Целью настоящей работы являлось аналитическое исследование возможности сфероидизации избыточных карбидов в матрице твердого раствора. Принципиально это можно достигнуть двумя основными путями - выделением сферических частиц из пересыщенного твердого раствора и трансформацией различных видов пластинчатых структур в сферу.
Анализ возможности получения сфероидизированных карбидов можно провести, исходя из математической зависимости Томсона-Фрейндлиха, полученной из условия равенства химических потенциалов в смежных фазах, находящихся в состоянии термодинамического равновесия. Зависимость характеризует изменение давления пара, жидкости или растворимости твердых тел, вызванное искривлением поверхности раздела смежных фаз. Над сферическими каплями жидкости давление насыщенного пара Р повышено по сравнению с его давлением Рo над плоской поверхностью при той же температуре Т. Соответственно, растворимость твёрдого вещества с выпуклой поверхностью Сr, выше, чем растворимость С ∞ плоских поверхностей того же вещества [2]. Изначально эта зависимость ) применялась в коллоидной химии при характеристике коллоидных высокодисперсных систем для определения адсорбции на твердых искривленных поверхностях [3]:
где r – радиус средней кривизны поверхности раздела фаз, Γ - межфазное поверхностное натяжение, Ν - молярный объем жидкости или твёрдого тела, Р – давление пара, Сr, С &infin - концентрация раствора около плоской и радиальной поверхностей, k – газовая постоянная. Для шарообразных частиц «r» по абсолютной величине равен их радиусу.
Понижение или повышение давления пара и растворимости, в соответствии с уравнением (1), зависит от знака кривизны поверхности рассматриваемого вещества; повышение отвечает выпуклой поверхности (r > 0), а понижение — вогнутой (r < 0). Так, в отличие от рассмотренных выше случаев, давление пара в пузырьке или над поверхностью вогнутого мениска в капилляре понижено (Р < Рo). Т. к. значения Р и Сr, С &infin различны для частиц разных размеров или для участков поверхностей, имеющих впадины и выступы, зависимостью (1) определяет направление переноса вещества (от больших значений Р и Сr, С &infin — к меньшим) в процессе перехода системы к состоянию термодинамического равновесия. Это приводит, в частности, к тому, что крупные капельки или частицы растут за счет испарения (растворения) более мелких, а неровные поверхности сглаживаются за счёт растворения выступов и заполнения впадин. Заметные отличия давления и растворимости имеют место лишь при достаточно малых радиусах (r). Поэтому данное уравнение наиболее широко используется для характеристики состояния малых объектов (частиц коллоидных систем, зародышей новой фазы) и при изучении капиллярных явлений. В применении к процессам сфероидизации зависимость (1) преобразована и имеет несколько другой вид ) [4 - 6]:
Опираясь на эти зависимости, можно провести анализ возможности образования сферических карбидов при распаде пересыщенного твердого раствора (мартенсита, бейнита), происходящего при нагреве, а также путем трансформации пластины цементита (карбида) в перлите в сферу. Для упрощения рассмотрения вариантов получения сферических частиц разработали блок-схему (рис. 1), которая может быть использована как для прогнозирования фазово-структурных превращений в сплавах, так и для коррекции действующих технологических процессов термообработки.
Список использованных источников
1. Долженков И. Е., Долженков И. И. Сфероидизация карбидов в стали. – М.: Металлургия, 1984. – 143 с.
2. Жуховицкий А. А., Шварцман Л. А. Физическая химия. – Изд. 3-е. М.: Металлургия, 1987. – 520 с.
3. Пасынский А. Г. Коллоидная химия. – М.: Высшая школа, 1968. – 232 с. 4. Новиков И.И. Теория термической обработки: 4-е изд., перер. и доп. – М.: Металлургия, 1986. – 480 с.
5. Бунин К. П., Баранов А. А. Металлография. – М.: Металлургия, 1970. – 256 с.
6. Блантер М. Е. Теория термической обработки. – М.: Металлургия, 1984. – 328 с.