การแยกส่วนผสมโลหะคืออะไร?

เมื่อโลหะผสมแข็งตัวจากของเหลวเป็นของแข็ง องค์ประกอบที่ประกอบกันจะกระจายตัวไม่สม่ำเสมอในส่วนต่างๆ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการแยกส่วนผสม

1.การแยกส่วนผสมตามแรงโน้มถ่วง. การแยกส่วนผสมนี้เกิดจากความแตกต่างของความหนาแน่นระหว่างเฟสที่เป็นองค์ประกอบและเฟสของของเหลวหลอมเหลว

ตัวอย่างเช่น เมื่อโลหะผสมแบบ hypereutectic หรือ hypoeutectic ตกผลึก หากความหนาแน่นของเฟส hypoeutectic หรือ hypoeutectic ที่ตกผลึกก่อนมีความแตกต่างอย่างมากจากเฟสของเหลว เฟสผลึกเหล่านี้จะลอยหรือจมหากเย็นตัวลงอย่างช้าๆ สิ่งนี้จะนำไปสู่ส่วนประกอบทางเคมีที่ไม่สอดคล้องกันในบริเวณบนและล่างเนื่องจากลำดับการตกผลึก ทำให้เกิดการแยกส่วนผสมตามแรงโน้มถ่วง

การลอยตัวของกราไฟต์ในเหล็กหล่อเป็นรูปแบบหนึ่งของการแยกส่วนผสมตามแรงโน้มถ่วง

เห็นได้ชัดว่าการแยกส่วนผสมตามแรงโน้มถ่วงเกี่ยวข้องกับความแตกต่างของความหนาแน่นของส่วนประกอบแต่ละส่วนของโลหะผสม ช่วงของส่วนประกอบการตกผลึกในแผนภาพเฟส และช่วงอุณหภูมิ

ยิ่งความแตกต่างของความหนาแน่นของส่วนประกอบโลหะผสมมากเท่าใด ช่วงของส่วนประกอบการตกผลึกในแผนภาพเฟสก็ยิ่งมากเท่านั้น และความแตกต่างของความหนาแน่นระหว่างเฟสยูเทกติกแรกและเฟสของเหลวก็ยิ่งมากเท่านั้น ช่วงอุณหภูมิการตกผลึกของแผนภาพเฟสยิ่งกว้าง อัตราการเย็นตัวยิ่งช้าเท่าใด เฟสผลึกก็ยิ่งมีเวลาลอยหรือจมในเฟสของเหลวมากขึ้นเท่านั้น และการแยกส่วนผสมตามแรงโน้มถ่วงก็จะยิ่งรุนแรงขึ้นเท่านั้น แผนภาพเฟสของโลหะผสมเหล็ก-คาร์บอนแสดงในรูปที่ 1

จะป้องกันการแยกส่วนผสมตามแรงโน้มถ่วงได้อย่างไร? ประการแรก การเย็นตัวอย่างรวดเร็ว เฟส pro-eutectic ไม่มีเวลาเพียงพอที่จะลอยหรือจม ประการที่สอง การเติมองค์ประกอบที่สาม เมื่อเฟสของเหลวแข็งตัว เฟสที่มีความหนาแน่นใกล้เคียงกับเฟสของเหลวจะก่อตัวขึ้นก่อนเพื่อป้องกันไม่ให้เฟส pro-eutectic ลอยหรือจม ประการที่สาม การพาความร้อนและการกวนจะใช้เพื่อป้องกันการแยกส่วนผสมของเฟส pro-eutectic

2.การแยกส่วนผสมตามภูมิภาค. เมื่อโลหะผสมสารละลายของแข็งตกผลึกไม่สมดุล ปริมาณตัวทำละลายของโลหะผสมที่แข็งตัวก่อนจะต่ำกว่า และปริมาณตัวทำละลายของโลหะผสมที่แข็งตัวทีหลังจะสูงกว่า สิ่งนี้จะทำให้เกิดการแยกส่วนผสมในระดับมหภาคหรือการแยกส่วนผสมตามภูมิภาค โครงสร้างแบบแถบที่เกิดจากการแยกส่วนผสมแสดงในรูปที่ 2

จุดหลอมเหลวของผลึกที่บริสุทธิ์กว่าจะสูงกว่า และจุดหลอมเหลวของผลึกที่มีสิ่งเจือปนมากกว่าจะค่อนข้างต่ำ เมื่อถนนถูกปิดกั้นด้วยหิมะตกหนักในฤดูหนาว สามารถโรยเกลือบนถนนเพื่อละลายหิมะได้ นี่คือเหตุผล จุดหลอมเหลวของน้ำเกลือต่ำกว่าศูนย์องศา การโรยเกลือบนพื้นผิวถนนไม่จำเป็นต้องฉีดน้ำร้อน และหิมะจะค่อยๆ ละลายด้วยตัวเอง

ข้างต้นเป็นกรณีของการตกผลึกไม่สมดุล หากเป็นการตกผลึกที่สมดุล กระบวนการตกผลึกจะช้า และส่วนประกอบของเฟสของแข็งและเฟสของเหลวมีเวลาและอุณหภูมิเพียงพอที่จะแพร่กระจายและผสมกันอย่างสม่ำเสมอ การแยกส่วนผสมจะไม่เกิดขึ้น

3.การแยกส่วนผสมแบบเดนไดรต์. เมื่อสารละลายของแข็งตกผลึก สำหรับผลึกเดี่ยว ส่วนที่ตกผลึกก่อนจะมีส่วนประกอบที่มีจุดหลอมเหลวสูงมากกว่า และส่วนที่ตกผลึกทีหลังจะมีส่วนประกอบที่มีจุดหลอมเหลวต่ำมากกว่า กล่าวคือ ภายในผลึก ส่วนประกอบจะกระจายตัวไม่สม่ำเสมอเนื่องจากเวลาการแข็งตัวที่แตกต่างกัน ซึ่งเรียกว่าการแยกส่วนผสมภายในผลึก

ผลึกของสารละลายของแข็งมักจะเป็นแบบเดนไดรต์ และส่วนประกอบของกิ่งก้านและกิ่งก้านจะแตกต่างกัน ดังนั้นการแยกส่วนผสมภายในผลึกจึงเรียกว่าการแยกส่วนผสมแบบเดนไดรต์

การแยกส่วนผสมภายในผลึกจะลดคุณสมบัติทางกลของวัสดุ และความต้านทานการกัดกร่อนก็จะลดลง วิธีการกำจัดการแยกส่วนผสมภายในผลึกคือการอบอ่อนแบบแพร่ หรือการอบอ่อนแบบทำให้เป็นเนื้อเดียวกัน