Gitterstörungen Flashcards
Ablauf der Entstehung der Gitterstruktur samt Fehler (die 4 Phasen)
- Metallschmelze
- Beginn der Kristallbildung
- Fortschreitende Kristallbildung
- Vollständige Erstarrung
Was passiert bei der Metallschmelze (Ablauf Entstehung der Gitterstruktur)
- Atome bewegen sich regellos und frei
- Wenn die Schmelze abkühlt bewegen sich die Atome langsamer, da (Wärme)- Energie aus der Schmelze entweicht.
Beginn der Kristallbildung (Ablauf Entstehung der Gitterstruktur)
Wenn die Erstarrungstemperatur erreicht ist in der Schmelze, beginnt die Zusammenlagerung der Metallatome nach einem Kristallgittertyp.
Kristallwachstum beginnt.
Fortschreitende Kristallbildung (Ablauf Entstehung der Gitterstruktur)
- es gliedern sich immer mehr Metallatome aus der Restschmelze den Kristallen an
- Temperatur während des Auskristallisierens - unverändert auf der Erstarrungstemperatur, da die entzogene Wärme zur Kristallbildung benötigt wird.
- Wenn Schmelze fast aufgebraucht, stoßen die wachsenden Kristalle an ihren Grenzen aneinander
- Es entwickelt sich eine ungeordnete Begrenzungsschicht (Korngrenze), da die Metallatome im Grenzbereich zwischen den Körnern teilweise nicht in das Kristallgitter eingeordnet werden können.
Vollständige Erstarrung (Ablauf Entstehung der Gitterstruktur)
- Alle Metallatome haben ihren festen Platz-> Schmelze komplett erstarrt.
- Gefüge des Werkstoffs hat sich gebildet
- Temperatur des festen Metallkörpers nimmt wieder stetig ab durch den Wärmeentzug.
Wobei entsteht das kristalline Gefüge eines metallischen Werkstoffs?
Das kristalline Gefüge entsteht, wenn die Schmelze abkühlt. Beim Erreichen der Erstarrungstemperatur kommt es an vielen Stellen innerhalb der Schmelze zur Kristallbildung.
Was versteht man unter der Erstarrungstemperatur?
Die Temperatur, die den Übergang vom flüssigen in den festen Aggregatzustand darstellt.
Wann und Warum bleibt die Erstarrungstemperatur über eine gewisse Zeit konstant ?
Bei der Entstehung der Gitterstruktur bleibt die Erstarrungstemperatur während dem Auskristallisieren unverändert, da die entzogene Wärme zur Kristallbildung benötigt wird.
Was sind Kristallisationskeime?
Stellen, an denen das Kristallwachstum beginnt.
Arten der Gitterfehler
- Punktförmige Fehler
- Linienförmige Fehler
- Flächenförmige Fehler
- räumliche Fehler
Nenne die 4 Arten der Punktförmigen Gitterstörung und deren Merkmale
-Leerstellen
Wenn ein Gitterplatz unbesetzt ist. An dieser Stelle ist das Gitter elastisch verzerrt und jedes Atom an dieser Stelle hat mehr Platz
-Zwischengitteratome
Atom zwischen den regulären Gitterplätzen. Durch Energiezufuhr wird das Atom von seinem Platz verdrängt und lagert sich zwischen einer anderen Gitterebene
-Einlagerungsatome
Fremdatom auf Zwischengitterplatz. (kein reguläreR Gitterplatz). Kein Atom aus dem vorhandenen Gitter, sondern ein Fremdatom aus einem anderen Element.
-Substitutionsatome
Fremdatom auf einem regulären Gitterplatz. In einem Gitter wird ein Atom durch ein fremdes Atom ersetzt->Deformierung
Zu welcher Gitterstörungsart wird die Störung „Leerstellen“ zugeordnet und was versteht man unter diesem Begriff ?
-Leerstellen gehören zu den punktförmigen Gitterstörungen
Wenn ein Gitterplatz unbesetzt ist. An dieser Stelle ist das Gitter elastisch verzerrt und jedes Atom an dieser Stelle hat mehr Platz
Was sind Zwischengitteratome?
Und was ist die Ursache?
Zwischengitteratome gehören zu den punktförmigen Gitterstörungen
Es ist das Atom zwischen den regulären Gitterplätzen.
Ursache: Durch Energiezufuhr (z.B Wärmeengerie) wird das Atom von seinem Platz verdrängt und lagert sich zwischen einer anderen Gitterebene.
Was ist „Frenkel-Paar“?
Wenn eine Zwischengitteratom durch die Energiezufuhr von seinem Platz verdrängt wird und sich auf zwischen eine anderen Gitterebene platziert, entsteht an der Verdrängungsstelle eine Leerstelle.
Von was ist die Anzahl der Leerstellen in der Gitterstruktur abhängig ?
Anzahl der Leerstellen ist abhängig von der Temperatur und dem Grad der Verformung.
Je höher die Temperatur, desto mehr Leerstellen entstehen, da das Gitter mit steigender Temperatur in Schwingung gerät.
Was ist ein Einlagerungsatom/Zwischengitteratom?
Ein Einlagerungsatom ist ein Fremdatom auf einem Zwischengitterplatz.
Es ist ein Fremdatom aus einem anderen Element und nicht ein Atom aus dem vorhandenen Gitter.
Sie sind meistens kleiner als du Matrixatome und sorgen für kleinere Lücken innerhalb des Gitters, wenn sie sich platzieren.
Was sind Fremdatome?
Atome aus einem anderen Element, und nicht aus dem vorhandenen Gitter
Beispiel für Einlagerungsatom/Zwischengitteratom
Gewollte Einlagerung von Kohlenstoffatomen in einem Eisengitter bei der Stahlherstellung.
Was ist ein Substitutionsatom?
Es ist ein Fremdatom auf einem regulären Gitterplatz.
In einem Gitter wird ein bereits vorhandenes Atom durch ein fremdes Atom ersetzt.-> dieser Vorgang wird Deformierung genannt
Worin kennzeichnen sich die linienförmigen Gitterfehler?
Die linienförmigen Gitterstruktur ist eine 1-dimensionale Gitterstruktur und kennzeichnet sich durch die Versetzungen, die zustande kommen, weil eine Halbebene in die Gitterstruktur eingebracht wird.
Erkläre Linienförmige Gitterstörung
Die Linienförmige Gitterstörung unterteilt sich in Stufenversetzung und Schraubenversetzung:
Stufenversetzung
Stufenversetzungen sind Gitterfehler, bei denen eine ganze Gitterlinie innerhalb einer Gitterstruktur irregulär endet. Die parallel verlaufenden Gittergeraden passen sich an diesen Linienfehler an und verzerren sich, um diesen auszugleichen.
Schraubenversetzung
Zeichnet sich durch die wendelförmige Versetzung aus.
Die Schraubenversetzungen können auch quer durch den Werkstoff bzw. durch die Gitterstruktur hindurch gehen.
Das heißt, diese Versetzungen sind nicht an einer Gleitebene gebunden
Unterschiede Schrauben- und Stufenversetzung
Burgersvektor steht parallel zur Versetzungslinie (Schraubenv.)
Burgersvektor und Versetzungslinie stehen senkrecht zueinander.
(Stufenv.)
Stufenversetzung bewirken ein Verkippen der angrenzenden Gitterbereiche gegeneinander.
Schraubenversetzungen bewirken eine Verdrehung der angrenzenden Gitterbereiche gegeneinander.
Die Steigerung der Versetzungsdichte bewirkt eine Verfestigung des metallischen Werkstoffs! Erkläre..
Wenn wir mehr Versetzungen haben, behindern sie sich auch irgendwann gegenseitig beim durchwandern durch das Gitter.
Die gegenseitige Beeinflussung führt dazu, dass die Bewegung und die Erzeugung von diesen Versetzungen eine immer höhere Kraft und eine immer höhere Spannung notwendig machen. Damit steigt der Widerstand gegen die plastische Verformung an. (Verfestigung innerhalb des Metalls)
Mehr Versetzungen sorgen dafür….
Dass ein höherer Kraftaufwand benötigt wird für weitere Verformungen und das sorgt wiederum dafür, dass das Werkstoff eine größere Festigkeit bekommt.
Was ist die Versetzungsdichte?
Die Länge der Versetzungslinie pro Volumeneinheit
Was gibt der Burgersvektor an?
Der B-Vektor gibt die Gitterverzerrung hinsichtlich der Richtung und dem Betrag an.
Was ist der Burgersvektor?
Der B-Vektor ist die Maße für die Größe der Verzerrung eines Kristallgitters, die durch die Versetzungen entstanden ist
Wieso bezeichnen wir die linienförmige Gitterstörung als 1-dimensionale Gitterstörung, wenn eine Halbebene über zwei Dimensionen aufgespannt ist?
Wir betrachten von der Störung her diese Dimension nicht, sondern nur die eine Linie, die in der Gitterstruktur vorhanden ist-> Versetzungslinie
Was passiert mit der Versetzung bei der Stufenversetzung, wenn die aufgebrachte Kraft groß genug ist?
Die Versetzung wandert auf der Gleitebene nach außen.
Sie bewirkt eine bleibende Verschiebung der Atome senkrecht zur Gleitebene.
Durch die plastische Verformung entstehen weitere Versetzungen im Gitter und es bilden sich Gleitstufen aus.
Je mehr Versetzungen, desto größere Gleitstufen.
Wann hat ein Kristall eine hohe Festigkeit ?
Wenn das Kristall keine Versetzungen hat oder Versetzungen, die unbeweglich sind
Nenne 3 Arten der flächenförmigen Gitterstörung
- Korngrenze
- Stapelfehler
- Zwillingsgrenze
Wie werden Kristallite noch genannt
Körner
Was ist eine Korngrenze? Zu welcher Dimension der Gitterstörung wird sie zugeordnet? Wie entsteht sie? Benutze die Wörter Kleinwinkelkorngenze und Großwinkelkorngrenze.
Die Korngrenze ist die Übergangszone zwischen zwei aneinandergrenzenden Kristallen.
Die Korngrenze stellt einen Gitterfehler dar und gehört zu den 2-Dimenisonalen Gitterstörungen.
Sie entsteht, wenn zwei Bereiche (Atomgitter) eine unterschiedliche Gitterorientierung besitzen, also in einem unterschiedlichen Winkel zueinander stehen.
Wenn der unterschiedliche Winkel bis zu 10 Grad ist, dann spricht man von Kleinwinkelkorngrenze.
Wenn der unterschiedliche Winkel größer als 10 Grad ist, spricht man von Großwinkelkorngrenze.
Was bewirken Korngrenzen?
Korngrenzen unterbrechen die Gleitvorgänge. Das heißt, die Versetzungslinien können sie nicht überwinden und stauen sich auf. Damit behindern sie das Wandern der nachfolgenden Versetzungen und erhöhen damit den Kraftbedarf zur weiteren Verformung.
Was sind Stapelfehler und zu welcher Dimension der Gitterstörung gehören sie?
Der Stapelfehler ist die Unterbrechung von regelmäßiger Stapelung der Kristallebenen, was die Gleitvorgänge behindert.
Somit verursacht der Stapelfehler die Bildung von Korngrenzen und verhindert die Bildung von Einkristallen.
Was ist die Zwillingsgrenze und zu welcher Dimension der Gitterstörungen gehört sie?
Zwillingsgrenzen gehören zu den 2 dimensionalen Gitterstörungen und können bei tiefen Temperaturen und schlagartigen Beanspruchung entstehen.
Sie sind eine spezielle Art der Korngrenzen.
Die Besonderheit: die gegenüber liegenden Gitter sind gerade spiegelbildlich angeordnet.
Die Zwillingsgrenze ist stets symmetrisch und somit energieniedrig aufgebaut.
Nenne 4 Arten der 3-Dimensionalen Gitterstörungen
- Poren
- Lunker
- Einschlüsse
- Risse
Wie entstehen 3-Dimensionale Gitterstörungen (Volumenfehler)?
Sie entstehen beim Erschmelzen und bleiben als Verunreinigung zurück oder werden gezielt durch Behandlungsverfahren zur Eigenschaftsänderung eingebaut.
Was versteht man unter Poren und zu welcher Dimension der Gitterstörung gehören sie?
Poren sind Hohlräume (offen oder geschlossen) innerhalb des Metalls, die mit Gas oder Flüssigkeit gefüllt sind. Sie gehören zu den Gitterstörung der 3-dimensionalen.
Wie entstehen Poren in Keramiken?
In Keramiken entstehen Poren,
-wenn ein zu kurzer Brand durchgeführt wird oder wenn der Brand eine zu niedrige Temperatur hat, sodass kein dichter Körper entstehen konnte.
- durch Gasentwicklung in einem bereits dichten Körper
- durch ungünstige Korngrößenverteilung des Ausgangspulvers
Wie entstehen Poren in Metallen? Verwende die Worte Gasporosität und Erstarrungsporosität.
Poren bilden sich in Metallen durch Gasporosität und Erstarrungsporosität
Gasporosität bedeutet: Wenn in der Schmelze Gase eingeschlossen werden und während dem Abkühlvorgang nicht entweichen können, entstehen Poren.
Erstarrungsporosität bedeutet: Hierbei entstehen die Poren während des Abkühlvorgangs eines Metalls aus der Schmelze. Die Schmelze muss durch Kanäle fließen und einen der Druck zu klein ist, stoppt der Schmelzfluss und es entstehen Poren.
