Металловедение. Спекание.

В затвердевшем металле нередко встречаются несплошности – поры, трещинки, газовые пузырьки. Эти объемные дефекты возникают не только при кристаллизации, но и во время последующего охлаждения. С их присутствием связано повышение термодинамического потенциала на величину, равную энергии свободной поверхности. При высоких температурах форма и размеры несплошностей изменяются. Характер изменения объемных дефектов зависит от их величины. Крупные поры и трещины уменьшаются. Неравноосные полости при длительных выдержках превращаются в равноосные, происходит огранение окружающей полость металлической матрицы плоскостями с минимальной поверхностной энергией. Мелкие поры и трещинки могут зарастать. Заполнение пор и трещинок атомами происходит благодаря самодиффузии. В результате залечивания пор и трещинок плотность отливок возрастает.

В пористом металле существует градиент концентрации вакансий, под действием которого они диффундируют от поры в глубь металла. Благодаря диффузии вакансий в удаленный от поры объем металла в нем возникает пересыщение вакансиями. Оно устраняется в результате оседания и уничтожения избыточных вакансий на границах зерен и дислокациях.

С уходом вакансий концентрация их вблизи поры становится ниже равновесной. Равновесная концентрация достигается в результате выхода некоторых атомов на поверхность поры. Таким образом, залечивание осуществляется «повакансионным растворением» поры, диффузией вакансий в глубь металла и устранением их на линейных и поверхностных дефектах. Если пор в металле много, то наряду с залечиванием происходит и коалесценция, осуществляемая повакансионным растворением мелких пор, диффузией вакансий к крупным порам, около которых равновесная концентрация вакансий ниже. В результате притока вакансий крупные поры растут. При коалесценции число пор уменьшается без изменения объема металла.

Снижение энергии свободной поверхности (γ) металла из-за адсорбции поверхностно активных примесей замедляет залечивание пор. Замедляется оно и вследствие заполнения пор газами, выделяющимися из металла при охлаждении. При этом давление газов может настолько возрасти, что пора будет не залечиваться, а расти или возникнут трещины.

Спекание используют в технике при изготовлении изделий из металлических порошков. Для этого порошки металлов и их смеси прессуют и подвергают высокотемпературному нагреву. Во время спекания усиливается сцепление частиц, а объем изделия уменьшается благодаря частичному залечиванию пор. Методами порошковой металлургии изготовляют изделия из тугоплавких металлов, расплавление которых представляет трудности.

Иван Перфильев
Информацию обо мне вы можете посмотреть на странице Об авторе |