocidad de difusión de los átomos metálicos, como resultado, el acero se homogeneiza en carbono en 1-2 segundos después de enfriarse. De ahí 2 consecuencias:
- Los aceros al carbono no se homogeneizan.
- Los aceros aleados se homogeneizan en átomos disueltos según el tipo de sustitución ( cromo , níquel , molibdeno , tungsteno , titanio ).
Mecanismo
- La alineación de la composición química dentro de la solución se produce debido a la difusión de red.
- Debido a la diferencia en las concentraciones del elemento de aleación en el límite de la solución sólida y la segunda fase, la segunda fase se disuelve y el flujo de salida del elemento de aleación en la solución sólida a lo largo del gradiente de concentración, hasta la disolución completa de la segunda fase
- Los poros se forman durante la homogeneización por el colapso de los discos vacíos y el posterior crecimiento.
- Los granos crecen por el mecanismo de recristalización colectiva .
- Otra variante del mecanismo de homogeneización es la alineación de la composición química dentro de la solución debido a la transferencia de masa como resultado de SPD ( deformación plástica severa ), por ejemplo, durante el prensado angular de canal igual .