Teil 2: Legierungsbildung

Definition einer Phase

Phasenumwandlung

Phasenumwandlung

Misch-Kristalle (MK)

Kristallsorten

Komponenten sind auch in festem Zustand ineinander löslich

Komponenten sind in festem Zustand unlöslich.

Sie bilden separate Körner.

Legierungen

Phasendiagramm

Phasendiagramm

Zweistoff-PhasendiagrammAbszisse: prozentualen Massegehalte der Legierungspartner. Genz rechts liegen 0% bzw. 100% der Komponente A bzw.B vor. Beispiel-Punkt auf der Abszisse: 80% der Komponente A und (folglich) 20% der Komponente B.

Phasenumwandlung

Phasendiagramm

Komponenten sind völlig löslich

Beide Komponenten der Legierung sind hier im festen als auch im flüssigen Zustand voll löslich.Die reinen Metalle A bzw. B erstarren jeweils in einem Haltepunkt, also bei ihrer Schmelztemperatur. Die Legierungen der beiden Komponenten erstarren bei einer tieferen Temperatur: Es ergibt sich aber ein Temperaturbereich, in dem sowohl Kristalle als auch Schmelze vorliegen.

Phasenumwandlung

Hebelprinzip. Der Drehpunkt ist der Schnittpunkt zwischen der Temperaturlinie und der Konzentrationslinie. Die Hebel sind die Stecken vom Drehpunkt bis zur Solidus- bzw. Liquidus-Linie.

Liquidus-Linie

Solidus-Linie

Phasenumwandlung

PhasendiagrammKomponenten sind nicht löslich

Bei Komponenten, die im festen Zustand nicht löslich sind, hat das Phasendiagramm eine waagerechte Solidus-Linie. Hier erstarren die beiden Komponenten nur im sog. Eutektikum E zu einem feinkristallinen Kristallgemisch.Bei anderen Mischungsverhältnissen kristallisiert zunächst die überwiegende Komponente (A bzw. B). Die andere bleibt flüssig / in der Schmelze.Wenn die Schmelze erstarrt ist, liegen ausschließlich reine A- und reine B-Kristalle vor, also keine Mischkristalle, sondern ein Kristallgemisch aus A- und B-Kristallen.

Phasenumwandlung

Hebelprinzip. Der Drehpunkt ist der Schnittpunkt zwischen der Temperaturlinie und der Konzentrationslinie. Die Hebel sind die Stecken vom Drehpunkt bis zur Solidus- bzw. Liquidus-Linie.

FragenWas bedeuten Haltepunkte in Abkühlkurven? Die Temperatur der abkühlenden Legierung bleibt bis zur vollständigen

Phasenänderung konstant. Haltepunkte entstehen durch die bei der Erstarrung freiwerdende Kristallisationswärme.

Was bedeuten Knickpunkte in Abkühlkurven? Knickpunkte sind typisch und ausgeprägt für Zustandsänderungen im Bereich

Schmelze – feste Bestandteile von Legierungen. Aus wie vielen Komponenten besteht eine Legierung mindestens?Legierungen bestehen aus mindestens 2 Komponenten.Nennen sie Beispiele für feste Lösungen.Feste Lösungen sind Mischkristalle wie z.B. Ferrit, Austenit, d- Ferrit.Was stimmt?Bei Substitutionsmischkristallen sind die Fremdatome auf Zwischengitterplätzen im Kristall verteilt. Bei Einlagerungsmischkristallen hängt die Löslichkeit stark

vom Gittertyp, der Atomgröße, dem Metallcharakter der Temperatur ab.

Eisen-Kohlenstoff-Diagramm

Allotropie des Eisensmax. C-Gehalt

0,1 %

2 %

0,1 % Ferrit

Austenit

Eisen-Kohlenstoff-Diagramm

α-Eisen kann wegen seines krz-Gitters nur wenig C lösen, denn es gibt im krz-Gitter weniger Zwischengitterplätze als im kfz-Gitter.

Eisen-Kohlenstoff-DiagrammBei höheren C-Anteilen bilden sich daher zusätzliche Kristallgemische.Zunächst entsteht „Perlit“, wo der C-Anteil 0,8% beträgt. Perlit zeigt sich im Gefüge als Zebrastreifen-Muster aus Ferrit (hell) und Zementit Fe

3C (dunkel).

Bei mehr als 0,8% C in der Schmelze erhöht sich die Ansammlung von Zementit. Es bildet nun eigene Körner.

Eisen-Kohlenstoff-Diagramm

Kohlenstoff bildet mit Eisen die chemische Verbindung Fe3C, das Eisenkarbid, genannt Zementit. Diese Verbindung enthält 6,67% C und ist sehr hart.

AufgabePrüfen Sie, wie viel Gewichtsprozent der Kohlenstoff im Zementit ausmacht.

App: Merck PSE

Phasenumwandlung

Phasenumwandlung

Fragen

1)Was ist der Unterschied zwischen Perlit und Perlit ?Perlit ist ein Kristallgemisch aus Ferrit (Fe) und Zementit (Fe

3C)

1)Was ist Ferrit ?Ferrit ist Eisen (ferrum) mit Spuren von C-Atomen.1)Welches Gitter nimmt bis zu 2% C-Atome auf?Das kfz-Gitter des Eisens.1)Was ist der Unterschied zwischen Gamma-Eisen und Austenit?Keiner. Beides bezeichnet den im kfz-Gitter vorliegenden Stahl.

Gefüge-Einstellung

Erstarrung von Legierungen

Erstarrung von Legierungen

Erstarrung von Legierungen

Erstarrung von Legierungen

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