Bányászati és Kohászati Lapok - Öntöde, 1963. (14. évfolyam, 1-12. szám)
1963-01-01 / 1. szám
2 Öntöde 1963. 1. sz. 2. Térfogatállandóság Valamely szubsztitúciós szilárdoldatból álló ötvözet hőokozta térfogatváltozásának jellege és nagysága a fizikai-kémiai törvények értelmében létrejött egyensúlyi állapottól függ [2]. Hogyha az ötvözetet felépítő homogén szilárdoldat a stabilis egyensúly állapotában van, akkor adott hőmérséklet hatására a térfogatváltozás rugalmas és szabályos lefolyású lesz. Viszont ha az ötvözet túltelített szilárdoldatból áll és az instabilis állapotú, akkor a térfogatváltozás két részből tevődik össze maradó és rugalmas térfogatváltozásból. A rugalmas változás csak a maradó alakváltozás befejeződése után lesz szabályos [2, 7]. Az ötvöző elemek atomjaival túltelített szilárdoldat rácsszerkezete a szabadenergia függvény szabta legkisebb energiájú helyzetbe igyekszik kerülni [1, 2]. Vagyis ha olyan az ötvözet rácsszerkezete, hogy nincs a legkisebb szabad entalpiának megfelelő állapotban, akkor megindul benne az atomok vándorlása és ez addig tart, míg az adott körülmények között a legkisebb szabad entalpiát jelentő legstabilabb állapotot el nem éri. Ez az állapot az összetétel szempontjából homogén szilárdoldat [9]. A szegregációval — ha ennek termodinamikai és kinetikai feltételei megvannak — megváltozik a szilárdoldat, ennek eredményeként jórészt megtörténik a kristályszerkezeti rácshibák, rácstorzulások, feloldása is. A rácsméret változás, valamint a kiváló új fázis helyszükséglete együttesen maradó térfogatnövekedést eredményez. A maradó térfogatnövekedéshez, valamint az ehhez kapcsolódó kristályszerkezet átalakulásához a fémfizikai ismeretek felhasználásával még a következő megközelítő feltételzéseket fűzhetjük. 2.1 A térfogatváltozás és keményedés kapcsolata Az ötvözet Al-térrácsú szilárdoldata az ötvözök szubsztitúciósan beilleszkedő atomjait korlátoltan fogadja be. Az oldóképesség felső határa a hőmérséklettől függ [9]. Lassú hűtéskor az állapot ábra szerint, oldatban már nem tartható atomok szegregálnak és a szemcsehatár egyes helyein koagulálnak ]9], határozott, mikroszkópon felismerhető új fázist képezve. Ez a kiválási folyamat a diszlokációkkal és üres — rácshely hibákkal átszőtt A1 - térrácson keresztül haladó diffúzióval megy végbe. A diszlokációs akadályok és az aktiválási energia csökkenése ezt a diffúziós folyamatot lassúvá teszik és a hátrahagyott üres rácshelyek egy része feltehetően betöltetlen marad [2]. Az 500 C°-on végzett hőkezelés hatására az ötvöző atomok a primér szilárdoldat Al-térrácsú szerkezetébe — az aktiválási energia növekedése és az oldhatósági határ változása ]9] függvényében — diffúzióval behatolnak, és szubsztitúciósan az üres rácshelyekre beilleszkednek. Ezek a beépült atomok rendszertelenül ülnek a szilárdoldat rácsszerkezetének atomhelyein. Az oldó hőkezelést befejező gyors hűtés ezt az ismeretlen telítettségű és rendezetlenségű térrács szerkezetet rögzíti. E szilárdoldat szobahőmérsékleten hűlve túltelített lesz. A szubsztitúciósan beépült atomok közül az Mg-atomok helyileg szétfeszítik a térrácsot, mert atomátmérőjük nagyobb az Al atoménál, ugyanakkor a Cu, Ni, Si atomok pedig helyileg összehúzzák, mivel ezek atomátmérője kisebb az Alénál (2. ábra). A térrácsot szétfeszítő és összehúzó helyi deformálódások az illető atom környezetében a térrácsban méretváltozásokat idéznek elő [2, 6, 9]. Ez a túltelített primer szilárdoldat szobahőmérsékleten is bomlásnak indul, ugyanis az Mg-atomok által szétfeszített térrácshelyek lehetővé teszik, hogy kisebb aktiválási energiával is meginduljon a diffúzió. Ez a diffúziós folyamat az aktiválási energia kis értéke miatt igen lassú és így, szobahőmérsékleten a homogén szilárdoldattá való átalakulás 3/4—1 évet is igénybe vesz. Hőközlésre a bomlás sokkal gyorsabb. A diffúzió intenzív, az idegen atomok szegregálnak a korlátolt oldás határfeltételei szerint. A diffúzió idejét a hőmérséklet szabályozza. Az atomoknak szegregálás közben a szomszédos helyeket elválasztó energia gátakon a hőkeltette aktiválási energia erejével át kell jutniok. A diffúziós sebesség attól függ, hogy ezeket a gátakat milyen sebességgel tudják az atomok átlépni. Az égatomok térrács torzítása, az áthaladást segíti, mert a rácshibák az energiagátakat kisebbítik. 1. ábra. Maradó alakváltozás miatt berágódott Duszilanyagú dugattyú 2. ábra. Kétféle rácstorzulás vázlatos ábrázolása [2] Németh L.: Duszil-dugattyúötvözet