Гомогенизация (металлургия)

Гомогенизация в металлургии — выравнивание химического состава сплава, растворение избыточных фаз — гомогенизация системы из смеси металлов и других компонентов сплавов.

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

Основной механизм — диффузия, соответственно поток диффузии пропорционален градиенту концентрации:

${\displaystyle J\sim {\frac {\Delta c}{dx}}=\mathrm {grad} (c)}$,

где ${\displaystyle J}$ — диффузионный поток, ${\displaystyle c}$ — концентрация примеси. Чем больше градиент концентрации, тем быстрее будет проходить гомогенизация. В промышленных металлургических процессах все значимые изменения происходят в течение 1—2 часов. Скорость диффузии зависит от коэффициента диффузии:

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

поскольку коэффициент самодиффузии ${\displaystyle D_{0}}$ и энергия активации диффузии ${\displaystyle Q}$ — характеристики материала, то для ускорения процесса остаётся лишь поднимать температуру, но в есть довольно низкий температурный порог, выше которого начинается чрезмерный рост зерна и возникает опасность пережога.

Есть возможность ускорить процесс воспользовавшись тем, что гомогенизация на разные компоненты требует разного времени: чем меньше ${\displaystyle D_{0}}$ и больше ${\displaystyle Q}$ у компонента, тем больше ему времени требуется на гомогенизацию. Так, углерод по сравнению с железом имеет ${\displaystyle Q}$ вдвое меньше раза меньше, а ${\displaystyle D_{0}}$ — выше на 4 порядка; абсолютное большинство легирующих элементов имеют ${\displaystyle D_{0}}$ меньше, а ${\displaystyle Q}$ — больше. Таким образом, скорость диффузии углерода на 5 порядков выше, чем скорость диффузии металлических атомов, в результате сталь гомогенизируется по углероду в течение 1—2 секунд при охлаждении. В связи с этим углеродистые стали не гомогенизируют, а гомогенизируют легированные стали, растворенные по типу замещения (хром, никель, молибден, вольфрам, титан).

Выравнивание химсостава внутри раствора происходит за счёт решёточной диффузии. Из-за разности концентраций легирующего элемента на границе твёрдого раствора и второй фазы происходит растворение второй фазы и отток легирующего элемента внутрь твёрдого раствора по градиенту концентраций, вплоть до полного растворения второй фазы. Поры образуются при гомогенизации путём захлопывания вакансионных дисков и последующего роста. Зёрна растут по механизму собирательной рекристаллизации.

Ещё один вариант механизма гомогенизации — выравнивание химсостава внутри раствора за счёт массопереноса в результате интенсивной пластической деформации, например в ходе равноканального углового прессования.

В статье не хватает ссылок на источники (см. рекомендации по поиску). Информация должна быть проверяема, иначе она может быть удалена. Вы можете отредактировать статью, добавив ссылки на авторитетные источники в виде сносок. (20 сентября 2018)