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

Next