Herding av stål

HIN Allmenn Maskin RA 26.04.04
Side 2 av 12
Temperatur
høyere lavere
2 5 3
4
1
6
5 3 5 5
2 5
3 4
4 5
6 3
2
2
6
4 4
3 8 1
3 3
2
2
2 2
3 4
2 2
4 2
3 5
3
3
4
3 1
5 5
4
4 1 6
Kritisk kimradius
Figur 2 Temperaturfordelinger og kimdanning
Det må være stor nok stoffmengde med lav nok
temperatur før kim kan dannes.
I statistisk termodynamikk beskriver man hvordan partiklenes energi fordeler seg tilfeldig.
Figur 2 skal illustrere høy og lav temperatur i en samling partikler. Tallene (1-8) er et uttrykk
for energien til hver enkelt partikkel i øyeblikket. Vi antar at når tallet blir 2 eller lavere, kan
faseomvandlingen finne sted. Ved lavere temperatur er det større sannsynlighet for at et
område blir stort nok til å overskride kritisk kimdanningsradius, r, et kort øyeblikk slik at
kimet dannes.
Resonnementet forteller oss at det må en viss underkjøling til før det kan dannes et kim. Det
kan beregnes at denne underkjølingen må være ganske stor (50 – 100 °C) før kimdanning kan
finne sted midt i en stoffmengde. Når dette skjer, kalles det homogen kimdanning.
Kimdanning skjer mye lettere ved en diskontinuitet. Dette kan være en fri overflate
(overflaten av en smelte eller en gassboble), et annet materiale (veggen i en støpeform, andre
partikler) eller allerede dannede korn av stoffet selv. Dette kalles heterogen kimdanning.
Mange har opplevd at en brusboks har frosset i samme øyeblikk som man åpner den i sterk
kulde. Årsaken er at væsken er underkjølt, men ikke så mye at det blir homogen kimdanning
eller at det blir kimdanning på den innvendige overflaten. Derimot blir det kimdanning på
boblene som dannes idet boksen åpnes.
Ved størkning av metaller skjer kimdanningen først på formveggen. Rekrystallisering og
transformasjoner i fast fase kimdannes først på opprinnelige korngrensehjørner, men også på
opprinnelige korngrenser.
Rask nedkjøling gir større underkjøling før alt har nådd å størkne (eller generelt skifte fase).
Jo større underkjøling, jo flere steder kan det bli kimdanning.
• Rask nedkjøling gir finkornet struktur, langsom nedkjøling gir grovkornet struktur.
Ved fasetransformasjoner i fast fase, er korngrensene gunstige for kimdanning. I hjørner der
flere korn møtes er det spesielt gunstig. Det betyr at hvert korn gir opphav til flere nye korn,
og at fasetransformasjon i fast fase fører til en mer finkornet struktur.