ilmu bahan- heat treatment

PERLAKUAN PANAS

5.1 Difusi pada logam

Difusi memainkan peran penting dalam banyak proses metalurgi. Hampir semua perubahan fasa dalam sistem paduan melibatkan redistribusi atom konstituen, dan sebagainya bergantung pada fenomena difusi. Misalnya, usia pengerasan, pembentukan senyawa, penghapusan coring dalam paduan dilemparkan oleh anneling, pengerasan permukaan, ikatan logam, pertumbuhan film oksida, teknik metalurgi bubuk, pemulihan dan rekristalisasi semua fenomena dimana pengetahuan dari gerakan elemen terlarut diperlukan sebelum proses dapat sepenuhnya dijelaskan.

Difusi adalah efek statistik yang tergantung sepenuhnya pada gerakan relatif dan konsentrasi atom yang merupakan sistem. Dari pertimbangan sederhana paduan mengandung gradien konsentrasi, yang selama difusi akan cenderung ke arah distribusi seragam, hukum dasar yang mengatur proses difusi mungkin diturunkan.
Atom atau molekul dalam sistem fisik atau kimia terus berusaha untuk mengambil posisi di mana energi dari sistem ini adalah minimum.

Difusi dapat digambarkan dalam hal perubahan energi daripada konsentrasi, karena telah menunjukkan bahwa sementit dalam kontak intim dengan pameran austenit tanpa kecenderungan untuk kehilangan karbon untuk austenit. Bahkan, austenit jenuh sehubungan dengan sementit cenderung kehilangan karbon untuk menghasilkan karbon tahap lebih tinggi, yaitu karbon berdifusi dari daerah (austenit) dimana dalam konsentrasi, karena potensial kimia yang lebih tinggi (energi) dari karbon dalam austenit.

Perubahan energi bebas adalah kekuatan pendorong di belakang transformasi kimia dan fisik dan itu harus diharapkan bahwa perubahan energi bebas terlibat dalam laju reaksi.

5.1.1. Hukum difusi Fick

 Mempertimbangkan kasus yang akan behubungan dengan konduktivitas termal atau listrik, oleh karena itu, tingkat difusi dapat dirumuskan oleh:

J ∞ F / R

Dimana J = laju difusi (atau laju aliran massa) - analog dengan lancar,

F = gaya penggerak (perbedaan dalam energi antara keadaan awal dan akhir) - analog dengan ggl, dan

 R = untuk gerakan perlawanan - analog dengan tahanan.

Dari persamaan di atas dapat dilihat, bahwa tingkat difusi tergantung tidak hanya pada kekuatan pendorong tetapi juga pada perlawanan terhadap pergerakan atom melalui kisi. Resistensi diturunkan dengan menaikkan suhu dari sistem yang menyebar, karena amplitudo yang lebih tinggi dari getaran atom pelarut memberikan jalan yang lebih jelas ke atom terlarut bermigrasi.

5.1.2. Pengaruh Kirkendall

Dua jenis terpisah dari mekanisme dipertimbangkan dalam difusi pada logam.
Proses atom dasar menentukan tingkat difusi melibatkan gerakan bersih satu atom saja. Ini akan menjadi kasus difusi 'lubang' gas dalam logam, difusi interstisial dan, mungkin, difusi batas butir. Ini tidak berarti bahwa hanya satu spesies atom terlibat dalam difusi, tapi itu difusi, tetapi bahwa proses difusi, seperti yang diamati, hanya efek bersih dari serangkaian proses atom, masing-masing melibatkan gerakan hanya satu atom pada suatu waktu.

Difusi terjadi dengan saling pertukaran posisi atom tetangga. Untuk proses untuk mengarah pada perubahan yang ditunjukkan atom yang berpartisipasi harus menjadi spesies yang berbeda.

5.1.3. Mekanisme Difusi dalam logam padat

Situs kisi mewakili posisi keseimbangan atau minima energik, dan meninggalkan seperti situs atom harus mendapatkan energi di atas nilai rata-rata sebagai akibat fluktuasi termal. Energi ini dikeluarkan dalam pekerjaan atom harus lakukan untuk memeras antara lokasi aslinya, dan atom harus memiliki beberapa situs baru yang tersedia ke dalam yang dapat pergi.

Banyak mekanisme telah diusulkan untuk proses difusi dalam logam padat:
Padat interstisial solusi, yang terjadi dalam difusi karbon dalam besi. Unsur lebih mobile memiliki lokasi keseimbangan dan celah antara atom pelarut besar, dan semua celah setara tetangga lokasi potensial untuk atom terlarut. Energi dari daerah kecil yang berisi atom menyebarkan adalah minimum dengan atom di situs kesetimbangan interstisial. Meningkatkan sebagai atom bergerak ke posisi menengah, yang dalam beberapa kasus terletak simetris terhadap dua situs interstisial bersebelahan.

5.1.4 variabel afectif koefisien difusi

(A). Suhu.

 Pengaruh suhu pada sistem menyebarkan tertentu telah ditunjukkan oleh persamaan di atas. Apakah, faktor frekuensi, dan Q, energi aktivasi, keduanya konstanta karakteristik dari sistem. Apakah relatif independen dari suhu dan terbesar untuk diri-difusi atau untuk difusi antara kimia dan fisik logam serupa, yang mungkin sering memberikan serangkaian berkelanjutan larutan padat.

(B). Tekanan.

 Karena ikatan yang kuat antara atom-atom dalam logam kebanyakan, itu memerlukan tekanan eksternal yang tinggi untuk efek perubahan berarti dalam kondisi internal, meskipun telah dicapai dengan logam relatif lunak, natrium dan seng.

(C). Struktur kristal.

Difusi adalah properti vectorial. Dalam kristal kubik, D memiliki nilai yang sama sepanjang semua sumbu setara, ke segala arah. Untuk kristal simetris dikurangi dengan nilai lebih dari D yang diperlukan. Self - koefisien difusi telah diperoleh selama dua modifikasi allotropic dari besi dan talium, dan pada setiap difusi kasus ini jauh lebih lambat dalam menutup - dikemas struktur (fcc zat besi, dan cph dalam talium) daripada di bcc struktur. Dengan atom memiliki cukup baik - radius ditetapkan kemudahan meningkat difusi dengan penurunan kepadatan pengepakan.

(D). Saring dan tingkat strain.

 Untuk logam terus menerus cacat selama anil difusi, peningkatan besar di difusivitas telah diamati.Ini adalah proporsional tingkat tegang.

(E). Grain batas, dislokasi dan permukaan.

Sebuah whitin atom sebagian besar volume kristal ini lebih kuat terikat dengan atom tetangga dari satu di batas butir, dan itu memerlukan energi aktivasi yang lebih tinggi untuk gerakan dan juga memiliki mobilitas yang lebih rendah. disorganisasi adalah lebih besar dalam tinggi - batas sudut daripada di rendah - batas sudut, dan telah ditemukan bahwa batas butir diffusiities menurun dengan berkurangnya sudut kemiringan antara butir bergabung di perbatasan. Ini juga telah menunjukkan bahwa rendah - sudut batas menunjukkan anisotropi difusi, mobilitas yang tinggi dalam arah paralel dengan tepi discolation daripada di arah tegak lurus pada permukaan batas.

(F). Ukuran relatif atom terlarut dan pelarut.

 Pengaruh ukuran relatif atom terlarut dan pelarut digambarkan dengan jelas oleh perbandingan koefisien difusi yang sangat encer solusi dari berbagai unsur zat besi. Elemen dengan ukuran dan elektronegativitas yang mirip dengan besi memiliki koefisien difusi dalam faktor dari 5 diri - koefisien difusi. Kobalt, nikel, mangan, dan molibdenum menduduki situs substitusi. Oksigen memiliki koefisien difusi sekitar dua urutan besarnya lebih besar dari grup ini, dan unsur-unsur C, N, dan B menunjukkan tingkat difusi yang sama, yang kira-kira lima lipat lebih cepat daripada diri - tingkat difusi. Kecuali untuk energi tinggi-aktivasi tampaknya untuk difusi boron dalam besi α, ini adalah elemen-elemen khas yang menempati situs kisi interstisial dan menyebar melalui ruang interstisial.

(G). Konsentrasi.

 Ketika konsentrasi dalam fase solusi tunggal padat bervariasi, koefisien difusi juga bervariasi. Untuk kuningan, baik di f.c.c. dan b.c.c. fase, meningkatkan difusi koefisien tajam dengan konten seng meningkat. Ini telah didirikan bahkan yang sangat encer dalam larutan unsur-unsur terlarut berdifusi pada tingkat substantally berbeda untuk diri-difusi dari atom pelarut dan bahkan dapat menyebabkan variasi dalam proses terakhir. Larutan unsur yang mengarah ke penurunan titik beku, kurva likuidus miring ke bawah, memiliki koefisien difusi lebih besar dari orang-orang untuk difusi pelarut diri. Larutan unsur yang meningkatkan titik beku memiliki koefisien difusi yang lebih kecil daripada mereka untuk difusi pelarut diri. Penyimpangan dari nilai-difusi diri berkorelasi secara kasar dengan lereng kurva likuidus pada akhir pelarut diagram fase. Difusi koefisien dalam paduan interstisial independen dari total rentang konsentrasi dan hanya tergantung pada konsentrasi lokal, ini juga tampaknya benar untuk paduan substitusi.

5.2 Solid - transformasi lokal

5.2.1 Difusi dikendalikan

Kebanyakan perubahan dalam padat didahului oleh perubahan komposisi dan gerakan, dan pengaturan ulang dari atom diperlukan untuk menghasilkan perubahan komposisi. Pertimbangkan persamaan:

J ∞ F / R (lihat Bagian 5.1.1)

Jika R adalah urutan yang sama seperti F, tingkat terbatas difusi diperoleh. Ini adalah kasus dalam reaksi presipitasi, transformasi eutektoid dalam keseimbangan atau kondisi kesetimbangan dekat, penuaan dan proses tempering, dan rekristalisasi. Bila F adalah besar dibandingkan dengan R, maka laju reaksi cepat, yang merupakan kasus difusi di kristalisasi, cair.

Kisi-kisi dari sebuah fase yang baru dibentuk berkaitan geometris dengan yang fase temperatur tinggi, dan dalam banyak kasus pesawat atom saling berhadapan di matriks - antarmuka endapan memiliki pola atom sangat mirip dan jarak atom. Ini mungkin merupakan konsekuensi dari prinsip fundamental bahwa energi yang dibutuhkan untuk menghasilkan antarmuka haruslah minimum. Persyaratan ini dipenuhi bila bentuk kristal baru sedemikian rupa untuk sedekat mungkin kelanjutan dari yang lama, yaitu pesawat antarmuka harus sesuai bersama dengan minimal mismatching.
Sering, bentuk fase mempercepat di-pesawat terdekat dikemas fase orangtua, dengan pesawat dekat-dikemas dari orang tua, dan arah close-dikemas dari fase precipitating sejajar terhadap arah dekat dikemas dalam fase induk.

Struktur butir yang dihasilkan oleh proses ini sebagian besar dari jenis Widmanstatten, yaitu jarum atau pelat paralel tertanam dalam matriks.
5.2.2 difusi pendinginan

Dipercepat mungkin baik sekali menekan perubahan untuk memberikan fase jenuh tunggal atau menyebabkan fase metastabil akan dibentuk, yang berbeda baik dari fase temperatur tinggi dan tahap kesetimbangan. Juga, jika R sangat besar dibandingkan dengan F, di mana mobilitas atom secara praktis nol, difusi sedikit atau tidak mungkin. Perubahan ini melibatkan perubahan kisi saja, transformasi tergantung hanya pada kekuatan pendorong reaksi. Saat ini melebihi gaya yang dibutuhkan untuk mengubah susunan atom dari satu struktur ke yang lain, transformasi terjadi tiba-tiba.
Transformasi difusi, atau martensit, memiliki karakteristik yang berbeda