Каков микроскопический механизм уменьшения истинной плотности, вызванного “перегоранием” при прокаливании? 

В процессе обжига микроскопический механизм, посредством которого “перегорание” приводит к снижению истинной плотности, в первую очередь связан с окислением или плавлением границ зерен, аномальным ростом зерен и повреждением структуры, что подробно рассмотрено ниже:

Окисление или плавление границ зерен: потеря прочности межзеренных связей.
Образование легкоплавких эвтектических фаз: Когда температура обжига превышает температуру плавления легкоплавких эвтектических веществ в материале, эвтектическая структура на границах зерен преимущественно плавится, образуя жидкую фазу. Например, в алюминиевых сплавах могут образовываться переплавленные сферы или треугольные зоны переплавления, в то время как в углеродистых сталях может происходить окисление границ зерен или локализованное расплавление.
Проникновение окисляющих газов: При высоких температурах окисляющие газы (такие как кислород) проникают к границам зерен и вступают в реакцию с элементами материала, образуя оксиды. Эти оксиды еще больше ослабляют прочность межзеренных связей, что приводит к расслоению зерен.
Структурные повреждения: После расплавления или окисления границ зерен прочность межзеренных связей значительно снижается, что приводит к образованию микротрещин или пор в материале. Это снижает эффективную массу на единицу объема, что приводит к снижению истинной плотности.
Аномальный рост зерен: Увеличение числа внутренних дефектов
Укрупнение зерен из-за перегрева: Перегрев часто сопровождается перегревом, когда чрезмерно высокие температуры нагрева или длительное время выдержки вызывают быстрый рост зерен аустенита. Например, в углеродистых сталях после пережигания могут образовываться структуры Видманштеттена, в то время как в инструментальных сталях может образовываться ледебурит, похожий на рыбью кость.
Увеличение внутренних дефектов: Крупные зерна могут содержать больше дефектов, таких как дислокации и вакансии, которые снижают плотность материала. Кроме того, в процессе роста зерна могут образовываться газовые поры или микротрещины, что еще больше снижает массу на единицу объема.
Уменьшение полезной массы: Аномальный рост зерен приводит к нарушению внутренней структуры материала, что приводит к снижению эффективной массы на единицу объема и, следовательно, к снижению истинной плотности.
Повреждение микроструктуры: ухудшение свойств материала
Переплавленные сферы и треугольные зоны переплавления: В алюминиевых сплавах и других материалах перегрев может привести к образованию переплавленных сфер или треугольных зон переплавления на границах зерен. Наличие таких областей нарушает целостность материала и увеличивает пористость.
Расширение границ зерен и микротрещины: После перегрева границы зерен могут расширяться из-за окисления или плавления, что сопровождается образованием микротрещин. Эти микротрещины могут проникать сквозь материал, что приводит к снижению истинной плотности.
Необратимость свойств: Микроструктурные повреждения, вызванные перегревом, как правило, необратимы, и даже последующая термообработка может не полностью восстановить первоначальную плотность материала.
Примеры и проверка
Перегрев алюминиевых сплавов: Когда температура нагрева алюминиевых сплавов превышает их легкоплавкую эвтектическую температуру, границы зерен укрупняются или даже плавятся, образуя переплавленные сферы или треугольные зоны переплавления. Наличие этих участков значительно снижает истинную плотность материала, одновременно вызывая резкое ухудшение механических свойств.
Перегрев углеродистых сталей: После перегрева углеродистые стали могут образовывать на границах зерен включения, такие как оксид железа или сульфид марганца, которые ослабляют прочность межзеренных связей и приводят к разделению зерен. Кроме того, перегорание может привести к образованию видманштеттен-структур, что еще больше снизит плотность материала.